梁柱框架结构房屋的地震作用计算及抗震设计

摘 要：梁柱框架结构房屋是一种常见的木结构体系，常采用胶合木作为梁柱构件的原材料，并以螺栓、铆钉等金属连接件作为构件之间的连接方式。采用胶合木梁柱结构体系的木结构房屋，具有构件制备经济高效、外观愉悦生动亲和力强、室内空间布置自由灵活、防火性能好等优点，越来越受到重视。胶合木框架结构已在国外得到了很好的应用发展，国内也有较快的发展态势。目前我国木结构房屋多为1~3层的低层建筑，但随着人口增长、建设用地减少和木结构应用范围的扩展，多层胶合木结构房屋将成为今后发展的新热点。然而，不同于轻型木结构已经成熟的设计方法，木结构设计规范中对胶合木梁柱框架结构体系的设计方法和要求还不够完善，但我们可以参照轻型木结构体系或其它结构体系的经验或方法来进行地震作用计算和抗震设计。

关键词：木结构；梁柱框架结构；胶合木；地震作用计算；抗震设计

前言

木材是永恒的建筑材料。由于木材在结构上和美学上优越的性能以及在我们越来越关心的生态效益上有着特殊的价值，至今仍是建筑师们所钟爱的建筑料。

作为一种结构材料，木材在地震性能表现上明显优于其它材料，木材质硬且最轻，因而地面加速度在木建筑物上所产生的能量没有其它建筑物大。木框架系统的另外一个额外优势是其柔韧性优于其它材料，可以吸收并消散能量。

轻型木结构开始于100多年前的北美。长期以来，无论在建筑物性能表现上还是在装配它的行业技艺上，其业绩己得到公认。北美各地的许多本世纪初建造的木结构便是这种系统可靠性的有力证明。这种北美系统在其它地区也证明有同样好的表现。毁坏性最大的近代地震之一是1995年的日本神户地震。这场里氏6.8级、使6000人丧生、财产损失超过1000亿美元的地震对所有受到严重的横向和竖向地震力的建筑物来说都是一次残酷的考验。在这场地震中，以传统日本式梁柱风格建造的较旧房屋都被摧毁。以北美抗震标准建造的新房屋则几乎未受影响。

加拿大全国木产品研究机构Forintek，研究了过去40余年世界上主要地震中将近50万栋木结构的表现，并于最近公布了可靠数据。研究表明无论新旧如何，北美式木结构建筑在地震中表现良好。在调查的7次地震中，总共有34人因为木结构建筑损坏而丧生。相比之下，1999年土耳其地震摧毁了在建筑中广泛使用砖石混凝土的区域，造成了40000丧生。这并不是说砖石混凝土不适合用于地震区，但是，这些建筑系统要求特别注意遵循设计规范和建筑标准，以达到良好的抗震能力。而木结构系统的要求则比较宽松^[2]。因此，可尝试对学生宿舍进行木结构的应用与改造。

1. 国内梁柱框架结构房屋的研究进展

随着科学技术的发展和工业化水平的提高，我国木材的加工利用得到了迅速发展。目前，我国木结构在引进国外优质材料、先进技术的同时开始复兴，但主要为经济发达地区的中产阶层对高档木结构住宅的需求服务,因此我们还面临着实现木结构材料、构件的本土化，降低成本、价格，开发为小康水平阶层服务的木结构住宅的艰巨任务^[3]。在一些地区也率先开始了样板房的建设，一些研究所和高校也积极进行木结构房屋的研究建设。汶川地震后，由于木结构房屋良好的抗震能力，相关研究人员积极探究现代木结构在汶川地震灾后重建中的应用^[4]。但国内木结构体系的研究重点在轻型木结构，对于梁柱框架式木屋的研究较少，且集中在胶合木梁柱框架房屋。