談底框—抗震墻結構房屋抗震設計要點

徐海亮 白文彪 車文鵬

近年來，在城鎮地區出現了許多的底框—抗震墻結構房屋，底層為商業，上部為住宅的多層房屋。底層商業為鋼筋混凝土框架結構，在平面布置上滿足了靈活的要求，上部住宅一般為多孔磚磚混結構，這種結構形式既滿足了商業要求，又給附近居民生活帶來了很大的方便，另外該結構形式還比較經濟。但是，歷次震害表明，該結構在震害時底部發生變形集中，因出現大的側移而嚴重破壞，甚至坍塌。即從結構抗震角度而言，該結構抗震整體性能差，“頭重腳輕、上剛下柔”，最容易引起底層的嚴重破壞，從而危及整個房屋的安全。所以需要設計上更加慎重的解決好有關問題，保證其結構的安全性。本文敘述該結構在設計時的幾方面要點。

1 結構方案方面

1)不應采用兩種不同的結構受力體系。比如將鄰街的一半設計為底框—抗震墻結構，而另一半為磚墻體落地的全磚混結構，在一個結構單元內造成平面剛度和豎向剛度二者都產生突變，對抗震十分不利。2)房屋的平立面布置應規則、對稱。底層框架房屋平面上凹進凸出，會導致各部分質量不均勻，或者建筑物外縱墻被人為割斷，嚴重影響抗震剛度。從歷次震害看，底框結構的房屋體形應簡單、對稱，結構抗側力構件的布置應盡量對稱，以減少水平地震作用下的扭轉。對平立面是否規則，應以GB 50011-2008建筑抗震設計規范(以下簡稱《抗震規范》)中第3.4.1條、第3.4.2條為依據。如由于種種原因致使平面不規則，則應按抗震規范第3.4.3條進行地震作用計算，并采取相應的構造措施。3)底部框架結構的柱網不宜過大，一般控制在7.5 m左右，并且框架梁上懸墻數目不應超過一道。同時考慮底部框架梁橫斷面高度取值應控制在1/5～1/8梁跨，如果柱網過大，會使梁斷面及配筋出現異?，F象，而上部懸墻數目增多，更會加重這種現象。梁的斷面及配筋過大，使底框結構中本來就存在的強梁弱柱的問題更為突出，使這類房屋的結構安全儲備大大降低。4)房屋的層數和總高度要限制，高寬比要適當。要滿足《抗震規范》中第7.1.2條、第7.1.3條。建筑立面應避免頭重腳輕，結構重心應盡可能降低，盡量避免設置屋頂女兒墻、水箱間等。5)必須在底部框架中布置一定數量的抗震墻?！犊拐鹨幏丁芬幎?不能采用純底框結構，一定要在兩個方向設置抗震墻成為框架—抗震墻結構。當底層沒有設計抗震墻時，上剛下柔;若僅設橫向抗震墻時，橫剛縱柔，上面幾層磚房的質心與底層縱向和橫向的剛心位置偏差較大，在地震作用下容易發生扭轉破壞。結構設計中抗震墻如何設置，有時需要反復計算，多次與建筑專業協調。通?？拐饓Φ牟贾迷瓌t如下:a.抗震墻布置應“均勻、對稱、周邊、分散”。同時要考慮底框上面幾層的磚混結構質心位置，使底層縱向和橫向的剛心盡可能與整幢房屋的質心相重合。b.抗震墻間距應符合要求。橫墻的間距限制主要是防止樓板平面出現過大的變形而不能使各層的地震作用傳遞到抗震墻上。因此與樓、屋蓋的剛度有關，一般底框結構的樓、屋蓋采用現澆為宜，在6度，7度，8度抗震設防時抗震橫墻的最大間距分別為 21 m，18 m和 15 m。c.抗震墻不宜布置在同一條縱軸線上。在沿街底框房屋的設計時，設計人員往往按照業主的要求，在沿街的縱墻上開設大洞口，便于營業和經營，僅在內縱墻上設置剪力墻，這樣對抗扭轉是極不利的。d.控制抗震墻高寬比?！犊拐鹨幏丁芬幎?抗震墻的高寬比應在1～4之間。因為當抗震墻高寬比大于4時，其等效側向剛度不予考慮。當抗震墻高寬比小于1時，此時可稱之為低矮抗震墻。低矮抗震墻的抗側力剛度和承擔的地震剪力較大，變形和耗能能力較差，受地震作用時為剪切破壞。為此，低矮抗震墻應設結構縫將墻體分開。e.抗震墻的形式有 L形、T形、[形、口形、Ⅱ形、一字形等。從受力角度和使用角度分析，宜優先選用L形、T形，不宜選用一字形。

2 結構計算方面

1)應認真復核結構計算模型，保證模型的準確合理。2)側移剛度的控制?！犊拐鹨幏丁分袕娬{，底層框架—抗震墻房屋的縱橫兩個方向，第二層與底層側向剛度的比值應接近，抗震設防烈度為6度，7度時不大于2.5，8度時不大于1.5，且均不應小于1.0;底部兩層框架—抗震墻房屋的縱橫兩個方向，底層與底部第二層側向剛度比值應接近，第三層與底部第二層側向剛度的比值，抗震設防烈度為6度，7度時不應大于 2.0，8度時不應大于1.5，且均不應小于1.0。在實際設計中，常遇到底部框架承載力驗算不滿足，靠增加抗震墻的數量或厚度來滿足，但側移剛度比限值又滿足不了的難題。如果采用設置結構洞口的辦法，即在鋼筋混凝土抗震墻上設置洞口并采用輕質砌塊材料填實的方法，可在滿足承載力驗算要求的同時又符合側移剛度比限值的要求。3)底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結構，對于具有薄弱底層的底層框架磚房，應考慮塑性變形集中的影響。底部剪力法對底層地震剪力要乘以一個1.2～1.5的增大系數。4)底框剪力分配不能按照框架—抗震墻的方法進行，因為底層框架磚房只有底層是框架—抗震墻，且底層還有塑性變形，所以要采取雙保險的辦法。對抗震墻要使其承擔全部剪力，對框架要按剛度比分配，不過要注意，在剛度計算時框架是按彈性計算的，而抗震墻開裂后剛度會退化。據有關試驗數據得知，其剛度將下降到彈性剛度的20%～30%。5)底層框架柱應考慮地震的傾復力矩引起的附加軸力。6)框架梁中的扭轉效應不可忽視。底部框架結構中懸墻對框架梁產生的扭轉效應十分明顯，尤其是對邊梁及一根梁上有兩個以上反向扭矩作用時這一反應更為突出。與抗震墻相連的邊框梁應按連續梁計算其內力。7)剪力墻下基礎應考慮地震效應組合。8)對于結構計算軟件的局限性應根據計算軟件技術條件進行必要的補充計算。

3 抗震構造方面

1)材料強度要求?！犊拐鹨幏丁芬幎ǖ撞靠蚣堋拐饓Ψ课莶牧蠌姸鹊燃墤舷铝幸?框架柱抗震墻和托梁的混凝土等級不應低于C30。2)砌體抗震墻的最小厚度為240 mm。沿框架柱每隔500 mm配置2φ 6拉結鋼筋，并沿通長布置。在墻體的半高處設置與兩端框架柱相連的水平系梁，梁高可為60 mm。墻長大于6 m，應在墻內增設鋼筋混凝土構造柱。3)底部的鋼筋混凝土抗震墻應設置為帶邊框架的鋼筋混凝土墻，邊框梁的截面寬度不宜小于墻厚的1.5倍，截面高度不宜小于墻厚的2.5倍。邊框柱的截面不宜小于不設鋼筋混凝土墻的框架柱，且不宜小于墻厚度的2倍。因使用要求無法設置邊框柱的墻，應設置暗柱，其截面高度不宜小于2倍的墻厚度，并應單獨設置箍筋。高寬比小于1.0的抗震墻設置豎縫斷開時，豎縫處應放置兩塊預制的鋼筋網砂漿板或鋼筋混凝土板，其厚度可為50 mm，寬度與鋼筋混凝土抗震墻的厚度相同;豎縫處兩墻端應設置暗柱，暗柱的截面范圍為1.5倍的抗震墻的厚度，暗柱的縱筋不宜小于4φ 16，箍筋可采用φ 8，間距不宜大于200 mm;對于邊框梁的箍筋除其他加密要求外，還應在豎縫處1.5倍梁高范圍內給予加密，箍筋加密間距不應大于100 mm。4)剪力墻的邊緣構件要求?！犊拐鹨幏丁芬幎?底部框架—抗震墻房屋的鋼筋混凝土結構部分，應符合建筑抗震規范關于鋼筋混凝土的有關要求，此時，底部框架—抗震墻房屋的框架和抗震墻的抗震等級，7度，8度時可分別按三、二、一級采用。如果按此規定，則一層剪力墻應設置約束邊緣構件。5)托墻梁要求。7度以上抗震地區，托墻梁應按普通受彎梁計算，上部載荷對無洞口墻可適當折減，對有洞口墻不應折減。在托墻梁配筋設計時，應按墻梁構造適當增加梁上部貫通負筋以保證托墻梁在無地震工況下的合理應力分布。6)加強過渡層的樓蓋、構造柱。采用鋼筋混凝土現澆板時，板厚不宜小于120 mm，并應少開洞、開小洞。當洞口尺寸大于800 mm時，洞口四周應設邊梁?！犊拐鹨幏丁芬幎ㄟ^渡層應在底部框架柱對應的位置處設構造柱，且構造柱與下部的框架貫通，構造柱的截面應不小于 240 mm×240 mm，縱筋 6度時不宜少于 4φ 14，7 度時不宜少于 4φ 16，箍筋φ 8@200。

4 結語

底部框架—抗震墻作為一種特殊的結構形式，其抗震性能先天不足，底部框架—抗震墻房屋的結構設計中有一定局限性和難度，但也有很多內在規律可循，只要在設計中充分發揮主觀能動性并且按照規范要求逐項認真落實，就一定能使結構設計達到安全、合理的目的。

[1] GB 50011-2008，建筑抗震設計規范[S].

[2] GB 50003-2001，砌體結構設計規范[S].

[3] GB 50010-2002，混凝土結構設計規范[S].

[4] 侯麗紅.框架—剪力墻結構概念設計[J].山西建筑，2009，35(17):43-44.