談底部框架抗震墻的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)

摘要：本文對底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了介紹，結(jié)合作者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對抗震墻設(shè)計(jì)中的主要問題作了詳細(xì)的分析，提出了一些看法，供廣大工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：底部框架；抗震墻；設(shè)計(jì)

1 前言

底部框架一抗震墻砌體房屋是指底部一層或兩層為空間較大的框架抗震墻結(jié)構(gòu)、上部為多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋。這種房屋底部的大空間可以滿足商場、餐廳、會議室、停車庫等使用功能的要求，而其上部可滿足住宅、辦公等較小開間使用的要求。這種結(jié)構(gòu)形式具有比全框架結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)(在相同使用功能條件下可節(jié)約造價(jià)20％-30％)，同時(shí)又具有框架結(jié)構(gòu)大空間便于靈活布置的使用特點(diǎn)，且施工簡單、工期短。因此這種結(jié)構(gòu)形式使用的較為普遍，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為滯后的地區(qū)尤為適用，正是有這種廣泛的需求，新規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBS0011-2001)在底部框架抗震墻這一部分較舊《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJll-89)有了一定的發(fā)展，在房屋總層數(shù)、總高度方面較舊《抗規(guī)》(GBJll-89)有了一定的放寬，同時(shí)又提出了底部兩層框架抗震墻砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和規(guī)定。

2 結(jié)構(gòu)體型的均勻性

在中強(qiáng)地震作用下，上部磚房對底部產(chǎn)生較大的傾覆力矩，使設(shè)置抗震墻數(shù)量少的一側(cè)的框架柱產(chǎn)生較大的附加軸力，承載和變形能力下降，導(dǎo)致震害加劇。故底部抗震墻布置應(yīng)盡可能均勻?qū)ΨQ分散分布，盡量使縱橫向抗震墻相連；同時(shí)，縱向抗震墻應(yīng)在外縱軸線布置開窗洞的抗震墻或短肢剪力墻，增強(qiáng)橫向抗傾覆的能力，減小傾覆力矩對框架柱產(chǎn)生的附加軸力。另外，盡可能地減少層數(shù)、降低層高以削弱傾覆力矩的影響?？拐鹪O(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能使建筑平面簡潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)心相一致，以減小地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對于結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則的房屋應(yīng)注意偏離結(jié)構(gòu)剛度中心遠(yuǎn)端的抗震墻或框架柱承載力的驗(yàn)算。

建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕，結(jié)構(gòu)重心盡可能降低。出屋面部分如屋頂?shù)呐畠簤?、水箱間等，由于根部與下部結(jié)構(gòu)連接薄弱，剛度突變，受鞭梢效應(yīng)影響嚴(yán)重，在地震時(shí)容易率先破壞傾倒；另外，其地震作用通過周邊的屋面結(jié)構(gòu)傳至下部結(jié)構(gòu)，如屋面結(jié)構(gòu)剛度不足時(shí)，在突出屋面結(jié)構(gòu)的下部一定范圍內(nèi)破壞相對集中?？拐鹪O(shè)計(jì)要求出屋面建筑部分的高度不應(yīng)過高，以減小地震時(shí)產(chǎn)生的鞭梢效應(yīng)。同時(shí)，控制結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性。在中強(qiáng)地震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的薄弱樓層將產(chǎn)生變形集中，其變形值數(shù)倍于其它樓層，薄弱樓層的變形大小決定了結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)。在水平地震作用下，結(jié)構(gòu)樓層的強(qiáng)弱程度可由樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)的大小來判斷。所謂層間屈服強(qiáng)度系數(shù)是指樓層實(shí)際受剪極限承載力與其彈性反應(yīng)地震剪力之比，按下式計(jì)

式中，Vcc(i)、Vcw(i)分別為底中第i層框架柱和混凝土抗震墻受剪極限承載力；Vbw(i)為第i層磚砌體受剪極限承載力；?酌1、?酌2分別為考慮磚砌體和混凝土抗震極限承載力的折減系數(shù)，?酌1可取0.7，?酌2可取0.9β為磚砌體的水平承載力降低系數(shù)，對于過渡層取0．7～0．8，其余層取1．0；ζN為磚砌體強(qiáng)度的正應(yīng)力影響系數(shù)，fv為非抗震設(shè)計(jì)的磚砌體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2002)采用;Aj為第i層第j墻段水平截面凈面積，磚砌體中設(shè)置構(gòu)造柱時(shí)，按上面公式計(jì)算；Awj為第i層第j墻段扣除洞口及構(gòu)造柱后的水平截面面積;Acq為1根混凝土構(gòu)造柱的截面面積；Gc、Gw分別為混凝土和磚砌體的剪切模量；ηq為混凝土構(gòu)造柱抗剪參與系數(shù)，中柱(包括邊中柱)取0．4，邊柱取0．3；Fe(k)為第k層的彈性地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；n為結(jié)構(gòu)層數(shù);m為第i層墻段數(shù)；γ為構(gòu)造柱數(shù)。

3 底部框架一抗震墻砌體房屋的結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震性能和這兩類房屋的特點(diǎn)，底部框架一抗震墻砌體房屋結(jié)構(gòu)體系應(yīng)附和下列要求：

底部框架-抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層應(yīng)設(shè)置為框架-抗震墻體系。底部框架一抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層受力比較復(fù)雜，而底部的嚴(yán)重破壞將危及整個(gè)房屋的安全，加上地震傾覆力矩對框架柱產(chǎn)生的附加軸力使得框架柱的變形能力有所降低等因素，對底部的抗震結(jié)構(gòu)體系的要求應(yīng)更高一些。

①底部框架-抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層均應(yīng)設(shè)置為縱、橫向的雙向框架體系，避免一個(gè)方向?yàn)榭蚣?、一個(gè)方向?yàn)檫B續(xù)梁的體系。

②底部框架-抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層應(yīng)設(shè)置為框架-抗震墻體系，使得在底部形成抗震的兩道防線。為了增強(qiáng)鋼筋混凝土抗震墻的變形和耗能能力，應(yīng)把鋼筋混凝土墻設(shè)置為帶邊框的鋼筋混凝土墻。

③底層或底部兩層的抗震墻宜沿縱、橫兩個(gè)方向?qū)ΨQ布置，盡量使縱、橫抗震墻相連；鋼筋混凝土墻宜布置為T形、L形或Ⅱ形。對于底部兩層的抗震應(yīng)貫通第一、二層。

④底層框架一抗震墻砌體房屋的底層鋼筋混凝土墻宜設(shè)置為帶邊框開豎縫的鋼筋混凝土墻。

過渡樓層的抗震能力應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。底部框架一抗震墻砌體結(jié)構(gòu)房屋的過渡樓層受力較為復(fù)雜，雖然底部抗震墻先開裂，但是一旦過渡樓層的磚墻開裂后，其破壞狀態(tài)要比底部重的多。因此，應(yīng)增強(qiáng)過渡樓層的抗剪和抗彎承載能力。新《抗規(guī))(GB50011-2001)就過渡樓層的樓板、構(gòu)造柱及砂漿標(biāo)號提出了最低的要求。

上部砌體房屋的縱、橫墻布置。上部砌體房屋的縱、橫向布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)；同一軸線上的窗間墻宜均勻。內(nèi)縱墻宜貫通，對外墻的開洞率應(yīng)控制，6度區(qū)和7度區(qū)不宜大于55％，8度區(qū)不宜大于50％。

4 底部框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題

底部抗震墻數(shù)量不夠造成上、下側(cè)向剛度比超過規(guī)定。

側(cè)向剛度比符合要求，但上層縱向墻體開間過大，下部抗震墻幾乎沒有，這種上、下縱向剛度都很小，相對比值卻能滿足。對于這類房屋，首先要求上層砌體應(yīng)滿足砌體結(jié)構(gòu)的局部尺寸限值，再調(diào)整底部抗震墻，使之滿足側(cè)向剛度比。

單片抗震墻過長，有的整個(gè)山墻12米多全按抗震墻設(shè)計(jì)，形成“剛度集中”。對于高層建筑，抗震墻不宜超過8米，而對于高度矮很多底框房屋墻更不應(yīng)過長。低矮抗震墻破壞特征是“剪切型”，具破壞起于混凝土剪壞，屬脆性破壞。規(guī)范規(guī)定底框房屋抗震墻高寬比不宜小于2．0，較長的抗震墻可設(shè)豎縫予以處理。

托墻梁支承于底部抗震墻上，這是一種嚴(yán)重的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。其錯(cuò)在于：由于托墻梁截面一般都很大，受力很大，使得抗震墻承受很大的出平面彎曲作用，也使得抗震墻局部區(qū)段軸壓比過大。底框房屋抗震墻一般在200-250之間，托墻梁縱向鋼筋的錨固難以達(dá)到規(guī)范強(qiáng)制性條文7、5、3條的要求。由于墻很薄，托墻梁線剛度很大，形成“強(qiáng)梁弱支座”，節(jié)點(diǎn)易于破壞，托墻梁配置很多負(fù)筋不起作用。對這類問題，應(yīng)在托墻梁下設(shè)框支柱，或設(shè)垂直的抗震墻以平衡厚墻體出平面的彎曲作用。在一些錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)中，托墻梁下抗震墻連暗柱都沒有設(shè)置，這應(yīng)該引起大家的重視。

當(dāng)有次梁托墻時(shí)，應(yīng)注意支承托墻次梁的主框架梁的抗剪、抗扭設(shè)計(jì)，此時(shí)不能按一般多層框架梁的構(gòu)造作法，在支座邊1．5倍梁高或1／6跨度范圍內(nèi)加密箍筋。由于托墻次梁傳來很大的集中力和扭矩，有可能使得跨中剪力與支座剪力相差不很大，對這類情況要注意跨中抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算。注意一下這個(gè)問題，或許可以避免大錯(cuò)誤。

參考文獻(xiàn)

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