談底框—抗震墻結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

徐海亮 白文彪 車文鵬

近年來，在城鎮(zhèn)地區(qū)出現(xiàn)了許多的底框—抗震墻結(jié)構(gòu)房屋，底層為商業(yè)，上部為住宅的多層房屋。底層商業(yè)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式既滿足了商業(yè)要求，又給附近居民生活帶來了很大的方便，另外該結(jié)構(gòu)形式還比較經(jīng)濟(jì)。但是，歷次震害表明，該結(jié)構(gòu)在震害時(shí)底部發(fā)生變形集中，因出現(xiàn)大的側(cè)移而嚴(yán)重破壞，甚至坍塌。即從結(jié)構(gòu)抗震角度而言，該結(jié)構(gòu)抗震整體性能差，“頭重腳輕、上剛下柔”，最容易引起底層的嚴(yán)重破壞，從而危及整個(gè)房屋的安全。所以需要設(shè)計(jì)上更加慎重的解決好有關(guān)問題，保證其結(jié)構(gòu)的安全性。本文敘述該結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)的幾方面要點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)方案方面

1)不應(yīng)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)受力體系。比如將鄰街的一半設(shè)計(jì)為底框—抗震墻結(jié)構(gòu)，而另一半為磚墻體落地的全磚混結(jié)構(gòu)，在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)造成平面剛度和豎向剛度二者都產(chǎn)生突變，對抗震十分不利。2)房屋的平立面布置應(yīng)規(guī)則、對稱。底層框架房屋平面上凹進(jìn)凸出，會導(dǎo)致各部分質(zhì)量不均勻，或者建筑物外縱墻被人為割斷，嚴(yán)重影響抗震剛度。從歷次震害看，底框結(jié)構(gòu)的房屋體形應(yīng)簡單、對稱，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布置應(yīng)盡量對稱，以減少水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)。對平立面是否規(guī)則，應(yīng)以GB 50011-2008建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡稱《抗震規(guī)范》)中第3.4.1條、第3.4.2條為依據(jù)。如由于種種原因致使平面不規(guī)則，則應(yīng)按抗震規(guī)范第3.4.3條進(jìn)行地震作用計(jì)算，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。3)底部框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)不宜過大，一般控制在7.5 m左右，并且框架梁上懸墻數(shù)目不應(yīng)超過一道。同時(shí)考慮底部框架梁橫斷面高度取值應(yīng)控制在1/5～1/8梁跨，如果柱網(wǎng)過大，會使梁斷面及配筋出現(xiàn)異常現(xiàn)象，而上部懸墻數(shù)目增多，更會加重這種現(xiàn)象。梁的斷面及配筋過大，使底框結(jié)構(gòu)中本來就存在的強(qiáng)梁弱柱的問題更為突出，使這類房屋的結(jié)構(gòu)安全儲備大大降低。4)房屋的層數(shù)和總高度要限制，高寬比要適當(dāng)。要滿足《抗震規(guī)范》中第7.1.2條、第7.1.3條。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕，結(jié)構(gòu)重心應(yīng)盡可能降低，盡量避免設(shè)置屋頂女兒墻、水箱間等。5)必須在底部框架中布置一定數(shù)量的抗震墻?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定:不能采用純底框結(jié)構(gòu)，一定要在兩個(gè)方向設(shè)置抗震墻成為框架—抗震墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)讓記]有設(shè)計(jì)抗震墻時(shí)，上剛下柔;若僅設(shè)橫向抗震墻時(shí)，橫剛縱柔，上面幾層磚房的質(zhì)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(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震墻如何設(shè)置，有時(shí)需要反復(fù)計(jì)算，多次與建筑專業(yè)協(xié)調(diào)。通?？拐饓Φ牟贾迷瓌t如下:a.抗震墻布置應(yīng)“均勻、對稱、周邊、分散”。同時(shí)要考慮底框上面幾層的磚混結(jié)構(gòu)質(zhì)心位置，使底層縱向和橫向的剛心盡可能與整幢房屋的質(zhì)心相重合。b.抗震墻間距應(yīng)符合要求。橫墻的間距限制主要是防止樓板平面出現(xiàn)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(guān)，一般底框結(jié)構(gòu)的樓、屋蓋采用現(xiàn)澆為宜，在6度，7度，8度抗震設(shè)防時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往按照業(yè)主的要求，在沿街的縱墻上開設(shè)大洞口，便于營業(yè)和經(jīng)營，僅在內(nèi)縱墻上設(shè)置剪力墻，這樣對抗扭轉(zhuǎn)是極不利的。d.控制抗震墻高寬比?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定:抗震墻的高寬比應(yīng)在1～4之間。因?yàn)楫?dāng)抗震墻高寬比大于4時(shí)，其等效側(cè)向剛度不予考慮。當(dāng)抗震墻高寬比小于1時(shí)，此時(shí)可稱之為低矮抗震墻。低矮抗震墻的抗側(cè)力剛度和承擔(dān)的地震剪力較大，變形和耗能能力較差，受地震作用時(shí)為剪切破壞。為此，低矮抗震墻應(yīng)設(shè)結(jié)構(gòu)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(yōu)先選用L形、T形，不宜選用一字形。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面

1)應(yīng)認(rèn)真復(fù)核結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，保證模型的準(zhǔn)確合理。2)側(cè)移剛度的控制?！犊拐鹨?guī)范》中強(qiáng)調(diào)，底層框架—抗震墻房屋的縱橫兩個(gè)方向，第二層與底層側(cè)向剛度的比值應(yīng)接近，抗震設(shè)防烈度為6度，7度時(shí)不大于2.5，8度時(shí)不大于1.5，且均不應(yīng)小于1.0;底部兩層框架—抗震墻房屋的縱橫兩個(gè)方向，底層與底部第二層側(cè)向剛度比值應(yīng)接近，第三層與底部第二層側(cè)向剛度的比值，抗震設(shè)防烈度為6度，7度時(shí)不應(yīng)大于 2.0，8度時(shí)不應(yīng)大于1.5，且均不應(yīng)小于1.0。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，常遇到底部框架承載力驗(yàn)算不滿足，靠增加抗震墻的數(shù)量或厚度來滿足，但側(cè)移剛度比限值又滿足不了的難題。如果采用設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口的辦法，即在鋼筋混凝土抗震墻上設(shè)置洞口并采用輕質(zhì)砌塊材料填實(shí)的方法，可在滿足承載力驗(yàn)算要求的同時(shí)又符合側(cè)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(jié)構(gòu)，對于具有薄弱底層的底層框架磚房，應(yīng)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(gè)1.2～1.5的增大系數(shù)。4)底框剪力分配不能按照框架—抗震墻的方法進(jìn)行，因?yàn)榈讓涌蚣艽u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(xiǎn)的辦法。對抗震墻要使其承擔(dān)全部剪力，對框架要按剛度比分配，不過要注意，在剛度計(jì)算時(shí)框架是按彈性計(jì)算的，而抗震墻開裂后剛度會退化。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，其剛度將下降到彈性剛度的20%～30%。5)底層框架柱應(yīng)考慮地震的傾復(fù)力矩引起的附加軸力。6)框架梁中的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不可忽視。底部框架結(jié)構(gòu)中懸墻對框架梁產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)十分明顯，尤其是對邊梁及一根梁上有兩個(gè)以上反向扭矩作用時(shí)這一反應(yīng)更為突出。與抗震墻相連的邊框梁應(yīng)按連續(xù)梁計(jì)算其內(nèi)力。7)剪力墻下基礎(chǔ)應(yīng)考慮地震效應(yīng)組合。8)對于結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的局限性應(yīng)根據(jù)計(jì)算軟件技術(shù)條件進(jìn)行必要的補(bǔ)充計(jì)算。

3 抗震構(gòu)造方面

1)材料強(qiáng)度要求?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定底部框架—抗震墻房屋材料強(qiáng)度等級應(yīng)符合下列要求:框架柱抗震墻和托梁的混凝土等級不應(yīng)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(jié)鋼筋，并沿通長布置。在墻體的半高處設(shè)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(yīng)在墻內(nèi)增設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱。3)底部的鋼筋混凝土抗震墻應(yīng)設(shè)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(shè)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(shè)置邊框柱的墻，應(yīng)設(shè)置暗柱，其截面高度不宜小于2倍的墻厚度，并應(yīng)單獨(dú)設(shè)置箍筋。高寬比小于1.0的抗震墻設(shè)置豎縫斷開時(shí)，豎縫處應(yīng)放置兩塊預(yù)制的鋼筋網(wǎng)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(yīng)設(shè)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(yīng)在豎縫處1.5倍梁高范圍內(nèi)給予加密，箍筋加密間距不應(yīng)大于100 mm。4)剪力墻的邊緣構(gòu)件要求?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定:底部框架—抗震墻房屋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分，應(yīng)符合建筑抗震規(guī)范關(guān)于鋼筋混凝土的有關(guān)要求，此時(shí)，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(shí)可分別按三、二、一級采用。如果按此規(guī)定，則一層剪力墻應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。5)托墻梁要求。7度以上抗震地區(qū)，托墻梁應(yīng)按普通受彎梁計(jì)算，上部載荷對無洞口墻可適當(dāng)折減，對有洞口墻不應(yīng)折減。在托墻梁配筋設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按墻梁構(gòu)造適當(dāng)增加梁上部貫通負(fù)筋以保證托墻梁在無地震工況下的合理應(yīng)力分布。6)加強(qiáng)過渡層的樓蓋、構(gòu)造柱。采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板時(shí)，板厚不宜小于120 mm，并應(yīng)少開洞、開小洞。當(dāng)洞口尺寸大于800 mm時(shí)，洞口四周應(yīng)設(shè)邊梁?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定過渡層應(yīng)在底部框架柱對應(yīng)的位置處設(shè)構(gòu)造柱，且構(gòu)造柱與下部的框架貫通，構(gòu)造柱的截面應(yīng)不小于 240 mm×240 mm，縱筋 6度時(shí)不宜少于 4φ 14，7 度時(shí)不宜少于 4φ 16，箍筋φ 8@200。

4 結(jié)語

底部框架—抗震墻作為一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，其抗震性能先天不足，底部框架—抗震墻房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有一定局限性和難度，但也有很多內(nèi)在規(guī)律可循，只要在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮主觀能動性并且按照規(guī)范要求逐項(xiàng)認(rèn)真落實(shí)，就一定能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到安全、合理的目的。

[1] GB 50011-2008，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50003-2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 侯麗紅.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2009，35(17):43-44.