淺析底層框架砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

苗海強(qiáng)， 邵連芬

黃淮學(xué)院建筑工程系（463000）

建筑物受地震破壞會造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，人們對抗震概念設(shè)計(jì)越來越重視。底層框架多層砌體房屋是最常見的沿街建筑結(jié)構(gòu)形式之一，在歷次大地震中，該種結(jié)構(gòu)建筑物破壞和倒塌的實(shí)例較多,因此對其進(jìn)行建筑物震害分析和概念設(shè)計(jì)尤為重要。

1 底層框架多層砌體房屋結(jié)構(gòu)震害分析

1.1 梁柱節(jié)點(diǎn)受力不均勻

底層框架砌體結(jié)構(gòu)的上部砌體結(jié)構(gòu)是由承重墻傳遞荷載，荷載傳遞到底層框架時容易出現(xiàn)梁柱受力不均勻，從而使底層框架產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形;上部砌體結(jié)構(gòu)由脆性材料組成，自重大，抗剪強(qiáng)度低，延性差，其破壞主要是剪切破壞。房屋的豎向荷載和地震荷載都是越到下層越大，底層框架砌體結(jié)構(gòu)上部重量大，底層柔，是頭重腳輕的結(jié)構(gòu)形式。如果結(jié)構(gòu)平面布置剛度和質(zhì)量不對稱,也會促使底層框架產(chǎn)生較大側(cè)移變形，使其易于遭受扭曲破壞。砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量難控制，砂漿不飽滿或接茬處理不好，都會影響其整體性能，削弱砌體結(jié)構(gòu)抗震能力。砌體結(jié)構(gòu)豎向荷載和地震荷載也是越到下層越大，在質(zhì)量、剛度分布均勻的條件下，破壞從最底層開始，最底層裂縫向上逐層蔓延，最后因最底層破壞而發(fā)生倒塌。

1.2 沿豎向不連續(xù)分布的結(jié)構(gòu)剛度

底層框架砌體房屋多用于底層為商店、上層為住宅的建筑。其上部各層縱橫墻較密,它不僅重量大，而且側(cè)向剛度也大，而房屋底層承重結(jié)構(gòu)為框架,其側(cè)向剛度比上層小得多。這種“底層柔，上層剛”的結(jié)構(gòu)體系在地震時建筑物由于上下結(jié)構(gòu)形式不同，結(jié)構(gòu)剛度沿豎向分布不連續(xù)，使房屋大的側(cè)向變形發(fā)生于相對薄弱的底層,而其它各層側(cè)向變形很小，當(dāng)房屋某個部位的變形超過該部分構(gòu)件的極限變形值，就會發(fā)生破壞。

2 底層框架砌體房屋抗震設(shè)計(jì)

底部框架抗震墻房屋的建筑設(shè)計(jì)從方案階段就必須與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，貫徹“概念設(shè)計(jì)”的理念，根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較，選擇符合底部框架抗震墻房屋的合理結(jié)構(gòu)體系。

2.1 加強(qiáng)上部抗震能力

底層框架多層砌體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)一般是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在地震時最易出現(xiàn)不均勻沉降,從而導(dǎo)致底層框架產(chǎn)生較大附加應(yīng)力，附加應(yīng)力會加劇框架的位移變形，引起框架節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力急劇增加而導(dǎo)致混凝土開裂,同時還會增加底層框架扭曲破壞的可能性。為增強(qiáng)基礎(chǔ)本身的空間剛度和整體穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)不均勻沉降，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)聯(lián)系梁。為增強(qiáng)基礎(chǔ)與底層框架乃至整個結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底層框架柱底部的受力主筋一定要深入獨(dú)立基礎(chǔ)的底部,并與基礎(chǔ)底部的鋼筋搭結(jié)錨固好。

2.2 加強(qiáng)底層框架梁柱節(jié)點(diǎn)

梁柱節(jié)點(diǎn)是底層框架抗震設(shè)計(jì)的最重要部位，由于節(jié)點(diǎn)處上柱與下柱的地震作用彎矩符號相反(上柱是指上層砌體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱),梁通過節(jié)點(diǎn)后,節(jié)點(diǎn)左右梁的彎矩也相反，因此，節(jié)點(diǎn)受到水平和垂直兩個方向剪力的共同作用，剪力值的大小是相鄰梁和柱上剪力的幾倍。節(jié)點(diǎn)左右彎矩反向也意味著通過節(jié)點(diǎn)梁的主筋在節(jié)點(diǎn)的一側(cè)受壓,而節(jié)點(diǎn)的另一側(cè)受拉。為了適應(yīng)通過節(jié)點(diǎn)后力的這一變化梯度，需要承受很高的錨固應(yīng)力。節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪強(qiáng)度不足會引起剪切破壞，節(jié)點(diǎn)區(qū)的箍筋屈服、外鼓甚至崩斷。為此，應(yīng)適當(dāng)增加節(jié)點(diǎn)區(qū)的箍筋，箍筋形式宜采用螺旋或井式復(fù)合箍筋。

2.3 在底層框架中設(shè)置抗震墻

底層框架應(yīng)沿著縱橫兩個主軸方向?qū)ΨQ布置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗震墻,嚴(yán)格避免質(zhì)量和剛度在平面內(nèi)的不對稱而使底層框架遭受扭曲破壞的危險。最好使抗震墻連成“T”，形成“L”形的剛性墻角，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭能力，在平面內(nèi)宜設(shè)置在房屋的盡端、樓層電梯間兩側(cè)及平面剛度有變化的轉(zhuǎn)角附近。底層框架中對稱布置的鋼筋混凝土抗震墻，大大增強(qiáng)了底層結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和延性，對底層的側(cè)向位移具有很好的控制作用,從而增強(qiáng)最底層框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.4 減少層數(shù)和降低層高

底部框架砌體房屋的震害隨著樓層的增加而加劇，建筑震害設(shè)計(jì)規(guī)范制定出了這種結(jié)構(gòu)體系建筑物的總高和層數(shù)限制。之所以要規(guī)定層數(shù)的限值，是因?yàn)槎嘁粚訕巧w就意味著增加半層樓的地震作用,同時對底部的傾覆力矩大大增加，在地震發(fā)生時，會使得邊柱產(chǎn)生較大附加軸力，底部承載力急劇下降，加劇震害。

2.5 底層樓面板采用現(xiàn)澆

在地震作用下,上部砌體對底部產(chǎn)生的較大地震剪力將通過底部樓蓋進(jìn)行傳遞，為此應(yīng)該加大樓蓋的平面剛度?，F(xiàn)澆底層樓板的目的就是增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層處的整體強(qiáng)度和剛度。同時應(yīng)在底層樓板面上現(xiàn)澆一道圈梁(圈梁作為邊緣水平構(gòu)件可以提高樓蓋的水平剛度)，然后再進(jìn)行縱橫墻的布置。

3 結(jié)語

底層框架砌體房屋是城鎮(zhèn)中沿街常見的一種建筑形式，其以底層的布置靈活性等優(yōu)點(diǎn)深受業(yè)主喜愛。底層框架砌體房屋是上剛下柔的結(jié)構(gòu)體系,這就對抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文根據(jù)底層框架砌體房屋的震害特點(diǎn)，從房屋的強(qiáng)度、剛度、延性三方面進(jìn)行分析，并提出增強(qiáng)底層框架砌體房屋抗震性能的概念設(shè)計(jì)要點(diǎn),對底層框架砌體房屋的抗震設(shè)計(jì)具有一定的參考價值。

[1]劉伯權(quán),等.建筑抗震設(shè)計(jì)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,1996:23～26.

[2]戴瑞同,等.鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999:58～64.

[3]高小旺.底部框架砌體房屋杭展能力的分析方法建筑科學(xué)[J].1995(4):27～28.

[4]陳世鳴.鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的抗展設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999:43～45.