陳安妮　王麗婭　蘭波

摘要：底部框架-抗震墻砌體房屋是早期避免商業(yè)過分集中和舊城改造而采用的較好結(jié)構(gòu)形式。由于建筑使用功能的需要，臨街的建筑在底部設(shè)置商店、餐廳，學(xué)校的學(xué)生宿舍底部需設(shè)置大空間的自行車庫(kù)等，而上部各層為住宅、學(xué)生宿舍，這些建筑采用了底部一層或二層為框架-抗震墻、上部為砌體墻承重的結(jié)構(gòu)形式，由于該結(jié)構(gòu)形式性價(jià)比較高，且具有比多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)造價(jià)低和便于施工等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于欠發(fā)達(dá)地區(qū)及中小型城鎮(zhèn)，這類結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)及現(xiàn)實(shí)意義。本篇文章筆者根據(jù)多年來對(duì)底部框架-抗震墻砌體房屋的設(shè)計(jì)，對(duì)該類結(jié)構(gòu)的抗震性能分析、結(jié)構(gòu)體系要求、抗震設(shè)計(jì)及抗震構(gòu)造措施進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：底部框架-抗震墻；抗震性能；結(jié)構(gòu)體系；抗震設(shè)計(jì)；抗震構(gòu)造措施

1.前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，在農(nóng)村城鎮(zhèn)化及鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化的過程中，底部框架-抗震墻結(jié)構(gòu)砌體房屋仍在繼續(xù)興建。由于該類房屋上、下采用了不同材料和結(jié)構(gòu)形式組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，對(duì)于抗震性能是不利的。在歷次的地震震害中，特別是汶川大地震中，其震害是較為嚴(yán)重的。

根據(jù)該類房屋的特點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)研究、理論分析和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在底部框架-抗震墻砌體房屋的設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)體系、薄弱層和過渡層、抗震能力匹配性和增強(qiáng)房屋整體抗震能力的合理設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)滿足“小震”不壞，設(shè)防烈度可修和“大震”不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)。

2.底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震性能分析

底部框架-抗震墻砌體房屋結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置了足夠數(shù)量的抗震墻，其底部有較大的側(cè)向剛度，水平地震作用下的側(cè)向變形得到有效控制。上部砌體房屋具有較大的抗側(cè)力剛度和一定的承載能力，但耗能和變形能力相對(duì)較差。越靠近底部的砌體墻體所需承受的地震剪力越大，故底部框架層上方的過渡樓層墻體比較容易在地震中發(fā)生剪切破壞。據(jù)近十幾年來對(duì)這類結(jié)構(gòu)的一系列試驗(yàn)分析和研究，并結(jié)合大量的工程經(jīng)驗(yàn)，得出這類結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于底部框架-抗震墻、過渡層及過渡層以上各層砌體的能力。過渡層受力比較復(fù)雜，擔(dān)負(fù)著傳遞上部的地震剪力和傾覆力矩的作用，同時(shí)受底部框架-抗震墻的彎曲變形影響，致使過渡層側(cè)移增大，使縱向墻體容易產(chǎn)生水平裂縫。因此，從抗震設(shè)計(jì)的原則和概念出發(fā)，應(yīng)解決該類房屋的抗震能力的合理設(shè)計(jì)，采用足夠的抗震構(gòu)造措施，確保房屋的安全穩(wěn)定。

3.底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震設(shè)計(jì)

3.1抗震性能應(yīng)均勻匹配

底部框架-抗震墻砌體房屋是由兩種承重和抗側(cè)力體系構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，具有與同一種抗側(cè)力體系構(gòu)成的房屋不同的受力變形和薄弱樓層判別的特點(diǎn)。這類房屋的底部與上部結(jié)構(gòu)的抗震性能宜均勻匹配，必須避免出現(xiàn)特別薄弱的樓層。這類房屋結(jié)構(gòu)的抗震能力不僅取決于底部框架一抗震墻和上部砌體各自的抗震能力，而且還取決于兩者之間抗震能力的匹配程度，即不能有一部分太弱?？拐饓Σ糠志哂休^好的變形能力和耗能能力，在地震力作用下不致于發(fā)生集中的嚴(yán)重的脆性破壞，而上部砌體部分的變形能力和耗能能力比較差，在地震力作用下若出現(xiàn)薄弱樓層，將會(huì)產(chǎn)生集中的嚴(yán)重的脆性破壞，因此該類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)解決好房屋下部與上部結(jié)構(gòu)的抗震性能力匹配性。

3.2結(jié)構(gòu)體系的要求

抗震結(jié)構(gòu)體系要求傳力合理，傳力路線不間斷，且受力明確，使結(jié)構(gòu)的抗震分析與在地震時(shí)實(shí)際反應(yīng)更加相符合，是布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系時(shí)首先要考慮的條件之一。

3.2.1底部抗震墻布置

底部框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的底部受力比較復(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(duì)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，因此對(duì)底部抗震墻的設(shè)置要求較高，在底層或底部?jī)蓪泳鶓?yīng)沿縱橫兩個(gè)方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，加強(qiáng)底部的剛度，使底部形成具有兩道防線的框架-抗震墻體系，抗震墻應(yīng)布置在上部砌體結(jié)構(gòu)有砌體抗震墻軸線處，并應(yīng)是貫通底部?jī)蓪?，沿兩個(gè)主軸方向均勻?qū)ΨQ布置，防止扭轉(zhuǎn)影響。抗震墻的間距不能過大。為了增強(qiáng)鋼筋混凝土抗震墻的極限承載力和變形耗能能力、利用墻板的穩(wěn)定，應(yīng)把鋼筋混凝土抗震墻設(shè)計(jì)成帶邊框的鋼筋混凝土墻，以保證抗震墻破壞后，周邊的梁和邊框柱仍能承受豎向荷載。底部抗震墻的布置還應(yīng)使過渡層與其下層的側(cè)向剛度接近，并保證過渡層的剛度大于其下層剛度。底部為一層框架-抗震墻砌體房屋時(shí)，第二層計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與底層的側(cè)向剛度比值，Ⅵ度、Ⅶ度時(shí)不應(yīng)大于2.5，Ⅷ度時(shí)不應(yīng)大于2.0，且均不得小于1.0；底部?jī)蓪涌蚣?抗震墻砌體房屋時(shí)，第三層計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與底部第二層側(cè)向剛度比值，Ⅵ度、Ⅶ度時(shí)不應(yīng)大于2.0，Ⅷ度時(shí)不應(yīng)大于1.5，且均不得小于1.0。避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層。

3.2.2底部框架的布置

底部框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)屬于抗震性能相對(duì)較弱的結(jié)構(gòu)體系，底部應(yīng)采用雙向現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，且不應(yīng)采用單跨。底部框架柱的柱距不宜過大，宜小于等于7.5m，以保證底部具有足夠的側(cè)向剛度，同時(shí)易于上部砌體墻與底部框架梁或抗震墻的邊框梁對(duì)齊，減少次梁托墻的二次轉(zhuǎn)換。支承上部砌體承重墻的托墻梁宜為底部框架梁。

3.2.3上部砌體房屋部分的結(jié)構(gòu)體系和建筑布置

（1）上部砌體房屋優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，不應(yīng)采用砌體墻和混凝土墻混合承重的結(jié)構(gòu)體系。如僅采用縱向墻承重體系時(shí)，因橫向支承較少，縱墻易受彎曲破壞而導(dǎo)致倒塌，故不宜采用該結(jié)構(gòu)布置方案?；炷翂推鲶w墻混合承重的結(jié)構(gòu)體系其受力復(fù)雜，混凝土墻的剛度大，應(yīng)力集中，不同材料的墻體受力后易各個(gè)擊破。對(duì)于上下部分為不同材料、不同結(jié)構(gòu)體系的底框一抗震墻砌體房屋更應(yīng)避免采用。

（2）上部砌體房屋的縱橫墻應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置，沿平面內(nèi)宜對(duì)齊，使各墻體受力均勻，避免出現(xiàn)較弱的部位破壞，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，內(nèi)縱墻不宜錯(cuò)位，保證結(jié)構(gòu)體系傳力合理及傳力路線的不間斷，且縱橫墻的數(shù)量不宜相差過大。房屋在寬度方向的中部應(yīng)設(shè)置內(nèi)縱墻，其累計(jì)長(zhǎng)度不宜小于房屋總長(zhǎng)度的60%。同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻，墻面洞口面積，Ⅵ度、Ⅶ度時(shí)不宜大于墻面總面積的55%，Ⅷ度時(shí)不宜大于50%。

3.2.4樓梯間的布置

上部砌體房屋的樓梯間墻體缺少各層樓板的雙側(cè)側(cè)向支承，尤其是樓梯間頂層，墻體有一層半樓層的高度，地震中震害較為嚴(yán)重，因此，在樓梯間建筑布置時(shí)樓梯間應(yīng)盡量不設(shè)在盡端。樓梯間宜設(shè)置抗震墻以形成安全通道，但不宜造成較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。房屋轉(zhuǎn)角窗嚴(yán)重削弱縱橫向墻體在角部的連接。局部破壞嚴(yán)重，必須避免采用。

3.2.5底部抗震墻的基礎(chǔ)

底部抗震墻承受相當(dāng)大的地震剪力、彎矩和傾覆力矩，因此其基礎(chǔ)應(yīng)具有良好的整體性和較強(qiáng)的抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，防止當(dāng)?shù)鼗凛^弱、基礎(chǔ)剛度和整體性較差時(shí)，地震作用下抗震墻基礎(chǔ)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)而使抗震墻的側(cè)向剛度降低，對(duì)構(gòu)件內(nèi)力和位移產(chǎn)生不利影響，因此應(yīng)設(shè)置整體性及抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力較強(qiáng)的條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)。

3.3水平地震作用和作用效應(yīng)

3.3.1地震作用計(jì)算

對(duì)于平、立面布置規(guī)則，質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法，其余情況可采用振型分解反應(yīng)譜法。采用振型分解反應(yīng)譜法時(shí)，應(yīng)取足夠的振型數(shù)。

3.3.2地震作用效應(yīng)調(diào)整

根據(jù)底部框架-抗震墻砌體房屋的地震反應(yīng)，實(shí)際并未因底部的剛度小于過渡層而在底部出現(xiàn)增大的反應(yīng)，為防止因底部嚴(yán)重破壞而導(dǎo)致房屋的整體跨塌，減少底部的薄弱程度，規(guī)范對(duì)底部剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行增大調(diào)整以增強(qiáng)底部的抗震承載能力。增大系數(shù)根據(jù)過渡樓層與其下相鄰樓層的側(cè)向剛度比值用線性插值法近似確定，可在1.0-1.5范圍選用，側(cè)向剛度比越大增加越高，當(dāng)過渡層與其下相鄰樓層的側(cè)向剛度比在1.0-1.3之間時(shí)，底部的地震剪力值可不作增大調(diào)整。

3.3.3地震剪力分配

水平地震剪力根據(jù)對(duì)應(yīng)的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的側(cè)向剛度比，符合多道抗震設(shè)防的原則進(jìn)行分配：

（1）抗震墻作為底部第一道防線的抗震墻，其具有較好的承載能力，故底層或底部?jī)蓪涌v向和橫向地震剪力設(shè)計(jì)值均全部由該方向的抗震墻承擔(dān)，并按各抗震墻的側(cè)向剛度比例進(jìn)行分配。

（2）框架

在地震作用下，底部抗震墻開裂，抗震墻開裂后將產(chǎn)生彈塑性內(nèi)力重分布。底部框架作為第二道防線，對(duì)提高房屋的整體抗震能力起著很重要的作用。因此，可按底部框架和抗震墻的有效側(cè)向剛度比例進(jìn)行分配框架承受的地震剪力設(shè)計(jì)值。有效側(cè)向剛度的取值，框架不折減，混凝土抗震墻或配筋的砌體抗震墻可乘以折減系數(shù)0.3，約束普通磚砌體或小砌塊砌體抗震墻可乘折減系數(shù)0.2。

（3）上部砌體部分

①現(xiàn)澆和裝配整體式鋼筋混凝土樓、屋蓋等剛性樓蓋建筑，按抗側(cè)力構(gòu)件側(cè)向剛度的比例分配。

②采用普通預(yù)制板的裝配式鋼筋混凝土樓、屋蓋的建筑，按抗側(cè)力構(gòu)件側(cè)向剛度比例和從屬面積上重力荷載代表值比例的平均值分配。

3.4主要抗震構(gòu)造措施

3.4.1框架柱截面

底部框架-抗震墻砌體房屋的底部框架受力復(fù)雜，具有承受上部砌體房屋傳遞的豎向荷載、地震傾覆力矩和水平地震剪力等作用，框架柱截面應(yīng)有一定剛度，矩形截面的各邊邊長(zhǎng)均不應(yīng)小于400mm，圓形柱載面的直徑不應(yīng)小于450mm，箍筋直徑，Ⅵ、Ⅶ度時(shí)不應(yīng)小于8mm，Ⅷ度時(shí)不小于10mm，并應(yīng)全高加密箍筋，間距不大于100mm。

3.4.2軸壓比

軸壓比的控制接近框支柱的有關(guān)要求，抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)時(shí)分別不宜超過0.65、0.75、0.85。

3.4.3托墻梁

（1）梁載面寬度不應(yīng)小于300mm，截面高度不應(yīng)小于跨度的1/10。

（2）箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于200mm，梁端在1.5倍梁高且不小于1/5梁凈跨范圍內(nèi)，以及上部墻體的洞口處和洞口兩側(cè)各500mm，且不小于梁高的范圍內(nèi)，箍筋間距不應(yīng)大于100mm。

（3）梁的縱向受力鋼筋和腰筋應(yīng)按受拉鋼筋的要求錨固在柱內(nèi)，且支座上部的縱向鋼筋在柱內(nèi)的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合鋼筋混凝土框支梁的有關(guān)要求。

3.4.4抗震墻

（1）抗震墻墻板周邊應(yīng)設(shè)置梁（暗梁）和端柱組成的邊框。

（2）抗震墻墻板的厚度不宜小于160mm，且不應(yīng)小于墻板凈高的1/20。

3.4.5過渡層底板

板厚不應(yīng)小于120mm，并應(yīng)少開洞、開小洞，當(dāng)洞口尺寸大于800mm時(shí)，洞口周邊應(yīng)設(shè)置邊梁。

3.4.6上部砌體房屋構(gòu)造措施

（1）構(gòu)造柱設(shè)置：構(gòu)造柱有利于提高房屋在地震時(shí)的抗倒塌能力，構(gòu)造柱對(duì)于墻體的約束作用，主要是依靠與各層墻體的圈梁或現(xiàn)澆板的整體連接來實(shí)現(xiàn)，因此構(gòu)造柱設(shè)置的部位及要求應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，特別是過渡層構(gòu)造柱的設(shè)置要求更應(yīng)嚴(yán)格。

（2）圈梁設(shè)置：圈梁能增強(qiáng)房屋的整體性，提高房屋的抗震能力，是抗震的有效措施，圈梁的設(shè)置及要求應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.結(jié)語(yǔ)

底部框架-抗震墻砌體房屋是我國(guó)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)條件下特有的一種結(jié)構(gòu)，地震震害表明，該類房屋設(shè)計(jì)不合理，其底部可能發(fā)生變形集中、出現(xiàn)較大的側(cè)移而破壞。如前所述，該類房屋的設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮上下部不同結(jié)構(gòu)類型的抗震設(shè)計(jì)，除結(jié)構(gòu)各部分滿足承載力、變形能力及構(gòu)造要求外，還要注意上下部結(jié)構(gòu)的抗震性能相匹配，不能有一部分過弱，避免上部砌體房屋出現(xiàn)薄弱樓層。因此，底部框架-抗震墻砌體房屋的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮各種不利因素的影響，特別是對(duì)地震作用計(jì)算、結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造措施等這幾方面的抗震設(shè)計(jì)更應(yīng)引起足夠的重視。

參考文獻(xiàn)

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[3]黃世敏，楊沈.建筑震害與設(shè)計(jì)對(duì)策，北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

收稿日期：2013-4-10

作者簡(jiǎn)介：陳安妮，女，大學(xué)本科，工業(yè)與民用建筑專業(yè)，高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，現(xiàn)任院結(jié)構(gòu)副總工程師，所設(shè)計(jì)的工程多項(xiàng)獲得國(guó)家、省級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，1986年至今在桂林市建筑設(shè)計(jì)研究院從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工圖審查。

王麗婭，女，大學(xué)本科，工業(yè)與民用建筑專業(yè)，高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及審圖工作30年，獲得過多項(xiàng)省級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。

蘭波，女，副總建筑師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建筑師，高級(jí)建筑師，本科，建筑學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事建筑設(shè)計(jì)，施工圖審查工作。1982至今在桂林市建筑設(shè)計(jì)研究院工作，其問，1993年任建筑師，1998年任高級(jí)建筑師，所設(shè)計(jì)的工程多項(xiàng)獲得省級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)及入選中青年建筑師作品集。