底部框架—抗震墻砌體房屋設計中的要點

摘要：隨著我國經濟的快速發展，中小城鎮底部框架-抗震墻砌體房屋越來越多，我國又是一個多震國家，故對其結構的認知和結構設計的關鍵點進行討論。

關鍵詞：抗震構造；側向剛度；抗震計算

引言

底層框架-抗震墻砌體房屋就是底部是鋼筋混凝土框架結構，上部為砌體砌筑的多層房屋結構，簡稱為底部框架砌體結構。大多小城鎮中臨街建筑，多為商住兩用，要求底部大空間，上部布置較多的縱橫墻體以形成房屋的格局。因為這種結構采用的兩種不同的材料，在結構抗震中表現尤為不利。震害表明，底層框架-抗震墻砌體房屋的抗震性能較差，在高烈度地區，其抗震性能還不如同高度的的多層磚房。現將這類結構設計要點總結如下：

一.房屋抗震設計中的一般規定要求

1.建筑的層數和高度，從概念設計的角度控制層數和高度對結構的抗震設計尤為重要。

2.抗震橫墻的最大間距，符合相關規范規定；底層層高，一般不超過4.5m。

3.結構薄弱層部位彈塑性層間位移應符合下列公式要求：

彈塑性承建位移角，h---薄弱層樓層高度

4.底部框架抗震墻砌體房屋的鋼筋混凝土部分與鋼筋混凝土結構框支層相當。

二，抗震構造措施

底部框架砌體結構分為底部框架層（一層），過渡層（二層）和上部結構（砌體結構層），在地震作用下，會有較大的地震變形，會對結構帶來不利的影響，因此，在構造要求上的截面尺寸和配筋率都較多層砌體結構嚴格一些。上部砌體結構的樓蓋.屋蓋最好也采用現澆鋼筋混凝土，以提高房屋的整體穩定性，增加樓蓋的剛度，同時也增加樓板對墻體的約束，因而在墻體對齊的要求上可以適當放寬。

1.上部結構：對于構造柱設置部位，截面大小配筋及與圈梁的連接構造在《建筑抗震設計規范》7.5.1條均有規定。

2.過渡層即為與底部框架-抗震墻相鄰的上一層砌體樓層，其在地震時破壞較為嚴重。

（1）過渡層墻體的構造要求，在地震作用下過渡層的磚墻開裂先于其他樓層，是形成集中破壞的樓層，因此在過渡層，適當提高砌筑砂漿的強度等級，采取增加構造柱的配筋率和構造柱的數量來提高構造要求。

（2）過渡層底板構造要，也即為底層頂板，它是連接上部砌體結構和底部框架抗震墻結構的重要部位，規范對此作了具體規定：過渡層底板應采用鋼筋混凝土板，厚度不應小于120mm，并應少開洞，開小洞，當洞口尺寸大于800mm時，洞口周邊應設置邊梁。

（3）底部框架柱，底部框架柱不同與框架結構的框架柱，單大體上接近框支柱，對柱的軸壓比，縱向鋼筋和箍筋的要求，要參照框架柱的要求，單箍筋應全高加密。構造要求在《建筑抗震設計規范》7.5.6條有詳細的規定。

2）托墻梁，是托梁和上部墻體共同作用而得名，實際上為一偏心受拉構件，構造接近與高層框支梁的要求，嚴于一般的框架梁，《建筑抗震設計規范》7.5.8條對其作了詳細的規定。為改善底部結構的抗震性能，根據震害經驗總結，在底層設置一定數量抗震墻，做為第一道防線的抗側力構件，他的作用相當于框架-抗震墻中抗震墻的作用。其主要包括：鋼筋混凝土抗震墻和約束磚砌體抗震墻。

三 剛度比

這是一個很很重要的概念，因為底部框架砌體結構的材料及結構形式，致使結構的層間側移剛度相差較大。故其彈塑性層間位移分布有其獨特的特點：

1.側向剛度比的取值范圍

根據圖示可以看出：

多遇地震（小震），彈性工作階段，彈性層間位移比較均勻。

罕遇地震（大震），彈塑性工作階段。底部彈塑性變形集中。從層間變形情況值，底層和過渡層的彈塑性變形發展比較充分，是薄弱層，在大震作用下將率先屈服，發生變形集中有可能倒塌。

在結構設計中，截面抗震作用驗算是按多遇地震作用進行的，在彈性工作范圍內，薄弱層在驗算過程中很難被發現，而實際中，這種薄弱層是實實在在存在的，在遭遇罕遇地震時將產生難以想象的后果，因此在概念設計中必須采取措施予以控制，使得在遭遇罕遇地震時，彈塑性變形的層間位移比較均勻。重要措施是通過底部的縱橫向設置一定數量的抗震墻，控制底部框架-抗震墻與上面各層側移剛度的比值。規范規定：底部框架-抗震墻房屋的縱橫兩個方向，第二層計入構造柱影響的側向剛度與地層側向剛度的比值，6，7度是不應大于2.5，8度時不應大于2.0，且均不應小于1.0.

2.側向剛度比的計算

rk不應過大，也不應太小，太大使底層剛度太小產生過度的集中變形而嚴重破壞，太小，以免薄弱層轉移到二層。

四 抗震計算

1.地震作用效應的計算

采用底部剪力法進行抗震計算，在計算中未考慮側向剛度的變化，因此對底部計算的剪力考慮乘以放大系數予以調整。調整系數在1.2～1.5之間取值。

2.按二道防線的思路進行地震剪力分配

底部框架抗震墻砌體房屋中抗震墻作為第一道防線承擔地震剪力，框架作為第二道防線承擔地震剪力。

（1），抗震墻的地震剪力地震作用較小時，抗震墻處于彈性工作階段，與底層的框架相比，其剛度遠大于框架部分，其承擔了地震剪力的90%～95%，因此彈性階段不計框架作用。

一片混凝土抗震墻的承擔的地震剪力為

（2）框架部分地震剪力

根據彈塑性工作階段進行考慮，在地震作用下，鋼筋混凝土抗震墻的層間位移為1/1000時，抗震墻將產生開裂，當層間位移角到1/500時，其剛度只有原來的30%，

砌體抗震墻在層間位移為1/500，出現對角裂縫，其剛度只有原來的20%。

因此，在考慮地震剪力分配的時候，考慮鋼筋混凝土墻和砌體墻的剛度折減折減系數分別為0.3，0.2，框架不折減。

一榀框架承擔的地震剪力設計值可按下式計算：

3 地震傾覆力矩分配的簡化

（1）整個房屋的地震傾覆力矩

框架抗震墻各部分按轉動剛度進行分配

（2）地震傾覆力矩引起底部框架柱的附加軸力

假定強梁剛度無限大

4，抗震墻引起的框架柱的附加內力

底層框架柱的軸向力和剪力，應計入磚墻或小砌塊墻引起的附加軸向力和附加剪力，其值可按下列公式確定：

結論：結合我們國家的基本國情，底層框架抗震墻砌體房屋的抗震設應從一般規定，抗震構造措施，抗震計算進行，嚴格按照規范要求，做到經濟合理，安全適用。在地震來臨時，確保人民生命和財產安全。

參考文獻：

[1] GB50003-2011砌體結構設計規范（S）

[2] GB50011-2010建筑抗震設計規范（S）

[3] 施嵐青，砌體結構與木結構 [J]，機械工業出版社出版.2014