底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題的探討

劉敏

【摘要】底部框架抗震墻砌體建筑是由底部托墻梁框架抗震墻和上部砌體結(jié)構(gòu)所組成的一種結(jié)構(gòu)形式，主要用于下部為大空間商業(yè)上部為住宅的建筑，此種結(jié)構(gòu)形式抗震性能不好，故設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)時應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行。本文闡述了底框結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置及計(jì)算方法，對底部框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問題進(jìn)行了探討分析，并提出了底部框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的防治對策，以供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】底框結(jié)構(gòu)；構(gòu)件布置；計(jì)算方法；問題；對策

一、底框結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置及計(jì)算方法

1.1結(jié)構(gòu)布置

（1） 平面布置宜對稱，盡量避免L形等凸凹墻體。使底層縱橫向剛心盡可能與整棟建筑的質(zhì)心重合。

（2）7度設(shè)防時，允許7層且高度小于21m，對教學(xué)樓等橫墻少的6層19m，對磚抗震墻為5層16m。

（3） 上面磚墻應(yīng)按軸線上下對齊或基本對齊。每單元砌體抗震墻最多有二道不落在框架主梁，或砼抗震墻上，而是由次梁支托上部抗震墻。托墻的次梁應(yīng)按3.4.3條考慮地震作用的計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整。次梁的重力和彎附加的地震作用效應(yīng)。同時不對齊的墻不能連續(xù)超過兩道。有些地方規(guī)定墻總長度是75%～80%要對齊等等。落在托梁或抗震墻上，縱橫墻應(yīng)豎向連續(xù)。

（4）底層應(yīng)布置縱、橫向盡量連成一體的抗震墻，橫墻間距應(yīng)小于18m?？拐饓Σ贾迷瓌t：均勻、分散、對稱、周邊。

（5）二層樓蓋應(yīng)現(xiàn)澆且不小于120mm厚，當(dāng)150mm厚時，應(yīng)配雙層筋，以承擔(dān)部分水平剪力。

（6）梁高跨比應(yīng)在1/4-1/8之間，梁寬應(yīng)300mm以上，柱宜采用方形截面對稱配筋。

1.2底框結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

（1） 滿載法：把梁作為單獨(dú)的受彎構(gòu)件，上部墻等全荷均作用梁上（結(jié)果偏大）。

（2）三板兩墻法：即只算三層樓板兩層墻體的重量，其余層不算（柱和基礎(chǔ)算）雖未出過問題，但缺乏科學(xué)依據(jù)。

（3）彈性地基梁法：把墻體視為半無限彈性體，將托梁視為倒過來的彈性地基梁，按三角形豎向荷載計(jì)算托梁。

（4）墻梁組合規(guī)范算法：考慮墻梁大拱效應(yīng)規(guī)范算法，按墻梁組合計(jì)算，雖經(jīng)濟(jì)合理，但條件太多：第一、梁寬不小于300mm，凈跨不小于梁高的4倍，梁高在1/6-1/8跨度；第二、梁底筋應(yīng)通長，伸入支座不小于錨固長度，接頭焊接；第三、托梁通長腰筋2φ14，間距不大于200mm。托梁支承長不小于350mm，上部建筑應(yīng)符合剛性方案要求；第四、墻總高小于18m，靠支座1/3跨內(nèi)開洞時，支座處應(yīng)設(shè)上下貫通的構(gòu)造柱落地等，詳見GB50003-2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

二.底部框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問題

2.1建筑布置不合理的問題

《抗規(guī)》第3.4.2條明確規(guī)定"建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減少，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變"。但在實(shí)際工作中，建筑布置的合理性往往被忽視。目前的一些建筑設(shè)計(jì)，由于仍沿襲不設(shè)防時的設(shè)計(jì)思路，將抗震基本要求擱置一邊，為片面追求建筑效果，將底層框架建筑平面上多處凹進(jìn)凸出，導(dǎo)致各部分質(zhì)量極不均勻，建筑物外縱墻多處被人為割斷，嚴(yán)重影響抗震剛度。此外，在立面上又設(shè)置了許多不利于抗震的裝飾物，如某底框住宅女兒墻竟高達(dá)3m以上。，如果上述問題解決得不好，抗震設(shè)防問題就會越積越多，一旦發(fā)生大地震，代價(jià)將會十分慘重。

2.2抗震設(shè)防不當(dāng)?shù)膯栴}

商住多層建筑近年來在中、小城市中很常見，即將一層作商場，然后在其上建造住宅。此種結(jié)構(gòu)形式實(shí)際計(jì)算屬下柔上剛，對抗震極為不利，如果不加抗震墻，做成底層純框架而上部磚混的結(jié)構(gòu)，在地震區(qū)將存在一些問題。除底層不設(shè)抗震墻外，此類建筑還有超高和超層問題。例如某底框結(jié)構(gòu)建筑設(shè)層高3.2m的地下室1層（南面開敞，在地面以上，北面埋入土內(nèi)），一層商業(yè)部分層高為3.9m，其上為4層2.8m高的住宅，因此總高度達(dá)18.3m，因地下室一側(cè)露出地面，地下室應(yīng)按地上計(jì)算，故總層數(shù)為6層，超過《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）》（以下簡稱《抗規(guī)》）中此類建筑在8度（0.2g）地區(qū)總高度≤16m和總層數(shù)≤5層的規(guī)定，存在安全隱患。

2.3人為因素的問題

抗震設(shè)防設(shè)計(jì)的人為一定要重視，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守《抗規(guī)》的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1） 仔細(xì)理解規(guī)范的要求，搞清楚底框結(jié)構(gòu)在地震時的破壞情況。上面幾層砌體結(jié)構(gòu)，由于開間小、橫墻多，不僅重量大，側(cè)移剛度也大，而底層框架側(cè)移剛度比上層小得多。剛度的急劇變化使得在結(jié)構(gòu)剛?cè)峤唤犹?，?yīng)力高度集中，在柱端產(chǎn)生塑性鉸，并使建筑的變形集中發(fā)生在相對薄弱的底層。這種比較薄弱的底層或中間層，可稱之為"軟層"，對于這種"軟層"在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠重視。

（2）設(shè)計(jì)人有時未作詳細(xì)計(jì)算，僅憑習(xí)慣上的概念，錯誤地認(rèn)為底層框架的側(cè)向剛度一定比磚房好，縱向框架側(cè)向剛度一定比橫向好，而實(shí)際上并非如此。

三、底部框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的防治對策

對于底層框架抗震墻的磚房，為了使這類建筑的抗震設(shè)計(jì)滿足"小震不壞"，"中震可修"和"大震不倒"的抗震設(shè)防目標(biāo)，筆者認(rèn)為需要采取以下防治措施：

（1） 底層框架磚房的底層，不應(yīng)采用純框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要及早介入建筑方案與初步設(shè)計(jì)，并和建筑工種與建設(shè)單位反復(fù)協(xié)商，在不影響或少影響功能的前提下，使縱橫外墻、室內(nèi)分隔墻等盡量對稱，并均勻地在縱橫兩個方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，使上層與底層的縱橫向側(cè)移剛度比，能夠滿足規(guī)范要求。根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50003-2011）》條文說明，底層設(shè)置一定數(shù)量抗震墻的框支墻梁建筑模型振動臺試驗(yàn)表明，其抗震性能不僅不比同樣層數(shù)的多層建筑低，甚至還要好些。所以，在底框結(jié)構(gòu)中合理設(shè)置一些抗震墻是非常重要的。

（2）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。另外，經(jīng)分析知道提高軟層的屈服強(qiáng)度可以減少軟層塑性變形的集中。因此，底部剪力法對底層地震剪力要乘以一個1.2～l.5的增大系數(shù)。

（3）底層框架磚房的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%。

（4）在底層框架磚房的上層，構(gòu)造上仍應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，并應(yīng)每層設(shè)置圈梁，底層的頂板應(yīng)為現(xiàn)澆樓蓋。軟層中的柱，特別是結(jié)構(gòu)剛?cè)嵯嘟拥牡胤?，要避免出現(xiàn)塑性鉸。

（5）底房框架柱應(yīng)考慮地震的傾復(fù)力矩引起的附加軸力。

四、結(jié)束語

底部框架抗震墻砌體建筑是我國砌體結(jié)構(gòu)建筑的一種特殊形式，這種由上下不同材料組成的混合結(jié)構(gòu)，其抗震性能存在明顯不利因素，故底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)對一些常見的問題加以重視，確保此種結(jié)構(gòu)在地震時有一定的安全保障。

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