談底部框架—抗震墻砌體房屋的設計及應用

趙 斌

(大同市二院建筑設計研究有限責任公司，山西 大同 037000)

0 引言

底部框架—抗震墻(底框)房屋是二十世紀八九十年代隨著房地產快速開發,為了滿足一些建筑功能的需要,而出現了一定規模的建設。本工程為山西某城市郊區一棟6層底框結構居民住宅樓，底部2層為框架剪力墻結構，上部4層為磚混砌體房屋。建筑總面積為2 710 m2，建筑高度為20.2 m，結構高度為19.6 m，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，地震分組第一組。當地基本風壓為 0.50 kN/m2，100年風壓為0.60 kN/m2，基本雪壓0.25 kN/m2。地基土層從上而下依次為素填土(厚度約為0.4 m，承載力強度達到100 kPa)、粉質粘土(厚度約為0.5 m，承載力強度達到160 kPa)、粘土(厚度約為2.1 m，承載力強度達到180 kPa)、粗砂(厚度約為1.5 m，承載力強度達到300 kPa)、細砂(厚度約為0.5 m，承載力強度達到260 kPa)，粘土(厚度約為10 m，承載力強度達到200 kPa)、經過合理比較分析，初步定第1層粘土作為持力層。由于持力層的承載力強度為180 kPa,主體結構的框架柱軸壓力不大，初步采用獨立基礎或筏板基礎形式，通過計算分析比較后，最終選定為筏形基礎。框架柱和剪力墻的混凝土標號為C30；框架梁混凝土為C30，樓層樓板的混凝土標號與梁的標號相同，滿足施工的方便。燒結粘土磚3層，4層MU15,5層，6層MU10,砌體墻砌體水泥砂漿3層，4層M10,5層，6層MU7.5。具體底框結構布置見圖1,上部砌體結構布置見圖2。

1 框架—抗震墻結構的介紹

底部框架—抗震墻(底框)房屋是指底部為鋼筋混凝土框架—抗震墻結構、上部為多層砌體承重的房屋。一般情況下，底部框架—抗震墻房屋的剛度比上層砌體剛度小，容易形成側向剛度不規則，對抗震極其不利，需要通過合理的設計從而減小地震作用的危害。這種結構形式適合底部1層或2層為商鋪，上面若干層為普通住宅。底部框架—抗震墻中的鋼筋混凝土墻的數量和布置位置具體依據上部砌體結構的剛度和層數來決定。歷次大地震中，如1963年南斯拉夫大地震，1972年美國圣費南多地震，1976年羅馬尼亞地震以及1976年唐山大地震，2008年汶川大地震等，都證明底部框架—抗震墻受損嚴重，上部砌體結構受損輕微。這種結構底層柔上層剛。

2 框架—抗震墻結構設計過程中容易出現的問題

2.1 不同結構的地震作用存在差異

其他條件不變的情況下，底框結構房屋和砌體結構房屋，兩者除底層不同外，上部各層相同。由于計算方法不同，兩類結構的總地震作用和各層地震作用分布不同。底框房屋和砌體房屋滿足底部剪力法條件，地震總作用和各層地層作用效果有所差異。

2.2 剪力墻和框架柱布置原則

剪力墻布置應遵循“均勻、對稱、周邊、分散”的原則。底層框架—剪力墻的布置不僅要考慮底層的功能布置，而且還要結合上部住宅房間的功能布置。底部做大空間為了滿足做商店、車庫等，不允許有外縱墻，為了提高結構抵抗扭轉，盡量在外邊緣設置一些外墻，可以有效保證結構抗震性能。框架柱要考慮滿足功能的情況下，減小柱距有利于托墻梁的受力性能。

2.3 剪力墻和砌體墻的間距要求

由于底框結構下部為鋼筋混凝土墻和框架柱，為了滿足建筑功能，層高較上部的磚墻層高相差較大，兩者彈性模量和剛度相差較大。為了避免形成側向剛度不規則或樓層受剪承載力突變，應加強底部框架—剪力墻的數量，合理的布置其間距，減小落地砌體墻的洞口。鋼筋混凝土墻在設防烈度6,7,8時，墻的最大間距分別不應超過18 m,15 m,11 m，由此可以看出，隨地震作用增大，墻的間距遞減。砌體承重墻在設防烈度6,7,8時，墻的最大間距分別不應超過15 m,15 m,11 m。

3 底部框架—抗震墻砌體房屋的結構布置原則以及本工程中出現的設計問題

底部框架—抗震墻砌體房屋的結構布置，應符合下列要求：房屋的底部1層或2層，縱橫兩方向分別設置一定數量的抗震墻，盡量均勻對稱布置；底層框架—抗震墻砌體房屋的縱橫兩個方向，第2層考慮構造柱貢獻作用，求得的側向剛度與底層側向剛度的比值，6度,7度時不應大于2.5，8度時不應大于2.0，且均不應小于1.0，為了避免剛度不規則；底層與底部第2層側向剛度應接近；底部框架—抗震墻砌體房屋的抗震墻應設置條形基礎、筏形基礎、樁基礎，具體參照地基條件，通過合適的基礎形式加強上部結構的整體性。底部剪力墻的厚度不應小于160 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/20。本結構底部抗震墻的厚度四周為250，內部均為200，滿足構造要求，加厚四周為了提高結構的抗扭效果，框架柱截面為500×500。

本工程中出現的上、下層剛度比較大(最大值達到2.4)，不滿足規范要求,通過調整底部框架柱的截面和位置，尤其在滿足建筑功能的情況下,調整底部剪力墻的厚度、長度、混凝土等級，這樣底部兩層的剛度改變較大,使其剛度比減小(1.81)，滿足抗震要求。在調整過程中,特別注意個別墻肢不宜過長,容易導致剛度分布不合理,還會產生與之相連的框架梁受剪超筋。由于Y方向剛度較X方向偏小，上、下層剛度比僅Y方向不滿足要求，因此對四周角部的剪力墻采用不等長的L形布置(Y方向加長，X方向滿足墻肢構造要求即可)，提高其在該方向的剛度，從而解決了剛度比的要求。

4 結語

1)結構設計過程中注意框架柱和剪力墻的合理布置，使其發揮更好的效果，有助于減小地震不利作用。

2)托墻梁的設計中，注意在不影響建筑的使用情況下，盡量提高其截面高度和寬度，避免在地震作用下，受力復雜導致延性和耗能降低，過早進入破壞狀態。

3)底框上部磚混砌體結構，控制砌體墻的數量和厚度、長度，在滿足強度和剛度的情況下，不宜過多設置砌體墻，這樣會導致上、下不同結構體系剛度和強度相差太大，不利于整體抗震。