底部框架－抗震墻砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計綜述

原 帥

（貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

底部框架－抗震墻砌體房屋結(jié)構(gòu)具有良好的使用功能，且施工較為簡便，是與我國經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)的特有的結(jié)構(gòu)形式。但由于該類結(jié)構(gòu)的底部易形成薄弱層，因此在歷次大地震中，如1963年南斯拉夫地震、1976年我國唐山地震、2008年我國汶川地震，多發(fā)生以底部為主的嚴(yán)重破壞。文章將具體討論該類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計問題。

1 底部框架抗震墻設(shè)計

1.1 抗震墻部分的設(shè)計

在底部設(shè)置一定數(shù)量抗震墻，是避免薄弱層出現(xiàn)的重要途徑，因此規(guī)范[1]在這方面的要求較規(guī)范[2]相關(guān)條文更加嚴(yán)格。從材料上來講，一般要求采用鋼筋混凝土墻或配筋小砌塊墻作抗震墻，當(dāng)?shù)讓硬捎闷鲶w抗震墻時，僅允許用于6 °設(shè)防且總層數(shù)不超過四層的底框結(jié)構(gòu)中，并明確應(yīng)采用約束砌體加強房屋的底部。約束砌體的抗震性能和經(jīng)濟指標(biāo)介于普通砌體和鋼混材料之間，它既能提高原有砌體的抗壓承載力和側(cè)移剛度，又可降低工程造價，在對剛度敏感的底框結(jié)構(gòu)中，使用約束砌體是協(xié)調(diào)其底部剛度變化的有力手段，因而規(guī)范[1]重點補充了該種材料在實際工程中的使用規(guī)則，包括層高的限制等。

在抗震墻的平面布置中，規(guī)范[1]明確要求應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置。因此，應(yīng)避免在臨街建筑中使用底框結(jié)構(gòu)。在具體設(shè)計中，應(yīng)按照抗震墻慣常的布置方式，增強結(jié)構(gòu)的抗扭能力。另外，為了防止樓板平面出現(xiàn)過大的變形而不能使地震作用有效傳遞到抗震墻上，應(yīng)控制底層抗震橫墻的最大間距。對此，規(guī)范[1]做了更為嚴(yán)格的規(guī)定。

合理的抗震墻數(shù)量和位置應(yīng)使底框結(jié)構(gòu)的層間位移反應(yīng)較為均勻，使房屋較薄弱部位出現(xiàn)在變形和耗能能力較好的底層，同時避免底層變形過分集中，從而提高結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。過渡層的構(gòu)造柱一般是鋼筋混凝土柱，其剛度對于上下整體剛度有一定程度的影響，規(guī)范[1]規(guī)定在計算剛度比時應(yīng)計入這一部分剛度。對此，筆者對一6度設(shè)防，7層19.8 m的底框結(jié)構(gòu)工程，利用新規(guī)范版本 pkpm進行側(cè)剛比的校核，原來計算結(jié)果為在Y向地震作用下，第二層與第一層側(cè)剛比為0.87，小于規(guī)范[1]1.0的要求，加入構(gòu)造柱的剛度影響重新計算后，側(cè)剛比變?yōu)?.01，符合規(guī)范要求，可以不用調(diào)整模型。

規(guī)范[1]在抗震墻的構(gòu)造方面亦提出了更嚴(yán)格的規(guī)定：對于鋼筋混凝土墻體內(nèi)豎向和橫向的分布鋼筋調(diào)整為均不應(yīng)小于0.3%，對于約束磚砌體墻調(diào)整為沿框架柱每隔300 mm配置2 φ8水平鋼筋和φ4分布短筋平面內(nèi)點焊組成的拉結(jié)網(wǎng)片，且增加了約束小砌塊砌體墻的構(gòu)造要求。

1.2 框架部分設(shè)計

底框結(jié)構(gòu)的破壞都表現(xiàn)出“弱柱強梁”的特點：由于底框托墻梁需要承擔(dān)上部磚混結(jié)構(gòu)承重墻的荷載，所以梁的截面高度往往較大，剛度遠(yuǎn)大于柱的剛度，因此易導(dǎo)致柱先發(fā)生破壞。對此，新規(guī)范增加了對底部框架柱的構(gòu)造措施，基本接近框支柱的要求，同時應(yīng)注意作為抗震墻邊框的邊框柱的構(gòu)造要求。底部框架的相關(guān)計算要求基本延續(xù)規(guī)范[2]，需要注意的是對于使用約束普通磚砌體和小砌塊砌體砌體墻的情況，應(yīng)計入其對框架的附加軸力和附加剪力并進行底層的抗震驗算；底部各軸線承擔(dān)的地震傾覆力矩，調(diào)整為可近似按底部抗震墻和框架的有效側(cè)向剛度的比例分配確定，且明確了按此方法計算框架部分承擔(dān)的傾覆力矩略偏?。煌瑫r增加了框架柱各軸線承擔(dān)的地震剪力和軸力，當(dāng)樓蓋的長寬比大于 2.5時，尚應(yīng)計入樓蓋平面內(nèi)變形的影響，在設(shè)計建模時應(yīng)使用適當(dāng)?shù)臉巧w剛度假定進行設(shè)計。

2 過渡層設(shè)計

底框磚砌房屋中的過渡層通常是框架上部砌體結(jié)構(gòu)的首層，主要傳遞上部地震剪力和上部各層地震力對底層樓板的傾覆力矩。但目前結(jié)構(gòu)設(shè)計未考慮填充墻在結(jié)構(gòu)中的具體位置對框架側(cè)向剛度的影響，而在該類結(jié)構(gòu)中，填充墻使得底部框架部分剛度過大而使薄弱層移至過渡層，造成該層的嚴(yán)重破壞。

考慮到過渡層剛度的變化和應(yīng)力的集中，規(guī)范[1]對過渡層的構(gòu)造要求進行了集中闡述并予以特別加強，首先要求豎向構(gòu)件宜對齊貫通，增加了過渡層應(yīng)在底部抗震墻構(gòu)造柱處設(shè)置構(gòu)造柱或芯柱，且構(gòu)造柱間距不宜大于層高，芯柱間距不宜大于1 m，過渡層構(gòu)造柱的縱向鋼筋增加了設(shè)防烈度6 °時的要求，8 °時調(diào)整為4φ18，縱向鋼筋錨固長度不小于35 d；當(dāng)縱向鋼筋錨固在框架梁內(nèi)時，除滿足錨固長度外，還應(yīng)對框架梁相應(yīng)位置采取增設(shè)吊筋，增設(shè)附加箍筋，設(shè)置必要的抗扭箍筋等構(gòu)造措施來加強。新規(guī)范要求過渡層應(yīng)在砌體墻的窗臺標(biāo)高處設(shè)置沿縱橫墻通長的水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶，另外應(yīng)在砌體墻的構(gòu)造柱或芯柱之間增設(shè)一定規(guī)格的拉結(jié)網(wǎng)片或水平點焊網(wǎng)片，符合一定尺寸的砌體墻洞口應(yīng)增設(shè)一定規(guī)格的構(gòu)造柱或單孔芯柱。為了保證豎向剛度的連續(xù)性，規(guī)范[1]明確了除樓梯間附近的個別墻段外，上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻均應(yīng)對齊布置，對于底部次梁轉(zhuǎn)換的情況，過渡層的墻體應(yīng)另采取加強措施。

3 上部磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于上部磚混結(jié)構(gòu)的方案選擇，應(yīng)避免選用縱墻承重方案，因為這會造成橫墻較少，同時易引起縱墻的彎曲破壞，削弱了整個結(jié)構(gòu)的抗震能力。且上部磚混結(jié)構(gòu)在地震力反復(fù)作用下，在開洞較多的窗間墻等部位出現(xiàn)剪刀形交叉裂縫，由于地震作用自上而下逐層增大，裂縫寬度也會逐層增大。在底框破壞而上部磚混結(jié)構(gòu)能較好保存的建筑物中，圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置對上部結(jié)構(gòu)的抗震起了關(guān)鍵作用。在上部磚房沿樓板標(biāo)高處設(shè)置的水平圈梁，加強了內(nèi)外墻的連接，增強了房屋整體性。通過構(gòu)造柱、圈梁、樓板和墻體的空間協(xié)同工作，砌體結(jié)構(gòu)的整體剛度和抗震性能會得到很大提高。新規(guī)范增加了芯柱的構(gòu)造要求。

4 其他方面

對于底框結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計，新規(guī)范不再限制具體的基礎(chǔ)形式，只要求整體性好即可。

底框結(jié)構(gòu)的地震作用計算方法仍為底部剪力法，筆者認(rèn)為對于較重要的底框結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法對其再次進行內(nèi)力和變形的驗算，由于該類結(jié)構(gòu)使用多種材料建造，對于其中阻尼比的確定應(yīng)著重進行研究。

現(xiàn)今的設(shè)計思路基本上借鑒了隔震的思想，保證底層具有一定剛度的同時又要使得底層具有一定的變形能力，以耗散部分能量。但其又不是完全意義上的隔震，在條件允許的地方，應(yīng)利用基底隔震、層間隔震等措施，將隔震的工作從底層框架部分徹底分離出來，以實現(xiàn)完全的隔震效果。

5 結(jié)論及建議

綜上所述，文章針對如何有效控制薄弱層對底框結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響，綜合各方研究成果和規(guī)范最新規(guī)定，敘述了具體的實現(xiàn)途徑。另外，建筑場地的選擇、施工的質(zhì)量、材料的選用等也影響著底框結(jié)構(gòu)的抗震性能，需各專業(yè)人員在設(shè)計、施工中嚴(yán)格遵守規(guī)范的要求，并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，綜合考慮，對底框結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提出更加有效的方案。

1 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]（GB50011－2010）

2 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]（GB50011－2001）

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