談底部框架—抗震墻砌體房屋的設(shè)計及應(yīng)用

趙 斌

(大同市二院建筑設(shè)計研究有限責(zé)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(jì)八九十年代隨著房地產(chǎn)快速開發(fā),為了滿足一些建筑功能的需要,而出現(xiàn)了一定規(guī)模的建設(shè)。本工程為山西某城市郊區(qū)一棟6層底框結(jié)構(gòu)居民住宅樓，底部2層為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)高度為19.6 m，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，地震分組第一組。當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓為 0.50 kN/m2，100年風(fēng)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(dá)到100 kPa)、粉質(zhì)粘土(厚度約為0.5 m，承載力強度達(dá)到160 kPa)、粘土(厚度約為2.1 m，承載力強度達(dá)到180 kPa)、粗砂(厚度約為1.5 m，承載力強度達(dá)到300 kPa)、細(xì)砂(厚度約為0.5 m，承載力強度達(dá)到260 kPa)，粘土(厚度約為10 m，承載力強度達(dá)到200 kPa)、經(jīng)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(jié)構(gòu)的框架柱軸壓力不大，初步采用獨立基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)形式，通過計算分析比較后，最終選定為筏形基礎(chǔ)?？蚣苤图袅Φ幕炷翗?biāo)號為C30；框架梁混凝土為C30，樓層樓板的混凝土標(biāo)號與梁的標(biāo)號相同，滿足施工的方便。燒結(jié)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(jié)構(gòu)布置見圖1,上部砌體結(jié)構(gòu)布置見圖2。

1 框架—抗震墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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(cè)向剛度不規(guī)則，對抗震極其不利，需要通過合理的設(shè)計從而減小地震作用的危害。這種結(jié)構(gòu)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(shù)量和布置位置具體依據(jù)上部砌體結(jié)構(gòu)的剛度和層數(shù)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(yán)重，上部砌體結(jié)構(gòu)受損輕微。這種結(jié)構(gòu)底層柔上層剛。

2 框架—抗震墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中容易出現(xiàn)的問題

2.1 不同結(jié)構(gòu)的地震作用存在差異

其他條件不變的情況下，底框結(jié)構(gòu)房屋和砌體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)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(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)，盡量在外邊緣設(shè)置一些外墻，可以有效保證結(jié)構(gòu)抗震性能?？蚣苤紤]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(jié)構(gòu)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(cè)向剛度不規(guī)則或樓層受剪承載力突變，應(yīng)加強底部框架—剪力墻的數(shù)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(shè)防烈度6,7,8時，墻的最大間距分別不應(yīng)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(shè)防烈度6,7,8時，墻的最大間距分別不應(yīng)超過15 m,15 m,11 m。

3 底部框架—抗震墻砌體房屋的結(jié)構(gòu)布置原則以及本工程中出現(xiàn)的設(shè)計問題

底部框架—抗震墻砌體房屋的結(jié)構(gòu)布置，應(yīng)符合下列要求：房屋的底部1層或2層，縱橫兩方向分別設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，盡量均勻?qū)ΨQ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(gòu)造柱貢獻(xiàn)作用，求得的側(cè)向剛度與底層側(cè)向剛度的比值，6度,7度時不應(yīng)大于2.5，8度時不應(yīng)大于2.0，且均不應(yīng)小于1.0，為了避免剛度不規(guī)則；底層與底部第2層側(cè)向剛度應(yīng)接近；底部框架—抗震墻砌體房屋的抗震墻應(yīng)設(shè)置條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)，具體參照地基條件，通過合適的基礎(chǔ)形式加強上部結(jié)構(gòu)的整體性。底部剪力墻的厚度不應(yīng)小于160 mm且不宜小于層高或無肢長度的1/20。本結(jié)構(gòu)底部抗震墻的厚度四周為250，內(nèi)部均為200，滿足構(gòu)造要求，加厚四周為了提高結(jié)構(gòu)的抗扭效果，框架柱截面為500×500。

本工程中出現(xiàn)的上、下層剛度比較大(最大值達(dá)到2.4)，不滿足規(guī)范要求,通過調(diào)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(diào)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(diào)整過程中,特別注意個別墻肢不宜過長,容易導(dǎo)致剛度分布不合理,還會產(chǎn)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(gòu)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(jié)語

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中注意框架柱和剪力墻的合理布置，使其發(fā)揮更好的效果，有助于減小地震不利作用。

2)托墻梁的設(shè)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(fù)雜導(dǎo)致延性和耗能降低，過早進(jìn)入破壞狀態(tài)。

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