談底部框架抗震墻的特點及設計

摘要：本文對底部框架抗震墻結構特點作了介紹，結合作者的設計經驗對抗震墻設計中的主要問題作了詳細的分析，提出了一些看法，供廣大工程技術人員參考。

關鍵詞：底部框架；抗震墻；設計

1 前言

底部框架一抗震墻砌體房屋是指底部一層或兩層為空間較大的框架抗震墻結構、上部為多層砌體結構的房屋。這種房屋底部的大空間可以滿足商場、餐廳、會議室、停車庫等使用功能的要求，而其上部可滿足住宅、辦公等較小開間使用的要求。這種結構形式具有比全框架結構經濟(在相同使用功能條件下可節約造價20％-30％)，同時又具有框架結構大空間便于靈活布置的使用特點，且施工簡單、工期短。因此這種結構形式使用的較為普遍，在經濟發展較為滯后的地區尤為適用，正是有這種廣泛的需求，新規范《建筑抗震設計規范》(GBS0011-2001)在底部框架抗震墻這一部分較舊《建筑抗震設計規范》(GBJll-89)有了一定的發展，在房屋總層數、總高度方面較舊《抗規》(GBJll-89)有了一定的放寬，同時又提出了底部兩層框架抗震墻砌體結構的設計原則和規定。

2 結構體型的均勻性

在中強地震作用下，上部磚房對底部產生較大的傾覆力矩，使設置抗震墻數量少的一側的框架柱產生較大的附加軸力，承載和變形能力下降，導致震害加劇。故底部抗震墻布置應盡可能均勻對稱分散分布，盡量使縱橫向抗震墻相連；同時，縱向抗震墻應在外縱軸線布置開窗洞的抗震墻或短肢剪力墻，增強橫向抗傾覆的能力，減小傾覆力矩對框架柱產生的附加軸力。另外，盡可能地減少層數、降低層高以削弱傾覆力矩的影響。抗震設計中，應盡可能使建筑平面簡潔、規則，結構的剛度中心與質心相一致，以減小地震作用下結構產生的扭轉效應，對于結構平面布置不規則的房屋應注意偏離結構剛度中心遠端的抗震墻或框架柱承載力的驗算。

建筑立面應避免頭重腳輕，結構重心盡可能降低。出屋面部分如屋頂的女兒墻、水箱間等，由于根部與下部結構連接薄弱，剛度突變，受鞭梢效應影響嚴重，在地震時容易率先破壞傾倒；另外，其地震作用通過周邊的屋面結構傳至下部結構，如屋面結構剛度不足時，在突出屋面結構的下部一定范圍內破壞相對集中。抗震設計要求出屋面建筑部分的高度不應過高，以減小地震時產生的鞭梢效應。同時，控制結構豎向強度和剛度的均勻性。在中強地震作用下，結構進入彈塑性狀態，結構的薄弱樓層將產生變形集中，其變形值數倍于其它樓層，薄弱樓層的變形大小決定了結構的破壞狀態。在水平地震作用下，結構樓層的強弱程度可由樓層屈服強度系數的大小來判斷。所謂層間屈服強度系數是指樓層實際受剪極限承載力與其彈性反應地震剪力之比，按下式計

式中，Vcc(i)、Vcw(i)分別為底中第i層框架柱和混凝土抗震墻受剪極限承載力；Vbw(i)為第i層磚砌體受剪極限承載力；?酌1、?酌2分別為考慮磚砌體和混凝土抗震極限承載力的折減系數，?酌1可取0.7，?酌2可取0.9β為磚砌體的水平承載力降低系數，對于過渡層取0．7～0．8，其余層取1．0；ζN為磚砌體強度的正應力影響系數，fv為非抗震設計的磚砌體抗剪強度設計值，按《砌體結構設計規范》(GB50003-2002)采用;Aj為第i層第j墻段水平截面凈面積，磚砌體中設置構造柱時，按上面公式計算；Awj為第i層第j墻段扣除洞口及構造柱后的水平截面面積;Acq為1根混凝土構造柱的截面面積；Gc、Gw分別為混凝土和磚砌體的剪切模量；ηq為混凝土構造柱抗剪參與系數，中柱(包括邊中柱)取0．4，邊柱取0．3；Fe(k)為第k層的彈性地震作用標準值；n為結構層數;m為第i層墻段數；γ為構造柱數。

3 底部框架一抗震墻砌體房屋的結構體系

根據底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震性能和這兩類房屋的特點，底部框架一抗震墻砌體房屋結構體系應附和下列要求：

底部框架-抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層應設置為框架-抗震墻體系。底部框架一抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層受力比較復雜，而底部的嚴重破壞將危及整個房屋的安全，加上地震傾覆力矩對框架柱產生的附加軸力使得框架柱的變形能力有所降低等因素，對底部的抗震結構體系的要求應更高一些。

①底部框架-抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層均應設置為縱、橫向的雙向框架體系，避免一個方向為框架、一個方向為連續梁的體系。

②底部框架-抗震墻砌體房屋的底層或底部兩層應設置為框架-抗震墻體系，使得在底部形成抗震的兩道防線。為了增強鋼筋混凝土抗震墻的變形和耗能能力，應把鋼筋混凝土墻設置為帶邊框的鋼筋混凝土墻。

③底層或底部兩層的抗震墻宜沿縱、橫兩個方向對稱布置，盡量使縱、橫抗震墻相連；鋼筋混凝土墻宜布置為T形、L形或Ⅱ形。對于底部兩層的抗震應貫通第一、二層。

④底層框架一抗震墻砌體房屋的底層鋼筋混凝土墻宜設置為帶邊框開豎縫的鋼筋混凝土墻。

過渡樓層的抗震能力應適當加強。底部框架一抗震墻砌體結構房屋的過渡樓層受力較為復雜，雖然底部抗震墻先開裂，但是一旦過渡樓層的磚墻開裂后，其破壞狀態要比底部重的多。因此，應增強過渡樓層的抗剪和抗彎承載能力。新《抗規)(GB50011-2001)就過渡樓層的樓板、構造柱及砂漿標號提出了最低的要求。

上部砌體房屋的縱、橫墻布置。上部砌體房屋的縱、橫向布置宜均勻對稱，沿平面宜對齊，沿豎向應上下連續；同一軸線上的窗間墻宜均勻。內縱墻宜貫通，對外墻的開洞率應控制，6度區和7度區不宜大于55％，8度區不宜大于50％。

4 底部框架結構設計中的常見問題

底部抗震墻數量不夠造成上、下側向剛度比超過規定。

側向剛度比符合要求，但上層縱向墻體開間過大，下部抗震墻幾乎沒有，這種上、下縱向剛度都很小，相對比值卻能滿足。對于這類房屋，首先要求上層砌體應滿足砌體結構的局部尺寸限值，再調整底部抗震墻，使之滿足側向剛度比。

單片抗震墻過長，有的整個山墻12米多全按抗震墻設計，形成“剛度集中”。對于高層建筑，抗震墻不宜超過8米，而對于高度矮很多底框房屋墻更不應過長。低矮抗震墻破壞特征是“剪切型”，具破壞起于混凝土剪壞，屬脆性破壞。規范規定底框房屋抗震墻高寬比不宜小于2．0，較長的抗震墻可設豎縫予以處理。

托墻梁支承于底部抗震墻上，這是一種嚴重的設計錯誤。其錯在于：由于托墻梁截面一般都很大，受力很大，使得抗震墻承受很大的出平面彎曲作用，也使得抗震墻局部區段軸壓比過大。底框房屋抗震墻一般在200-250之間，托墻梁縱向鋼筋的錨固難以達到規范強制性條文7、5、3條的要求。由于墻很薄，托墻梁線剛度很大，形成“強梁弱支座”，節點易于破壞，托墻梁配置很多負筋不起作用。對這類問題，應在托墻梁下設框支柱，或設垂直的抗震墻以平衡厚墻體出平面的彎曲作用。在一些錯誤的設計中，托墻梁下抗震墻連暗柱都沒有設置，這應該引起大家的重視。

當有次梁托墻時，應注意支承托墻次梁的主框架梁的抗剪、抗扭設計，此時不能按一般多層框架梁的構造作法，在支座邊1．5倍梁高或1／6跨度范圍內加密箍筋。由于托墻次梁傳來很大的集中力和扭矩，有可能使得跨中剪力與支座剪力相差不很大，對這類情況要注意跨中抗剪強度的驗算。注意一下這個問題，或許可以避免大錯誤。

參考文獻

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