淺談底框—抗震墻結構設計

李惠琴

底商多層住宅近年來在城市很常見，即將一層作為商店、車庫等，上部為住宅、寫字樓等建筑。此類建筑的結構形式通常采用底框—抗震墻結構。此種結構優點在于房屋的底部可提供較大較靈活的空間做商業，在上部可蓋空間規整、不露柱子、造價低廉的磚混住宅。嚴格控制相鄰側移剛度，合理布置上下樓層的墻體，并提高底部框架的抗震等級。這就使底框結構的適用范圍更加推廣。現將底框—抗震墻設計應注意的問題簡述如下，供大家參考。

1 底框—抗震墻結構抗震墻的設計

1.1 抗震墻布置原則

底框—抗震墻結構的薄弱部位有兩個:1)豎向剛度發生突變的最底層磚混;2)最底層框架。因此，底框—抗震墻結構設計時，在底部框架和兩層框架結構設計時，合理設置一定數量的抗震墻，增加底部框架的剛度，保證結構的剛度不發生突變至關重要。

底部框架結構中的剪力墻既是承擔豎向荷載的主要構件，更是承擔水平力的主要構件，在地震中起第一道防線作用，因此在設計時要考慮底部剪力墻承擔 100%的水平地震作用，而框架只承擔小部分的地震力作為安全儲備。震害觀測表明，底框磚房在地震時底層將發生變形集中，會出現過大的側移而嚴重破壞甚至倒塌。鑒于此，2010年的抗震規范在近十幾年各地試驗研究的基礎上，對底框架結構剪力墻的布置做出了更科學的調整。

首先，抗震墻間距要滿足最大橫墻間距限制，6度、7度、8度設防區最大橫墻間距分別為18m，15m和11m。

其次，剪力墻應沿 2個主軸方向都有布置，使之形成直角以更好地發揮抗震作用。

另外要克服矯枉過正的偏見，有些設計人員認為既然底框結構底層薄弱就多布置一點剪力墻，越強越好，實際上是走向另一個極端。剪力墻的設置應與上部砌體結構相協調，抗震設計的原則是沿樓層間側移剛度應均勻變化，而不允許各層間發生突變。

1.2 抗震墻的數量要求

抗震墻的數量以滿足規范要求的剛度比，滿足抗震橫墻的最大間距要求。

1.3 抗震墻的布置方式

框剪結構剪力墻布置有 8字方針，即“周邊，均勻，對稱，相交”。底框結構中山墻一般要布置剪力墻，因為只在每個住宅單元樓梯間兩側布置混凝土剪力墻的底框結構是不宜采用的。

相關試驗表明，加大底層空曠房屋兩端平面剛度，對底層框架端部豎向位移進行控制，可有效增加底層框架的安全儲備，但盡管如此，布置也并不全周邊，中間還需要很多剪力墻。因此底框結構 8字方針可概括為“豎直，均勻，對稱，相交”，所謂豎直就是在布置底層剪力墻時應盡量對應上部上下豎直、中間不間斷的墻體，否則即使底層布置的剪力墻剛度再大，若豎向無對應的上部墻體，不僅傳力途徑不直接，且上下層剛心相距較遠，地震時上部墻體與底層剪力墻間會形成很大扭矩，極易破壞。

另外，布置底層剪力墻時要避開上部墻體洞口，若具體執行時實在難以避開(例如樓梯間入戶門等)，那么應采取在上部洞口兩側增加構造柱等加強措施，以更好地傳遞地震力。對個別剪力墻未能與上層磚墻對應者，應設法加大底層與二層轉換層之間樓板的平面內剛度，例如樓板加厚，配筋率增加，雙向雙層配筋等。所謂相交主要是指剪力墻應盡量布置成L形和T形，以使它們相互支撐，增大每片單肢墻的平面外剛度，增強抗扭性。

具體設計時剪力墻的長度、開洞等均需通過計算確定。剪力墻的計算長度確定后，應將實墻面布置在兩端，中間用洞口分隔，避免采用一端有剪力墻而另一端為獨立柱的方式。

1.4 抗震墻的高寬比

按規范規定:抗震墻的高寬比應在 1～4之間。因為當抗震墻高寬比大于 4時，等效側向剛度可不考慮。當抗震墻高寬比小于1時，此時可稱之為低矮抗震墻。低矮抗震墻的抗側力剛度和承擔的地震剪力較大，變形和耗能能力較差，受地震作用時為剪切破壞。因此，混凝土剪力墻具體布置時宜開設洞口形成若干墻段，并保證各墻段高寬比不小于 1。

2 底框—抗震墻結構剛度比的要求

底部框架結構與上部磚混結構的剛度比設計是底部抗震墻設計最關鍵的問題。若底部框架結構的剛度相對于上部磚混結構的剛度比較大，整個結構形成下剛上柔的結構體系，能較好的抵抗地震的作用，是比較理想的結構體系，但下部剛度太大就意味著下部框架結構中的抗震墻數量過多或柱子截面較大，這樣既影響了建筑空間的利用，又增加了工程造價。若底部框架結構的剛度相對于上部磚混結構的剛度比較小，整個結構形成下柔上剛的結構體系，下部框架結構將形成薄弱部分，不利于抵抗地震的作用，是應該避免的結構體系。

因此GB 50011-2010建筑抗震設計規范第7.1.8條同時對底部框架—抗震墻房屋縱橫兩個方向底層或底部二層與二層或三層的側向剛度之比作了規定。對于 6度、7度抗震設防地區，規定其側向剛度比不應大于 2.5，對于 8度抗震設防地區規定其側向剛度比不應大于2.0，且均不應小于 1.0。底部兩層框架—抗震墻砌體房屋縱橫兩個方向，底層與底部二層側向剛度應接近，第三層計入構造柱影響的側向剛度與底部第二層側向剛度的比值，6度、7度時不應大于2.0，8度時不應大于 1.5且均不應小于 1.0。根據工程經驗和滿足規范要求的前提下，建議底部一層框架結構的剛度比在1.2～1.8之間(根據不同的地震烈度選用);底部兩層框架結構的剛度比在 1.2～1.5之間(根據不同的地震烈度選用)。調整結構剛度比的方法主要是改變底部抗震墻的數量、厚度、長度、形式與位置，將底框結構的部分抗震墻延伸到過渡層，改變底部框架柱的截面尺寸，改變上部磚混結構中縱橫墻的數量、厚度及構造柱的大小、數量等。視具體情況而定。

3 底框—抗震墻結構抗震構造措施

3.1 底部框架—抗震墻房屋的上部砌體結構

由于底部框架—抗震墻與上部砌體為兩種不同的結構體系，兩種不同的材料，其抗震性能和變形能力均相差較大。為保證上部結構的強度，提高砌體結構的延性同樣重要。因此《建筑抗震設計規范》第 7.5.1條規定底部框架—抗震墻房屋的上部砌體應設置構造柱，在過渡層尚應在底部框架柱對應位置設置構造柱。特別是過渡層的墻體，除提高磚及砂漿標號外，宜沿墻體全長配置水平鋼筋，此外合理設置圈梁和構造柱是保證上部砌體結構強度和延性的關鍵，過渡層構造柱可適當加密，其間距可控制在 2.5m～3.0m之間。

3.2 底部框架—抗震墻房屋的托墻梁

托墻梁是底部框架—抗震墻房屋的底部與上部的轉換構件。因此GB 50011-2010建筑抗震設計規范第 7.5.8條對底部框架—抗震墻房屋的托墻梁的截面尺寸、箍筋的直徑、間距及加密區范圍都有明確的規定。由于底部框架—抗震墻房屋的托墻梁與一般的抗震結構房屋框架梁有一定的差異，突出的特點是截面應力分布的中和軸上移。因此規范規定托墻梁應沿梁截面高度設置2Φ14@200的腰筋，同時還規定托墻梁的主筋和腰筋應按受拉鋼筋的要求錨入柱內，且支座上部的縱向鋼筋在柱內的錨固長度應符合鋼筋混凝土框支梁的有關要求。

3.3 底部框架—抗震墻房屋的過渡層樓蓋

過渡層樓蓋:底部框架—抗震墻房屋過渡層的樓蓋是房屋的重要部位，也起著底部地震剪力的傳遞、各抗側力構件間的分配、房屋傾覆力矩在底部的分配、各層砌體結構與底部框架—抗震墻結構的過渡等重要作用。因此《建筑抗震設計規范》第 7.5.7條規定:過渡層板厚不應小于120mm，對過渡層樓板開洞也作了規定。

4 結語

底部框架—抗震墻結構作為一種經濟有效的結構形式，適應我國當前的經濟發展的需要，所以說它是我國現階段經濟條件下特有的一種結構，雖然其抗震性能不是很好，但只要結構設計人員嚴格按照規范和實踐經驗進行設計，完全能夠做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防總目標。

[1] GB 50011-2010，建筑抗震設計規范(2010年版)[S].

[2] 鄭山瑣，薛建陽.底部框剪砌體房屋抗震分析與設計[M].北京:中國建材工業出版社，2010.

[3] 賈曉坤，郭 雷，張 凱.框架剪力墻結構地震反應push-over分析[J].山西建筑，2009，35(7):64-65.