談底層框架磚房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和抗震鑒定

李海龍 安貴倉

(甘肅土木工程科學(xué)研究院，甘肅蘭州 730020)

0 引言

底層框架磚房在城鎮(zhèn)臨街建筑中應(yīng)用比較廣泛，這種房屋底部一般為1層或2層空間較大的框架抗震墻結(jié)構(gòu)，可以作為商鋪或停車庫，上部為小開間的普通砌體房屋，可以作為辦公室或臥室等。與純框架結(jié)構(gòu)房屋相比，具有節(jié)約造價、縮短工期、方便施工、空間布置靈活等特點(diǎn)，因此在我國中小城鎮(zhèn)的臨街建筑中比較常見。

1 底層框架磚房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 上剛下柔，上重下輕

底層框架磚房是由上、下兩部分抗震性能差異較大的不同結(jié)構(gòu)和材料組成，底部的承重構(gòu)件是鋼筋混凝土柔性框架，上部的承重構(gòu)件是剛性磚墻，底部和上部剛度突變;底部框架部分的破壞為延性破壞，上部砌體部分的破壞為脆性破壞，上、下兩種結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)。此類房屋的整體抗震性能較差，底部的抗側(cè)移剛度比上部磚房小得多，上剛下柔，上重下輕的特點(diǎn)導(dǎo)致房屋在地震作用時，水平剪力將集中于相對薄弱的底部，使其出現(xiàn)過大的側(cè)移變形而破壞，從而危及整棟房屋的安全。

1.2 結(jié)構(gòu)存在薄弱樓層

由于底部框架和上部砌體的抗震能力差異較大，使得底層框架磚房的抗震能力很大程度取決于底部框架和上部砌體協(xié)同工作的能力，即兩者的抗側(cè)力剛度和抗震能力的相對大小。這種混合結(jié)構(gòu)正是由于抗側(cè)力剛度的差異，也導(dǎo)致其成為具有薄弱樓層的結(jié)構(gòu)。在地震力的作用下，房屋率先在薄弱樓層破壞，產(chǎn)生破壞集中現(xiàn)象。一般來說，底部框架未設(shè)置抗震墻或者抗震墻設(shè)置不合理，底部框架就容易成為薄弱層，發(fā)生變形集中，因較大側(cè)移而破壞，但如果底層過強(qiáng)，薄弱層就會轉(zhuǎn)移到抗震性能較差的上部磚房部分，則第二層(過渡層)就成為薄弱層。

1.3 過渡層樓板作用特殊

對于底層框架磚房，過渡層的底板通常稱為過渡層樓板，過渡層樓板是底層框架磚房中連接上部磚房和底部框架的重要部位，起著底部地震剪力的傳遞、各抗側(cè)力構(gòu)件間的分配、房屋傾覆力矩在底部的分配、各層砌體結(jié)構(gòu)與底部框架結(jié)構(gòu)的過渡等重要作用。

2 底層框架磚房抗震鑒定的注意事項(xiàng)

對于底層框架磚房，根據(jù)不同使用年限，采用相應(yīng)的抗震鑒定方法進(jìn)行抗震鑒定時，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾個方面。

2.1 抗震構(gòu)造措施

抗震構(gòu)造措施對于提高房屋整體抗震能力，保證房屋“大震不倒”具有至關(guān)重要的作用，對于底層框架磚房，抗震構(gòu)造措施對于進(jìn)一步增強(qiáng)建筑物的抗震性能十分重要。分析了底層框架磚房在結(jié)構(gòu)上的特殊性，在抗震鑒定過程中，區(qū)別于普通多層砌體房屋，核查構(gòu)造措施時，應(yīng)注意以下幾個方面:

1)托墻梁。托墻梁作為底層框架磚房的底部與上部的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，是極其重要的受力構(gòu)件，與一般的抗震結(jié)構(gòu)房屋框架梁有一定的差異，突出的特點(diǎn)是截面應(yīng)力分布的中和軸上移，因此，對底層框架磚房的托墻梁的截面尺寸、箍筋的直徑、間距、腰筋的設(shè)置及加密區(qū)范圍等構(gòu)造都有明確的規(guī)定，抗震鑒定時應(yīng)注意核查。

2)過渡層樓板。底層框架磚房過渡層的底板是房屋的重要部位，為了使其能有效傳遞、分配水平地震力，必須使過渡層底板具有足夠的剛度。GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求過渡層的底板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，且過渡層板厚不應(yīng)小于120 mm，對過渡層樓板開洞也作了規(guī)定。

3)過渡層墻體。與底層框架相鄰的砌體樓層(第二層)就稱為過渡層，作為底層框架磚房結(jié)構(gòu)中的特殊樓層，過渡層構(gòu)造柱的布置和配筋、墻體開設(shè)門窗洞口、窗臺標(biāo)高處現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶的設(shè)置、相鄰構(gòu)造柱之間墻體鋼筋網(wǎng)片的設(shè)置與拉結(jié)等方面，GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范都做了特殊要求，抗震鑒定時，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖，逐項(xiàng)進(jìn)行現(xiàn)場檢查。

4)底層抗震墻。當(dāng)?shù)撞坎捎娩摻罨炷量拐饓r，對底部抗震墻的墻板厚度、邊框柱和邊框梁的截面尺寸及抗震墻的水平和豎向分布鋼筋等，在抗震鑒定時要按照GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求，仔細(xì)檢查。

2.2 結(jié)構(gòu)布置

對于底層框架磚房，上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻，除樓梯間附近個別墻段外均應(yīng)對齊。底層框架不應(yīng)為單跨。為了增強(qiáng)底層框架的剛度，盡量避免出現(xiàn)相對很薄弱的樓層，底部應(yīng)沿縱橫兩方向均勻?qū)ΨQ布置一定數(shù)量的抗震墻，抗震墻的布置是底層框架磚房抗震鑒定時檢查的重點(diǎn)。合理的抗震墻布置，除了要滿足一定的數(shù)量和間距外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的抗扭轉(zhuǎn)能力，使房屋底部縱向和橫向的剛度中心盡可能與整個房屋的質(zhì)量中心相重合，避免或減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中用層間側(cè)向剛度比來反映抗震墻布置的合理性，對于過渡層(計(jì)入構(gòu)造柱影響)的側(cè)向剛度與底層框架—抗震墻側(cè)向剛度的比值，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6，7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，側(cè)向剛度比不僅對地震作用下的層間彈性位移有影響，而且對層間極限剪力系數(shù)分布、薄弱樓層的彈性變形有重要影響。

2.3 抗震承載力計(jì)算

底層框架磚房屬于沿豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，但因?yàn)槠鋵訑?shù)一般較少，抗震計(jì)算仍采用底部剪力法，按式S=R/γRa進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震計(jì)算。抗震鑒定時的抗震承載力驗(yàn)算，不僅要考慮地震作用效應(yīng)調(diào)整，使得計(jì)算結(jié)果更接近工程實(shí)際，還應(yīng)計(jì)入構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評價。底層框架的縱向和橫向地震剪力設(shè)計(jì)值都要乘以1.2～1.5的增大系數(shù)，當(dāng)過渡層與底層側(cè)向剛度比較大時取大值，以減少底層的薄弱程度;水平地震剪力要按單層的框架—抗震墻結(jié)構(gòu)中各個構(gòu)件的側(cè)移剛度比例分配，并應(yīng)考慮塑性內(nèi)力重分布。

3 底層框架磚房抗震鑒定實(shí)例

3.1 工程概況

該建筑物位于甘肅省張掖市民樂縣，設(shè)計(jì)時間為1994年，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，抗震設(shè)防類別為丙類。該建筑物結(jié)構(gòu)形式為底部框架磚混結(jié)構(gòu)，總層數(shù)為5層，屋面有局部凸出的房屋，底層為框架結(jié)構(gòu)，2層～5層為磚混結(jié)構(gòu)，1層層高為5.3 m，2層～4層為3.0 m，5層為4.0 m。

該建筑物設(shè)計(jì)于1994年，根據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，確定其后續(xù)使用年限為40年，為B類建筑。

3.2 地基和基礎(chǔ)

該建筑物基礎(chǔ)無腐蝕、酥堿、松散和剝落，上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)沉降裂縫和傾斜，地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱土、飽和砂土和飽和粉土或嚴(yán)重不均勻土層，地基基礎(chǔ)無嚴(yán)重靜載缺陷，依據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)，不再進(jìn)行地基基礎(chǔ)的抗震鑒定。

3.3 抗震措施鑒定

3.3.1 房屋的最大高度和層數(shù)

該建筑物的總高度為18.75 m，總層數(shù)為5層，均符合GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7度時底層框架磚房的最大高度為19 m、最大層數(shù)為6層的限值。

3.3.2 房屋的結(jié)構(gòu)體系

1)該建筑物采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，上部各層抗震橫墻的最大間距為17.5 m，滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2)該建筑物底部框架部分未設(shè)置抗震墻，不符合GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。經(jīng)計(jì)算分析，X方向和Y方向的第二層與底層側(cè)向剛度比分別為5.36和1.99，X方向側(cè)向剛度比不滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3)該建筑物底層框架為三跨，框架柱截面尺寸為500 mm× 500 mm，最大軸壓比為0.48，滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4)該建筑物第二層的墻體與底層的框架梁對齊，底層框架柱對應(yīng)部位均設(shè)置構(gòu)造柱，滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.3.3 磚抗震墻的厚度和房屋的材料強(qiáng)度

該建筑物磚抗震墻厚度外墻為370 mm，內(nèi)墻為240 mm，滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，該建筑物砌筑磚的強(qiáng)度推定為MU10，砌筑砂漿強(qiáng)度推定為M3.0，框架梁、框架柱混凝土強(qiáng)度推定為C30，均滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.3.4 房屋的整體性連接構(gòu)造

根據(jù)現(xiàn)場檢測，該建筑物采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，2層～5層均設(shè)置圈梁，構(gòu)造柱設(shè)置滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求，構(gòu)造柱截面為370 mm×370 mm和240 mm×240 mm，縱向鋼筋為4Φ14，箍筋間距為200 mm，建筑物整體性連接構(gòu)造滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.4 抗震承載力驗(yàn)算

該建筑物屬于B類建筑，采用89規(guī)范進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算，材料強(qiáng)度按實(shí)測強(qiáng)度取值。采用SATWE對底框部分進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示，有4道框架梁、5根框架柱抗震承載力不滿足要求，2層～5層以及6層出屋面部分墻體的抗力與效應(yīng)之比小于1，抗震承載力不滿足要求。

3.5 鑒定結(jié)論

通過對該建筑物的抗震鑒定，從抗震措施和抗震承載力驗(yàn)算綜合分析，得出鑒定結(jié)論是:該建筑物不滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對其依據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范進(jìn)行抗震加固。

［1］ GB 50023-2009，建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］ 王俊峰.底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析［J］.建筑科技與管理，2011 (18)：36-37.