底層框架-剪力墻房屋的設計問題分析

【摘 要】針對底框結構設計中存在的問題，從房屋高度和層高、地震內力調整、剪力墻的厚度和配筋問題及其他應注意的問題，進行了分析探討，提出了正確解決這些問題的方法。

【關鍵詞】底層框架；剪力墻；房屋；設計；分析

剪力墻在地震區往往稱剪力墻。剪力墻不但用于剪力墻結構體系中、框架剪力墻體系中還用于筒體結構體系和板柱剪力墻等結構體系中；不但廣泛用于高層建筑中而且逐漸被用于低層或多層建筑。

1 框架—剪力墻布置要求

1.1 抗震設防的剪力墻結構宜雙向布置剪力墻。

1.2 剪力墻應沿兩個主軸方向，均勻、對稱、分散、周邊原則布置，使結構體系的抗側剛度中心盡量與質量中心接近。

1.3 適宜布置位置：

1.3.1 樓梯間、電梯間；

1.3.2 橫向剪力墻宜布置在接近房屋的端部但又非建筑物盡端；

1.3.3 建筑平面的復雜位置。

1.4 不宜布置位置：

1.4.1 伸縮縫、沉降縫、防震縫兩側；

1.4.2 建筑物盡端。

1.5 縱向與橫向剪力墻宜互相交聯成組布置成T形、L形、口形等形狀[1]。

2 房屋高度和層數問題

底層框架梁磚房和多層內框架磚房均屬不同材料的結構構件混合承重的房屋。總體上屬于不規則建筑結構體系，存在許多對抗震不利的因素，在抗震設計時必須嚴格控制下列技術要點，才不致造成安全隱患。

底層框架房屋屬于磚砌體為主要抗側力構件的房屋，需要嚴格控制房屋的總高度和層數。

底層框架磚房的總高度和層數限制，主要參考多層磚房并考慮了近年來底層框架磚房抗震試驗和震害經驗。從結構布置、托墻梁到過渡層均采取合理有效的加強措施后，房屋的總高度和層數可以同多層磚房；但日本阪神地震和臺灣大地震中，上剛下柔的房屋震害十分嚴重，對9度設防應專門研究。

底層內框架房屋的震害較重，海城和唐山地震后，1978年頒布的抗震設計規范已明確規定不能采用。目前，多層的單排到頂的內框架房屋基本上不采用；多層的多排柱到頂的內框架房屋，雖然仍可采用，因房屋的剛度和整體較差，故在應用范圍和高度上應加以嚴格控制，以策安全[2]。

底部框架房屋的建筑布置需要嚴格控制橫墻間距、控制側移剛度比等結構布置并加強底部框架頂板平面內剛性。

設計主要內容：

2.1 底部應沿縱、橫兩方向均勻對稱或基本均勻對稱布置一定數量的剪力墻，且過渡層與底部側移剛度的比值，根據底部框架-剪力墻的層數和設防烈度的不同，分別予以控制。這個規定體現了抗震規范概念設計的要求，盡量減少因上下層剛度的突變而導致底部應力集中和變形集中，同時不使抗震薄弱層轉移到上部的砌體層[3]。

2.2 上部的砌體剪力墻與底部的框架梁或剪力墻應對齊或基本對齊。這個規定體現了抗震規范概念設計的要求，盡量減少地震作用轉換的次數，使之有明確、合理的傳遞途徑。

2.3 底部框架-剪力墻結構的頂板應現澆，加厚和減少開洞，以保證地震作用能通過樓板傳遞到落地的剪力墻。

2.4 落地的剪力墻，一般應采用鋼筋混凝土墻，僅在低烈度設防且房屋層數較少時才允許采用磚剪力墻。落地剪力墻，不論混凝土剪力墻還是磚剪力墻，均應設置條形基礎等剛度較好的基礎。

3 重視底部框架的地震內力調整問題

由于底部框架磚房屬于豎向不規則結構，當采用底部剪力法做簡化計算，應進行一系列的內力調整，使之較符合實際。新抗規規則3.4.3條要求對剛度小的軟弱層加大地震剪力。

底部框架-剪力墻房屋剛度小的底部，地震剪力應適當加大，其值根據上下的剛度比確定，剛度比較大，增大越多。同時，增大后的地震剪力應全部由該方向的剪力墻承擔[4]。

新抗規規則7.2.5條給出了增大后的底部地震剪力按考慮二道設防進行分配的原則：由框架承擔一部分；同時，還應考慮由地震傾覆力矩引起的框架柱附加軸向力。

規范3.4.3條給出了不落地剪力墻傳遞給水平轉換構件（框架梁等）的地震內力需乘以適當的增大系數的要求。

即使底部框架磚房整體計算時上下側向剛度比接近，考慮不落地磚剪力墻的軸線仍為上剛下柔，底部的地震剪力仍需加大。檢查底框剪力，查看底部的地震剪力增大情況及次梁托墻的計算情況。

4 剪力墻結構的厚度和配筋問題

墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現后發生脆性剪切破壞，同時起到抵抗溫度應力防止混凝土出現裂縫，設計中當建筑物較高較長或框剪結構時配筋宜適當增加[5]，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當增加。但對于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否適當減小值得探討。

墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用，目前在一些多層低高層剪力墻中電算結果多為構造配筋；但配筋時所取的配筋率有人往往扣除了約束邊緣構件或構造邊緣構件中的鋼筋，筆者認為豎向最小配筋率應該包括邊緣構件中的鋼筋，墻肢的豎向配筋原則也應該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區并保證鋼筋間距≦300mm，也應該注意防止豎筋過多使墻的抗彎強度大于抗剪強度，對抗震不利。

5 其他問題

5.1 底層框架－剪力墻結構的地下室的層數計入底框允許層數內問題

若地下室嵌固較好，則底層框架－剪力墻結構的地下室的層數可不計入底框結構允許層數內。

5.2 磚墻基礎埋深較大，構造柱伸至基礎底部問題。

新抗規中規定：構造柱可不單獨設置基礎，但應伸入室外地面下500mm，或錨入淺于500mm的基礎圈梁中內兩條滿足其中的一條即可。但需注意此處的基礎圈梁是指位于地面以下的，而不是位于±0.0的墻體圈梁。構造柱的鋼筋伸入基礎圈梁內滿足錨固長度的要求。

對于底層框架磚房部分，一般允許將磚房部分的構造柱錨固于底部的框架柱或鋼筋混凝土剪力墻內（上層與下層的側移剛度比應滿足要求）。

5.3 底層框架-剪力墻房屋的過渡層和底層的側向剛度比進行控制，不允許底層剛度大于上部砌體的剛度問題。

規范對底層框架-剪力墻底層的過渡層和底層的側向剛度比進行控制，主要目的是減少底部的薄弱程度，防止底部結構出現過大的側移而嚴重破壞，甚至倒塌。但是底層剛度大于上部磚混結構剛度，則可能使薄弱層轉移至過渡層，過渡層的延性不如底部，易產生脆性破壞。底層框架-剪力墻房屋的過渡層和底層的側向剛度比要控制在下一個合理的范圍內。

5.4 砌體結構設計規范中考慮了墻梁組合作用，底部框架-剪力墻砌體結構的鋼筋混凝土托墻梁是否可以考慮共同作用對地震作用進行折減問題。

從試驗室的試驗和有限元分析的結果看，墻梁組合作用十分明顯，但其受力狀況也是非常復雜的。考慮到實際地震作用與試驗室條件的差異，地震時梁上的墻體嚴重開裂，或者出平面倒塌，震害十分嚴重。底框結構的托墻梁與非抗震設計時的墻梁受力狀態有所差異。當按靜力方法計算有框架柱落地的托梁與上部墻體的組合作用時，從安全角度考慮，應調整計算參數。GB50011規范在7.2.5條的條文說明中，給出了當托墻梁上部各層墻體不開洞和在跨中1/3范圍內開下一個洞口的情況下，彎矩計算的簡化、偏于安全的方法。在對托墻梁進行剪力計算時，由重力荷載產生的剪力不折減。

5.5 底框結構中，上部砌體結構部分是否可以采用小型混凝土空心砌塊問題。

GB50011規范中關于底框結構的規定適用于磚砌體房屋，底框結構中原則上可以采用小型空心混凝土砌塊，若采用小型空心砌塊，應按有關法規要求報審。

參考文獻：

[1]賈秉勝. 底部框架—抗震墻結構設計中有關問題的探討[J]. 山西建筑， 2005，（14）

[2]劉春英， 劉群. 淺談鋼筋混凝土抗震墻設計的幾個問題[J]. 遼寧建材， 2004，（04）

[3]張元坤， 張海鷗. 抗震墻非典型墻肢配筋形式探討[J]. 廣東土木與建筑， 2002，（04）

[4]沙安， 孫建華， 白雪霜， 毋劍平. 《建筑抗震設計規范》GB50011-2001 問答（8）[J]. 工程抗震， 2003，（04）

[5]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010 配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋抗震設計要求（附錄F）[J]. 建筑砌塊與砌塊建筑， 2010，（06）