底框結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

李曉萍

陜西建工集團(tuán)總公司建筑設(shè)計(jì)院 710054 西安

某縣商住樓，地上六層，一層為大空間商店，二層至六層為住宅，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，采用底部框架—抗震墻砌體結(jié)構(gòu)。由于這種房屋造價(jià)較低，又能滿足建筑功能的使用要求，被廣泛采用。但這種結(jié)構(gòu)抗震性能較差，為了保證結(jié)構(gòu)的安全，提高其抗震能力，良好的結(jié)構(gòu)方案（概念設(shè)計(jì)）、科學(xué)的構(gòu)造措施外，合理的計(jì)算模型、正確的運(yùn)用軟件計(jì)算亦是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

結(jié)構(gòu)平面布置

底部框架—抗震墻砌體房屋是由上部砌體結(jié)構(gòu)，下部框架—抗震墻結(jié)構(gòu)組成。是兩種不同材料混合承重的房屋，兩種材料抗震性能不同（彈性模量差異大），底部框架—抗震墻為剛?cè)嵝越Y(jié)構(gòu)，主要由框架承擔(dān)豎向荷載，鋼筋混凝土抗震墻或砌體抗震墻承擔(dān)水平地震作用，上部砌體結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，依靠砌體墻抗剪。上部砌體結(jié)構(gòu)的水平地震剪力要靠過渡層樓板傳遞給下部抗震墻，屬于側(cè)向剛度變化很大，傳力不直接的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。震害調(diào)查表明其底部為明顯的薄弱部位，容易發(fā)生應(yīng)力集中及變形集中現(xiàn)象，出現(xiàn)較大的側(cè)移而破壞甚至倒塌。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）對(duì)底部框架—抗震墻砌體房屋的結(jié)構(gòu)布置要求如下：

⑴ 上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻，除樓梯間附近的個(gè)別墻段外均應(yīng)對(duì)齊。

⑵ 房屋的底部，應(yīng)沿縱橫兩方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，并應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置。6度且總層數(shù)不超過四層的底層框架-抗震墻砌體房屋，應(yīng)允許采用嵌砌于框架之間的約束普通磚砌體或小砌塊砌體的砌體抗震墻，但應(yīng)計(jì)入砌體墻對(duì)框架的附加軸力和附加剪力并進(jìn)行底層的抗震驗(yàn)算，且同一方向不應(yīng)同時(shí)采用鋼筋混凝土抗震墻和約束砌體抗震墻；其余情況，8度時(shí)應(yīng)采用鋼筋混凝土抗震墻，6、7度時(shí)應(yīng)采用鋼筋混凝土抗震墻或配筋小砌塊砌體抗震墻。

⑶ 底層框架-抗震墻砌體房屋的縱橫兩個(gè)方向，第二層計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與底層側(cè)向剛度的比值，6、7度時(shí)不應(yīng)大于2.5，8度時(shí)不應(yīng)大于2.0，且均不小于1.0。

⑷ 底部兩層框架-抗震墻砌體房屋縱橫兩個(gè)方向，底層與底部第二層側(cè)向剛度應(yīng)接近，第三層計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與底部第二層側(cè)向剛度的比值，6、7度時(shí)不應(yīng)大于2.0，8度時(shí)不應(yīng)大于1.5，且均不應(yīng)小于1.0。

⑸ 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)等整體性好的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)平面布置如圖1，圖2。

 圖1 二層結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖2 三~六層結(jié)構(gòu)平面布置圖

2、整體結(jié)構(gòu)計(jì)算過程注意事項(xiàng)及結(jié)果分析

本工程采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部編制PKPM2010系列軟件計(jì)算，版本號(hào)為2012年6月版。底部框架和抗震墻的抗震等級(jí)為三級(jí)，底層墻、柱和二層梁、板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，二層以上混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，四層及四層以下承重砌體采用KP1型空心磚MU10，混合砂漿M10；五層及其以上采用KP1型空心磚MU10，混合砂漿M7.5。衛(wèi)生間填充墻為120厚非承重空心磚，其余填充墻為200厚加氣混凝土砌塊。

用PMCAD砌體結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)主菜單1、2、3建模，形成完整的幾何數(shù)據(jù)文件和荷載數(shù)據(jù)文件，按基底剪力法計(jì)算地震作用，對(duì)上部磚房進(jìn)行抗震驗(yàn)算，并豎向?qū)Ш捎?jì)算，把上部磚房的恒、活荷載和自重按支撐幾何關(guān)系傳遞到底框部分，作為底框部分空間分析的外荷載，在滿足了抗震驗(yàn)算以及上、下剛度比等各項(xiàng)指標(biāo)后，程序分別給出文本計(jì)算書以及底框荷載。然后執(zhí)行底框-抗震墻結(jié)構(gòu)三維分析，底框計(jì)算的一切后處理，均與普通框架抗震墻結(jié)構(gòu)一樣，如位移、內(nèi)力、配筋、裂縫、施工圖等，其查閱方式、輸出打印方式等也與普通框架抗震墻結(jié)構(gòu)一樣。

需要注意的是：

設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

結(jié)構(gòu)體系為底框結(jié)構(gòu)，按規(guī)范墻梁方法確定托梁上部荷載，則程序自動(dòng)判斷托墻梁是否為墻梁，若是墻梁則自動(dòng)按照規(guī)范要求計(jì)算梁上的荷載，若不是墻梁則按均布荷載方式加到梁上。底框結(jié)構(gòu)剪力墻側(cè)移剛度應(yīng)該考慮邊框柱的作用，則程序在計(jì)算側(cè)移剛度比時(shí)，與邊框柱相連的剪力墻將作為組合截面考慮。否則程序分別計(jì)算墻、柱側(cè)移剛度。一般而言，對(duì)混凝土抗震墻可選擇考慮邊框柱的作用，對(duì)磚抗震墻可選擇不考慮邊框柱的作用。

底層框架的計(jì)算高度

底層框架的計(jì)算高度的取值應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況確定，本工程在標(biāo)高－0.040做剛性地坪,板厚為150,配筋為雙層雙向��10@200, 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20。計(jì)算高度取底層層高。

避免次梁托抗震墻

本工程上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻對(duì)齊布置，當(dāng)上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻對(duì)不齊時(shí)，改為梁上布砌體填充墻，即采用上部結(jié)構(gòu)減少抗震墻數(shù)量的方案，在無法對(duì)齊處設(shè)置次梁支承非抗震隔墻以避免次梁托抗震墻。

層框架地震作用計(jì)算結(jié)果

本工程的剪力墻布置首先遵照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）6度抗震墻間距最大橫墻間距為18m，按 “周邊，均勻，對(duì)稱，相交”的原則，并在每個(gè)單元樓梯間布置混凝土剪力墻，計(jì)算結(jié)果各角度下層間側(cè)向剛度比均滿足要求（X方向?qū)娱g側(cè)向剛度比: 1.43 ；Y方向?qū)娱g側(cè)向剛度比: 1.5）。設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度比主要是削弱或增大下部框架和抗震墻的剛度，可以改變框架柱的大小和底部抗震墻的數(shù)量、厚度、長度、形式與位置；或者改變上部砌體結(jié)構(gòu)中縱橫墻的數(shù)量、厚度及構(gòu)造柱的大小、數(shù)量等。但是剛度比不能太弱，也不能太強(qiáng)，如果剛度比大于2.5，底部結(jié)構(gòu)本身不利；如果剛度比小于1.0，底部太剛，薄弱層上移，薄弱層是延性差砌體層 ，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。

3、抗震構(gòu)造措施

3.1框架-抗震墻房屋的上部砌體結(jié)構(gòu)
本工程底部框架一抗震墻房屋的上部砌體設(shè)置構(gòu)造柱，過渡層構(gòu)造柱與底部框架柱對(duì)應(yīng)設(shè)置。構(gòu)造柱截面不小于240X240，構(gòu)造柱的縱向鋼筋不少于4￠16；相鄰構(gòu)造柱間的墻體，沿墻高每隔300設(shè)置2￠6通長水平鋼筋和￠４分布短筋平面內(nèi)點(diǎn)焊組成的拉結(jié)網(wǎng)片或￠4點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng)片，并錨入構(gòu)造柱內(nèi)。二層窗臺(tái)標(biāo)高處沿縱橫墻設(shè)水平通長鋼筋混凝土帶，高度60，寬度同墻厚，縱向鋼筋為2￠10，橫向分布筋￠6@200。二層砌體墻中，凡寬度不小于1200的門洞和2100的窗洞，洞口兩側(cè)宜增設(shè)截面不小于120X240的構(gòu)造柱。

3.2框架-抗震墻房屋的托墻梁
托墻梁是底部框架一抗震墻房屋的底部與上部的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。本工程托墻梁的截面寬度不小于300mm、梁的截面高度不小于跨度的1/10，箍筋的直徑不小于8mm。梁高度設(shè)置不少于2��14@ 200的腰筋，托墻梁的主筋和腰筋按受拉鋼筋的要求錨人柱內(nèi)，要求支座上部的縱向鋼筋在柱內(nèi)的錨固長度應(yīng)符合鋼筋混凝土框支梁的有關(guān)要求。
    3.3框架-抗震墻房屋的過渡層樓蓋

過渡層樓蓋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)與底部框架一抗震墻結(jié)構(gòu)的過渡等重要作用。本工程過渡層板厚取120mm，雙層雙向配筋。

3.4框架-抗震墻房屋抗震墻

抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋配筋率不小于0.30%。抗震墻周邊設(shè)置梁和邊框柱（或框架柱）組成邊框。

4、結(jié)語
底部框架-抗震墻結(jié)構(gòu)是我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)條件下特有的一種結(jié)構(gòu)，從抗震上講它是一種不合理的結(jié)構(gòu)形式，因此，嚴(yán)格按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）采取構(gòu)造措施，是對(duì)該結(jié)構(gòu)體系的基本抗震保證。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010。

[2] 朱丙寅、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與理解、北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012。

 (本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯   劉真 文徑 審核)