底部框架－抗震墙砌体结构抗震设计综述

原 帅

（贵州大学土木建筑工程学院，贵州 贵阳 550003）

底部框架－抗震墙砌体房屋结构具有良好的使用功能，且施工较为简便，是与我国经济发展相适应的特有的结构形式。但由于该类结构的底部易形成薄弱层，因此在历次大地震中，如1963年南斯拉夫地震、1976年我国唐山地震、2008年我国汶川地震，多发生以底部为主的严重破坏。文章将具体讨论该类结构的抗震设计问题。

1 底部框架抗震墙设计

1.1 抗震墙部分的设计

在底部设置一定数量抗震墙，是避免薄弱层出现的重要途径，因此规范[1]在这方面的要求较规范[2]相关条文更加严格。从材料上来讲，一般要求采用钢筋混凝土墙或配筋小砌块墙作抗震墙，当底层采用砌体抗震墙时，仅允许用于6 °设防且总层数不超过四层的底框结构中，并明确应采用约束砌体加强房屋的底部。约束砌体的抗震性能和经济指标介于普通砌体和钢混材料之间，它既能提高原有砌体的抗压承载力和侧移刚度，又可降低工程造价，在对刚度敏感的底框结构中，使用约束砌体是协调其底部刚度变化的有力手段，因而规范[1]重点补充了该种材料在实际工程中的使用规则，包括层高的限制等。

在抗震墙的平面布置中，规范[1]明确要求应均匀对称布置。因此，应避免在临街建筑中使用底框结构。在具体设计中，应按照抗震墙惯常的布置方式，增强结构的抗扭能力。另外，为了防止楼板平面出现过大的变形而不能使地震作用有效传递到抗震墙上，应控制底层抗震横墙的最大间距。对此，规范[1]做了更为严格的规定。

合理的抗震墙数量和位置应使底框结构的层间位移反应较为均匀，使房屋较薄弱部位出现在变形和耗能能力较好的底层，同时避免底层变形过分集中，从而提高结构的整体抗震能力。过渡层的构造柱一般是钢筋混凝土柱，其刚度对于上下整体刚度有一定程度的影响，规范[1]规定在计算刚度比时应计入这一部分刚度。对此，笔者对一6度设防，7层19.8 m的底框结构工程，利用新规范版本 pkpm进行侧刚比的校核，原来计算结果为在Y向地震作用下，第二层与第一层侧刚比为0.87，小于规范[1]1.0的要求，加入构造柱的刚度影响重新计算后，侧刚比变为1.01，符合规范要求，可以不用调整模型。

规范[1]在抗震墙的构造方面亦提出了更严格的规定：对于钢筋混凝土墙体内竖向和横向的分布钢筋调整为均不应小于0.3%，对于约束砖砌体墙调整为沿框架柱每隔300 mm配置2 φ8水平钢筋和φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片，且增加了约束小砌块砌体墙的构造要求。

1.2 框架部分设计

底框结构的破坏都表现出“弱柱强梁”的特点：由于底框托墙梁需要承担上部砖混结构承重墙的荷载，所以梁的截面高度往往较大，刚度远大于柱的刚度，因此易导致柱先发生破坏。对此，新规范增加了对底部框架柱的构造措施，基本接近框支柱的要求，同时应注意作为抗震墙边框的边框柱的构造要求。底部框架的相关计算要求基本延续规范[2]，需要注意的是对于使用约束普通砖砌体和小砌块砌体砌体墙的情况，应计入其对框架的附加轴力和附加剪力并进行底层的抗震验算；底部各轴线承担的地震倾覆力矩，调整为可近似按底部抗震墙和框架的有效侧向刚度的比例分配确定，且明确了按此方法计算框架部分承担的倾覆力矩略偏小；同时增加了框架柱各轴线承担的地震剪力和轴力，当楼盖的长宽比大于 2.5时，尚应计入楼盖平面内变形的影响，在设计建模时应使用适当的楼盖刚度假定进行设计。

2 过渡层设计

底框砖砌房屋中的过渡层通常是框架上部砌体结构的首层，主要传递上部地震剪力和上部各层地震力对底层楼板的倾覆力矩。但目前结构设计未考虑填充墙在结构中的具体位置对框架侧向刚度的影响，而在该类结构中，填充墙使得底部框架部分刚度过大而使薄弱层移至过渡层，造成该层的严重破坏。

考虑到过渡层刚度的变化和应力的集中，规范[1]对过渡层的构造要求进行了集中阐述并予以特别加强，首先要求竖向构件宜对齐贯通，增加了过渡层应在底部抗震墙构造柱处设置构造柱或芯柱，且构造柱间距不宜大于层高，芯柱间距不宜大于1 m，过渡层构造柱的纵向钢筋增加了设防烈度6 °时的要求，8 °时调整为4φ18，纵向钢筋锚固长度不小于35 d；当纵向钢筋锚固在框架梁内时，除满足锚固长度外，还应对框架梁相应位置采取增设吊筋，增设附加箍筋，设置必要的抗扭箍筋等构造措施来加强。新规范要求过渡层应在砌体墙的窗台标高处设置沿纵横墙通长的水平现浇钢筋混凝土带，另外应在砌体墙的构造柱或芯柱之间增设一定规格的拉结网片或水平点焊网片，符合一定尺寸的砌体墙洞口应增设一定规格的构造柱或单孔芯柱。为了保证竖向刚度的连续性，规范[1]明确了除楼梯间附近的个别墙段外，上部的砌体墙体与底部的框架梁或抗震墙均应对齐布置，对于底部次梁转换的情况，过渡层的墙体应另采取加强措施。

3 上部砖混结构设计

对于上部砖混结构的方案选择，应避免选用纵墙承重方案，因为这会造成横墙较少，同时易引起纵墙的弯曲破坏，削弱了整个结构的抗震能力。且上部砖混结构在地震力反复作用下，在开洞较多的窗间墙等部位出现剪刀形交叉裂缝，由于地震作用自上而下逐层增大，裂缝宽度也会逐层增大。在底框破坏而上部砖混结构能较好保存的建筑物中，圈梁和构造柱的设置对上部结构的抗震起了关键作用。在上部砖房沿楼板标高处设置的水平圈梁，加强了内外墙的连接，增强了房屋整体性。通过构造柱、圈梁、楼板和墙体的空间协同工作，砌体结构的整体刚度和抗震性能会得到很大提高。新规范增加了芯柱的构造要求。

4 其他方面

对于底框结构的基础设计，新规范不再限制具体的基础形式，只要求整体性好即可。

底框结构的地震作用计算方法仍为底部剪力法，笔者认为对于较重要的底框结构，宜采用振型分解反应谱法对其再次进行内力和变形的验算，由于该类结构使用多种材料建造，对于其中阻尼比的确定应着重进行研究。

现今的设计思路基本上借鉴了隔震的思想，保证底层具有一定刚度的同时又要使得底层具有一定的变形能力，以耗散部分能量。但其又不是完全意义上的隔震，在条件允许的地方，应利用基底隔震、层间隔震等措施，将隔震的工作从底层框架部分彻底分离出来，以实现完全的隔震效果。

5 结论及建议

综上所述，文章针对如何有效控制薄弱层对底框结构整体抗震性能的影响，综合各方研究成果和规范最新规定，叙述了具体的实现途径。另外，建筑场地的选择、施工的质量、材料的选用等也影响着底框结构的抗震性能，需各专业人员在设计、施工中严格遵守规范的要求，并总结经验教训，综合考虑，对底框结构的抗震设计提出更加有效的方案。

1 建筑抗震设计规范[S]（GB50011－2010）

2 建筑抗震设计规范[S]（GB50011－2001）

3 李志伟.底框－抗震墙结构墙体侧向刚度计算方法的研究[D].北京交通大学，2007

4 贾强、孙剑平.汶川大地震底框结构建筑物震害调查[J].山东建筑大学学报，2008（6）：560～564

5 郭继武.建筑抗震设计（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2006：312～327

6 亢元元、胡希冀.底框结构的抗震能力分析[J].山西建筑，2010（4）：75～76

7 郭华、马三平.谈底部框架——抗震墙砖房的抗震概念设计[J].山西建筑，2004（4）：11～12

8 金旭.底框结构设计若干问题的探讨[J].四川建筑科学研究，2005（3）：122～124