浅谈底框—抗震墙结构设计

2011-08-15李惠琴

山西建筑 2011年5期

李惠琴

底商多层住宅近年来在城市很常见，即将一层作为商店、车库等，上部为住宅、写字楼等建筑。此类建筑的结构形式通常采用底框—抗震墙结构。此种结构优点在于房屋的底部可提供较大较灵活的空间做商业，在上部可盖空间规整、不露柱子、造价低廉的砖混住宅。严格控制相邻侧移刚度，合理布置上下楼层的墙体，并提高底部框架的抗震等级。这就使底框结构的适用范围更加推广。现将底框—抗震墙设计应注意的问题简述如下，供大家参考。

1 底框—抗震墙结构抗震墙的设计

1.1 抗震墙布置原则

底框—抗震墙结构的薄弱部位有两个:1)竖向刚度发生突变的最底层砖混;2)最底层框架。因此，底框—抗震墙结构设计时，在底部框架和两层框架结构设计时，合理设置一定数量的抗震墙，增加底部框架的刚度，保证结构的刚度不发生突变至关重要。

底部框架结构中的剪力墙既是承担竖向荷载的主要构件，更是承担水平力的主要构件，在地震中起第一道防线作用，因此在设计时要考虑底部剪力墙承担 100%的水平地震作用，而框架只承担小部分的地震力作为安全储备。震害观测表明，底框砖房在地震时底层将发生变形集中，会出现过大的侧移而严重破坏甚至倒塌。鉴于此，2010年的抗震规范在近十几年各地试验研究的基础上，对底框架结构剪力墙的布置做出了更科学的调整。

首先，抗震墙间距要满足最大横墙间距限制，6度、7度、8度设防区最大横墙间距分别为18m，15m和11m。

其次，剪力墙应沿 2个主轴方向都有布置，使之形成直角以更好地发挥抗震作用。

另外要克服矫枉过正的偏见，有些设计人员认为既然底框结构底层薄弱就多布置一点剪力墙，越强越好，实际上是走向另一个极端。剪力墙的设置应与上部砌体结构相协调，抗震设计的原则是沿楼层间侧移刚度应均匀变化，而不允许各层间发生突变。

1.2 抗震墙的数量要求

抗震墙的数量以满足规范要求的刚度比，满足抗震横墙的最大间距要求。

1.3 抗震墙的布置方式

框剪结构剪力墙布置有 8字方针，即“周边，均匀，对称，相交”。底框结构中山墙一般要布置剪力墙，因为只在每个住宅单元楼梯间两侧布置混凝土剪力墙的底框结构是不宜采用的。

相关试验表明，加大底层空旷房屋两端平面刚度，对底层框架端部竖向位移进行控制，可有效增加底层框架的安全储备，但尽管如此，布置也并不全周边，中间还需要很多剪力墙。因此底框结构 8字方针可概括为“竖直，均匀，对称，相交”，所谓竖直就是在布置底层剪力墙时应尽量对应上部上下竖直、中间不间断的墙体，否则即使底层布置的剪力墙刚度再大，若竖向无对应的上部墙体，不仅传力途径不直接，且上下层刚心相距较远，地震时上部墙体与底层剪力墙间会形成很大扭矩，极易破坏。

另外，布置底层剪力墙时要避开上部墙体洞口，若具体执行时实在难以避开(例如楼梯间入户门等)，那么应采取在上部洞口两侧增加构造柱等加强措施，以更好地传递地震力。对个别剪力墙未能与上层砖墙对应者，应设法加大底层与二层转换层之间楼板的平面内刚度，例如楼板加厚，配筋率增加，双向双层配筋等。所谓相交主要是指剪力墙应尽量布置成L形和T形，以使它们相互支撑，增大每片单肢墙的平面外刚度，增强抗扭性。

具体设计时剪力墙的长度、开洞等均需通过计算确定。剪力墙的计算长度确定后，应将实墙面布置在两端，中间用洞口分隔，避免采用一端有剪力墙而另一端为独立柱的方式。

1.4 抗震墙的高宽比

按规范规定:抗震墙的高宽比应在 1～4之间。因为当抗震墙高宽比大于 4时，等效侧向刚度可不考虑。当抗震墙高宽比小于1时，此时可称之为低矮抗震墙。低矮抗震墙的抗侧力刚度和承担的地震剪力较大，变形和耗能能力较差，受地震作用时为剪切破坏。因此，混凝土剪力墙具体布置时宜开设洞口形成若干墙段，并保证各墙段高宽比不小于 1。

2 底框—抗震墙结构刚度比的要求

底部框架结构与上部砖混结构的刚度比设计是底部抗震墙设计最关键的问题。若底部框架结构的刚度相对于上部砖混结构的刚度比较大，整个结构形成下刚上柔的结构体系，能较好的抵抗地震的作用，是比较理想的结构体系，但下部刚度太大就意味着下部框架结构中的抗震墙数量过多或柱子截面较大，这样既影响了建筑空间的利用，又增加了工程造价。若底部框架结构的刚度相对于上部砖混结构的刚度比较小，整个结构形成下柔上刚的结构体系，下部框架结构将形成薄弱部分，不利于抵抗地震的作用，是应该避免的结构体系。

因此GB 50011-2010建筑抗震设计规范第7.1.8条同时对底部框架—抗震墙房屋纵横两个方向底层或底部二层与二层或三层的侧向刚度之比作了规定。对于 6度、7度抗震设防地区，规定其侧向刚度比不应大于 2.5，对于 8度抗震设防地区规定其侧向刚度比不应大于2.0，且均不应小于 1.0。底部两层框架—抗震墙砌体房屋纵横两个方向，底层与底部二层侧向刚度应接近，第三层计入构造柱影响的侧向刚度与底部第二层侧向刚度的比值，6度、7度时不应大于2.0，8度时不应大于 1.5且均不应小于 1.0。根据工程经验和满足规范要求的前提下，建议底部一层框架结构的刚度比在1.2～1.8之间(根据不同的地震烈度选用);底部两层框架结构的刚度比在 1.2～1.5之间(根据不同的地震烈度选用)。调整结构刚度比的方法主要是改变底部抗震墙的数量、厚度、长度、形式与位置，将底框结构的部分抗震墙延伸到过渡层，改变底部框架柱的截面尺寸，改变上部砖混结构中纵横墙的数量、厚度及构造柱的大小、数量等。视具体情况而定。

3 底框—抗震墙结构抗震构造措施

3.1 底部框架—抗震墙房屋的上部砌体结构

由于底部框架—抗震墙与上部砌体为两种不同的结构体系，两种不同的材料，其抗震性能和变形能力均相差较大。为保证上部结构的强度，提高砌体结构的延性同样重要。因此《建筑抗震设计规范》第 7.5.1条规定底部框架—抗震墙房屋的上部砌体应设置构造柱，在过渡层尚应在底部框架柱对应位置设置构造柱。特别是过渡层的墙体，除提高砖及砂浆标号外，宜沿墙体全长配置水平钢筋，此外合理设置圈梁和构造柱是保证上部砌体结构强度和延性的关键，过渡层构造柱可适当加密，其间距可控制在 2.5m～3.0m之间。

3.2 底部框架—抗震墙房屋的托墙梁

托墙梁是底部框架—抗震墙房屋的底部与上部的转换构件。因此GB 50011-2010建筑抗震设计规范第 7.5.8条对底部框架—抗震墙房屋的托墙梁的截面尺寸、箍筋的直径、间距及加密区范围都有明确的规定。由于底部框架—抗震墙房屋的托墙梁与一般的抗震结构房屋框架梁有一定的差异，突出的特点是截面应力分布的中和轴上移。因此规范规定托墙梁应沿梁截面高度设置2Φ14@200的腰筋，同时还规定托墙梁的主筋和腰筋应按受拉钢筋的要求锚入柱内，且支座上部的纵向钢筋在柱内的锚固长度应符合钢筋混凝土框支梁的有关要求。