底框结构设计若干问题的探讨

刘敏

【摘要】底部框架抗震墙砌体建筑是由底部托墙梁框架抗震墙和上部砌体结构所组成的一种结构形式，主要用于下部为大空间商业上部为住宅的建筑，此种结构形式抗震性能不好，故设计这种结构时应严格按规范执行。本文阐述了底框结构的构件布置及计算方法，对底部框架结构设计的若干问题进行了探讨分析，并提出了底部框架结构设计问题的防治对策，以供借鉴参考。

【关键词】底框结构；构件布置；计算方法；问题；对策

一、底框结构的构件布置及计算方法

1.1结构布置

（1） 平面布置宜对称，尽量避免L形等凸凹墙体。使底层纵横向刚心尽可能与整栋建筑的质心重合。

（2）7度设防时，允许7层且高度小于21m，对教学楼等横墙少的6层19m，对砖抗震墙为5层16m。

（3） 上面砖墙应按轴线上下对齐或基本对齐。每单元砌体抗震墙最多有二道不落在框架主梁，或砼抗震墙上，而是由次梁支托上部抗震墙。托墙的次梁应按3.4.3条考虑地震作用的计算和内力调整。次梁的重力和弯附加的地震作用效应。同时不对齐的墙不能连续超过两道。有些地方规定墙总长度是75%～80%要对齐等等。落在托梁或抗震墙上，纵横墙应竖向连续。

（4）底层应布置纵、横向尽量连成一体的抗震墙，横墙间距应小于18m。抗震墙布置原则：均匀、分散、对称、周边。

（5）二层楼盖应现浇且不小于120mm厚，当150mm厚时，应配双层筋，以承担部分水平剪力。

（6）梁高跨比应在1/4-1/8之间，梁宽应300mm以上，柱宜采用方形截面对称配筋。

1.2底框结构的计算方法

（1） 满载法：把梁作为单独的受弯构件，上部墙等全荷均作用梁上（结果偏大）。

（2）三板两墙法：即只算三层楼板两层墙体的重量，其余层不算（柱和基础算）虽未出过问题，但缺乏科学依据。

（3）弹性地基梁法：把墙体视为半无限弹性体，将托梁视为倒过来的弹性地基梁，按三角形竖向荷载计算托梁。

（4）墙梁组合规范算法：考虑墙梁大拱效应规范算法，按墙梁组合计算，虽经济合理，但条件太多：第一、梁宽不小于300mm，净跨不小于梁高的4倍，梁高在1/6-1/8跨度；第二、梁底筋应通长，伸入支座不小于锚固长度，接头焊接；第三、托梁通长腰筋2φ14，间距不大于200mm。托梁支承长不小于350mm，上部建筑应符合刚性方案要求；第四、墙总高小于18m，靠支座1/3跨内开洞时，支座处应设上下贯通的构造柱落地等，详见GB50003-2011砌体结构设计规范。

二.底部框架结构设计的若干问题

2.1建筑布置不合理的问题

《抗规》第3.4.2条明确规定"建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变"。但在实际工作中，建筑布置的合理性往往被忽视。目前的一些建筑设计，由于仍沿袭不设防时的设计思路，将抗震基本要求搁置一边，为片面追求建筑效果，将底层框架建筑平面上多处凹进凸出，导致各部分质量极不均匀，建筑物外纵墙多处被人为割断，严重影响抗震刚度。此外，在立面上又设置了许多不利于抗震的装饰物，如某底框住宅女儿墙竟高达3m以上。，如果上述问题解决得不好，抗震设防问题就会越积越多，一旦发生大地震，代价将会十分惨重。

2.2抗震设防不当的问题

商住多层建筑近年来在中、小城市中很常见，即将一层作商场，然后在其上建造住宅。此种结构形式实际计算属下柔上刚，对抗震极为不利，如果不加抗震墙，做成底层纯框架而上部砖混的结构，在地震区将存在一些问题。除底层不设抗震墙外，此类建筑还有超高和超层问题。例如某底框结构建筑设层高3.2m的地下室1层（南面开敞，在地面以上，北面埋入土内），一层商业部分层高为3.9m，其上为4层2.8m高的住宅，因此总高度达18.3m，因地下室一侧露出地面，地下室应按地上计算，故总层数为6层，超过《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》（以下简称《抗规》）中此类建筑在8度（0.2g）地区总高度≤16m和总层数≤5层的规定，存在安全隐患。

2.3人为因素的问题

抗震设防设计的人为一定要重视，应当严格遵守《抗规》的相关要求进行设计。

（1） 仔细理解规范的要求，搞清楚底框结构在地震时的破坏情况。上面几层砌体结构，由于开间小、横墙多，不仅重量大，侧移刚度也大，而底层框架侧移刚度比上层小得多。刚度的急剧变化使得在结构刚柔交接处，应力高度集中，在柱端产生塑性铰，并使建筑的变形集中发生在相对薄弱的底层。这种比较薄弱的底层或中间层，可称之为"软层"，对于这种"软层"在抗震设计中应引起足够重视。

（2）设计人有时未作详细计算，仅凭习惯上的概念，错误地认为底层框架的侧向刚度一定比砖房好，纵向框架侧向刚度一定比横向好，而實际上并非如此。

三、底部框架结构设计问题的防治对策

对于底层框架抗震墙的砖房，为了使这类建筑的抗震设计满足"小震不坏"，"中震可修"和"大震不倒"的抗震设防目标，笔者认为需要采取以下防治措施：

（1） 底层框架砖房的底层，不应采用纯框架结构。结构设计人员要及早介入建筑方案与初步设计，并和建筑工种与建设单位反复协商，在不影响或少影响功能的前提下，使纵横外墙、室内分隔墙等尽量对称，并均匀地在纵横两个方向设置一定数量的抗震墙，使上层与底层的纵横向侧移刚度比，能够满足规范要求。根据《砌体结构设计规范（GB50003-2011）》条文说明，底层设置一定数量抗震墙的框支墙梁建筑模型振动台试验表明，其抗震性能不仅不比同样层数的多层建筑低，甚至还要好些。所以，在底框结构中合理设置一些抗震墙是非常重要的。

（2）底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构，对于具有薄弱底层的底层框架砖房，应考虑塑性变形集中的影响。另外，经分析知道提高软层的屈服强度可以减少软层塑性变形的集中。因此，底部剪力法对底层地震剪力要乘以一个1.2～l.5的增大系数。

（3）底层框架砖房的剪力分配不能按照框架抗震墙的方法进行，因为底层框架砖房只有底层是框架抗震墙，且底层还有塑性变形，所以要采取双保险的办法。对抗震墙要使其承担全部剪力，对框架要按刚度比分配，不过要注意，在刚度计算时框架是按弹性计算的，而抗震墙开裂后刚度会退化。据有关试验数据得知，其刚度将下降到弹性刚度的20～30%。

（4）在底层框架砖房的上层，构造上仍应设置构造柱，并应每层设置圈梁，底层的顶板应为现浇楼盖。软层中的柱，特别是结构刚柔相接的地方，要避免出现塑性铰。

（5）底房框架柱应考虑地震的倾复力矩引起的附加轴力。

四、结束语

底部框架抗震墙砌体建筑是我国砌体结构建筑的一种特殊形式，这种由上下不同材料组成的混合结构，其抗震性能存在明显不利因素，故底框结构设计时应严格按规范执行，底框结构设计中应对一些常见的问题加以重视，确保此种结构在地震时有一定的安全保障。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范GB50010-2010.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]建筑抗震设计规范GB50011-2010.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]砌体结构设计规范GB50003-2011.北京：中国建筑工业出版社，2011

[4]贡介全；刘瑱，底框结构设计应注意的若干问题[J]，建筑科技与管理，2009（3）