摘要：底部框架—抗震墻房屋的震害及其分析;底部框架—抗震墻房屋的合理設(shè)計及構(gòu)造措施。
　　關(guān)鍵字：房屋結(jié)構(gòu)型式、底部框架—抗震墻、合理設(shè)計、構(gòu)造措施
　　一、前言
　　隨著社會的進(jìn)步，人民生活水平的提高，對城鎮(zhèn)臨街建筑及居民小區(qū)建筑的要求也越來越高。經(jīng)常要考慮到商業(yè)經(jīng)營和辦公的需要，所以做成底層框架－抗震墻，上部多層砌體房屋以增加底層結(jié)構(gòu)空間、便于靈活布置。對于這種結(jié)構(gòu)形式，從抗震上講是不利的，但因其在使用上的方便性、靈活性以及造價低廉等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。本文將結(jié)合工程實例以及當(dāng)前普遍使用的PKPM軟件，對這種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計作些闡述。
　　二、底部框架－抗震墻房屋的震害及其分析
　　底部框架－抗震墻房屋是由底層或底部兩層為框架－抗震墻，上部為多層磚房構(gòu)成。這類結(jié)構(gòu)的底層或底部兩層具有一定的抗側(cè)力剛度和一定承載能力、變形能力以及耗能能力；上部多層磚房具有較大的抗側(cè)力剛度和一定的承載能力，但變形和耗能能力相對較差。這類結(jié)構(gòu)的整體抗震能力既決定于底部和上部各自的抗震能力，又決定于底部和上部的抗側(cè)力剛度和抗震能力的相互匹配程度，也就是不能存在特別薄弱的樓層。
　　 震害調(diào)查和試驗研究表明，當(dāng)?shù)讓訜o抗震墻或抗震墻數(shù)量較少時，底部框架－抗震墻房屋的震害集中在底層框架部分，且墻比柱重，柱比梁重。破壞狀態(tài)顯示：抗震墻沿對角線方向發(fā)生剪切破壞（出現(xiàn)交叉斜裂縫），框架柱上下端產(chǎn)生水平裂縫并局部壓潰，形成柱鉸機構(gòu)，個別框架梁兩端出現(xiàn)豎向裂縫。震害原因在于結(jié)構(gòu)上剛下柔或抗側(cè)力剛度上強下弱，加之底層所受地震作用相對較大，造成底層框架－抗震墻變形過分集中，位移太大而喪失承載力破壞。而上部各層砌體除了部分因連接構(gòu)造太差而發(fā)生失穩(wěn)破壞，一般基本完好或輕微破壞（開裂），層間相對位移較小。當(dāng)?shù)讓釉O(shè)置的抗震墻太多時，其震害現(xiàn)象與多層砌體房屋類似，一般是第二層墻體（即過渡層）破壞嚴(yán)重。
　　三、底部框架－抗震墻房屋設(shè)計的注意事項
　　建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011－2001）(2008版)從結(jié)構(gòu)布置、計算要點以及構(gòu)造措施等方面對底部框架－抗震墻房屋的設(shè)計提出了具體要求。
　�。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)布置：
　　底部框架－抗震墻房屋的層數(shù)和總高度的限制；房屋抗震橫墻的間距限制，該項限制主要是為了滿足樓蓋對傳遞水平地震力所需的剛度要求，防止樓板平面出現(xiàn)過大的變形而不能使各層的地震作用傳到抗震橫墻上。上部砌體抗震墻與底部的框架梁或抗震墻應(yīng)對齊或基本對齊；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布置或基本均勻?qū)ΨQ布置。底部框架－抗震墻房屋的框架和抗震墻的抗震等級，6、7、8度可分別按三、二、一級采用。
　�。ǘ�）計算要點：
　　層剛度比的控制，底層框架－抗震墻房屋的縱橫兩個方向，第二層與底層側(cè)向剛度的比值，6、7度時不應(yīng)大于2.5，8度時不應(yīng)大于2.0，且均不應(yīng)小于1.0。控制側(cè)向剛度比，是為了使底部框架－抗震墻磚房的彈性位移反應(yīng)較為均勻，減少在強烈地震作用下的彈塑性變形集中，從而提高整個房屋的整體抗震能力，防止底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的側(cè)移而導(dǎo)致建筑物嚴(yán)重破壞。另外,側(cè)向剛度比也不應(yīng)小于1.0，即底層的縱、橫向抗震墻也不應(yīng)設(shè)置的過多，避免底層過強將薄弱層轉(zhuǎn)移到上部的過渡層。在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員按規(guī)范要求設(shè)置抗震墻后，過渡層與其下相鄰層的剛度比的上限一般較容易滿足，但下限“均不小于1.0”的要求很難滿足。這一現(xiàn)象在底部密柱、層高較低時表現(xiàn)得尤為突出。碰到這種情況，有以下方法處理：減少底部抗震墻得數(shù)量；在上層墻體結(jié)構(gòu)中增加構(gòu)造柱（在墻體中部）；將部分剪力墻延伸到過渡層。
　　地震作用的計算，對底層框架－抗震墻房屋，底層得縱向和橫向地震剪力設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)，其值應(yīng)允許根據(jù)第二層與底層側(cè)向剛度比值得大小在1.2～1.5范圍內(nèi)選用。在程序設(shè)計中，一般用公式
　　  (一層底框)
　　  (二層底框)
　　對于式中0.17的系數(shù)，個人認(rèn)為應(yīng)采用0.20較好，這樣更能和規(guī)范相統(tǒng)一起來。
　　底層的設(shè)計地震剪力問題，規(guī)范中要求底層縱向和橫向的地震剪力設(shè)計值應(yīng)全部由該方向的抗震墻承擔(dān)，并按各抗震墻側(cè)向剛度比例分配。這樣規(guī)定，主要是考慮到抗震墻的側(cè)向剛度比框架的大很多，按剛度分配的話，框架承擔(dān)的水平地震剪力僅占總水平地震剪力很小的一部分。從安全的角度出發(fā)，考慮到抗震墻的剛度降低將引起框架承擔(dān)剪力的增大。規(guī)范規(guī)定，框架柱承擔(dān)的地震剪力設(shè)計值按各抗側(cè)力構(gòu)件有效側(cè)向剛度比例分配確定，
　　底層傾覆力矩在抗震墻和框架柱間的分配問題，同時框架柱的軸力應(yīng)計入地震傾覆力矩引起的附加軸力。
　　（三）構(gòu)造措施：
　　 建筑抗震設(shè)計規(guī)范對底部框架-抗震墻房屋抗震構(gòu)造措施進(jìn)行了詳細(xì)明確的規(guī)定，其中對該類型房屋的樓蓋和托墻梁定為強制性條文，是我們在設(shè)計工作中必須嚴(yán)格遵守的。在此，對于構(gòu)造措施不再一一贅述。
　　四、利用PKPM軟件進(jìn)行底框房屋設(shè)計
　　 PKPMCAD系列建筑軟件是目前使用最廣的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，底部框架－抗震墻結(jié)構(gòu)可以由該軟件中的SATWE或TAT、PK三個模塊分別完成。軟件計算原理：上部砌體結(jié)構(gòu)的計算與把整體房屋視作砌體房屋相同；底部框架－抗震墻結(jié)構(gòu)的計算，把房屋在底框頂層樓板處水平切開，將上部砌體的外荷載和結(jié)構(gòu)自重作用在底框頂部，不考慮上部砌體的剛度貢獻(xiàn)，把底框結(jié)構(gòu)作為獨立結(jié)構(gòu)分析。從原理可以看出，軟件計算的托梁和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50003－2001）中的墻梁從計算模式是不同的。另外，需要明確的是在利用SATWE計算下部底部結(jié)構(gòu)時，沒有考慮風(fēng)荷載的作用。
　　下面，結(jié)合一工程實例就利用軟件計算中需要注意的問題作一下探討：
　�。ㄒ唬┑讓蛹袅�墻的布置和計算
　　1.剪力墻的布置應(yīng)“均勻、對稱、周邊、分散”。對此，建筑抗震設(shè)計規(guī)范對此有詳細(xì)的敘述，除以上原則外，剪力墻的布置還要考慮上面幾層的質(zhì)心位置，使底層縱橫向的剛心盡可能與整棟房屋的質(zhì)心重合。
　　2.低矮剪力墻的避免。規(guī)范規(guī)定：高寬比小于1時，可以僅計算剪切變形；高寬比不大于4且不小于1時，應(yīng)同時計算彎曲和剪切變形。高寬比大于4時，等效側(cè)向剛度不考慮。高寬比小于1時，稱為低矮剪力墻，它的變形和耗能能力很差，破壞形式為剪切破壞（脆性破壞）。所以工程中應(yīng)避免使用，或者應(yīng)利用結(jié)構(gòu)縫將其分開。
　　3.剪力墻開洞口。底部框架—抗震墻房屋進(jìn)行設(shè)計時，所布置的抗震墻既要滿足側(cè)移剛度比限值的要求，又要滿足承載力計算的要求。經(jīng)常遇到承載力驗算不滿足，增加抗震墻的數(shù)量或厚度，滿足了承載力驗算的要求，但側(cè)移剛度比限值又不滿足了的問題，解決的辦法主要是設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口，即采用在鋼筋混凝土抗震墻上設(shè)置洞口并采用輕質(zhì)砌塊材料填實的方法，將抗震墻的剛度降低，在滿足承載力驗算的要求的同時符合側(cè)移剛度比限值的要求。上面圖一所示較大的橫墻上都開有結(jié)構(gòu)洞口，采用磚砌體填充。
　　但是，針對PKPM軟件，其對帶洞口的混凝土抗震墻均按小洞口混凝土墻處理，對大洞口混凝土抗震墻用戶在結(jié)構(gòu)建模時將墻段作為獨立墻輸入。對小開口墻段按毛截面墻計算剛度，并乘以洞口影響系數(shù)：（d，b－洞口尺寸；l，h－墻截面尺寸）。
　　 一般情況下當(dāng)時，不能按整片墻輸入。另外當(dāng)洞口上連梁的跨高比大于2.5時，也應(yīng)按兩片墻輸入。原因在于，我們常說的小開口墻就是要保證洞口上下墻體（或連梁）有足夠的剛度。連梁跨高比較大，抵抗水平力的能力就有限，此時的內(nèi)力圖將有較大變化。（二）底框托梁上的荷載及設(shè)計
　　因底框托梁承受上部房屋墻體及樓面的荷載較大，如何處理上部荷載對托梁的設(shè)計影響成為關(guān)鍵問題。目前，PKPM軟件僅提供了三種方法：1）全部作為均布荷載作用，此時用戶輸入的上部荷載折減系數(shù)為1.0；2）近似地將部分荷載作為均布荷載，其余作為集中荷載作用到柱子上。此時用戶輸入的荷載折減系數(shù)小于1.0；3）規(guī)范方法，即考慮墻梁組合作用對托梁進(jìn)行計算。實際設(shè)計中，一般采用如下規(guī)定：當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度及以上時，上部荷載不折減，采用方法1），托梁配筋與普通梁一樣按受彎構(gòu)件計算；當(dāng)設(shè)防烈度為6、7度時，上部荷載可以考慮折減系數(shù)。當(dāng)輸入的折減系數(shù)不宜太小，一般可輸入0.7～0.9，但不應(yīng)少于四層荷載值。
　　五、結(jié)語
　　底框－抗震墻結(jié)構(gòu)作為一種經(jīng)濟有效的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)我國當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展的需要。盡管其抗震性能不是很好，但只要設(shè)計人員嚴(yán)格按照規(guī)范和人們的實踐和試驗經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，完全能夠滿足人們的需要。
　　參考文獻(xiàn)：
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　　3. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011－2001(2008版)；
　　4. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50003－2001；
　　5. 鄭山鎖、薛建陽，底部框剪砌體房屋抗震分析與設(shè)計，中國建材工業(yè)出版社，2002。

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