某底层框架

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［内容提要］底部框架-抗震墙房屋在历次地震中震害均较严重，做好该类结构的设计，满足抗震设防的要求，是结构设计的重点、难点。本文通过对某底层框架-抗震墙房屋结构设计的分析、总结，对该类房屋在结构设计中应注意的层间刚度比的控制、过渡层的加强措施等方面进行了阐述。

［关键词］底层框架-抗震墙层间刚度比过渡层低矮抗震墙

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

1 引言

底部框架-抗震墙房屋，是指建筑物底层或底部两层为钢筋混凝土框架-抗震墙结构，上部几层为纵横墙较多的砖（砌体）墙承重结构。这种房屋的底层或底部两层可获得较大空间，可作为商店、餐厅等，上部楼层可作为住宅、办公等用房，多用于临街的建筑。这种结构具有较多层钢筋混凝土框架房屋造价低和便于施工等优点，但抗震性能较差，底部宜作成一层框架-抗震墙结构。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2011）（以下简称《抗规》）把底部为一层框架-抗震墙房屋称为底层框架-抗震墙房屋。如何保证地震区的底层框架-抗震墙房屋具备较好的抗震性能，满足抗震设防的要求，是结构设计的重点、难点。

２ 工程概况

邯郸市城投市政公用建设动迁有限公司所开发的综合楼，共５层，底层用于开敞办公（或商店、餐厅），需要较大的使用空间，层高3.6米，上部４层为办公用房，层高3.2米，主体总高17.0米，无地下室。结构型式采用底层框架-抗震墙结构。抗震设防烈度为７度，设计基本地震加速度为0.15ｇ，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防标准为丙类，Ⅲ类场地。结构计算采用中国建筑科学研究院PMCAD软件（2005年11月版）。

３ 结构设计

该建筑原方案未设缝，建筑总长约为63.0米，超过《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）伸缩缝最大间距限值（50.0米）较多，为了避免和减少常见的由建筑物超长所导致的温度裂缝，经与建筑协商，在建筑物中间部位断开，设100ｍｍ宽变形缝。本工程结构设计（建模计算）对变形缝两侧部分分别进行。

为保证地震剪力传给抗震横墙，应使抗震横墙间距不能太大，对抗震横墙间距的规定见《抗规》7.1.5条。本工程７度设防，间距不得大于18.0米。本工程上部楼层用于办公，开间较大（3.6～4.2米），且与一般住宅相比，横墙较少。据《抗规》7.1.8条，地震烈度为６、７度且总层数不超过５层的底层框架-抗震墙房屋，允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙。但结合本工程的实际情况，经多方案比较、反复试算，决定采用钢筋混凝土抗震墙。《抗规》要求底层框架-抗震墙房屋的纵、横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，６、７度时不应大于2.5，且不小于1.0。这是因为若要提高房屋的整体抗震能力，就应使在地震作用下弹性层间位移反应均匀，并减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中（即不至于出现突出的薄弱楼层），这是控制层间刚度比的原因。布置底层框架-抗震墙房屋抗震墙时，应注意两点：（１）上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐；（２）底框部分纵、横两个方向的抗震墙，应均匀对称布置或基本均匀对称布置。

底框结构底部抗震墙的位置、数量由构造要求和层间刚度比控制。一方面，应满足抗震横墙间距和均匀对称布置等要求；另一方面又要满足层间刚度比的要求。在布置抗震墙的过程中，极易出现低矮抗震墙（高宽比小于１的钢筋混凝土抗震墙）。由于低矮抗震墙抗侧力刚度和承担的地震剪力较大，变形和耗能能力较差，破坏形式为剪切破坏，一旦墙体开裂或丧失承载能力，将对其他抗侧力构件产生很不利影响。故在实际工程中应避免使用。为此，文［3］指出，底层框架-抗震墙房屋的底层钢筋混凝土抗震墙，宜开设洞口形成若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于２。对于不便开设洞口的带边框低矮抗震墙，应在墙中设置竖缝使墙体分成两个或三个高宽比大于1.5的墙板单元。本工程将所有易形成低矮抗震墙的墙段均采用开竖缝的方式处理，使之分成几个墙段。在结构建模时，在缝两侧分别设节点，将各墙段作为独立墙体分别输入。抗震墙开竖缝采取的具体构造措施如下：（１）开100ｍｍ宽的竖缝至梁底，使墙体分成两个或三个高宽比大于1.5的墙板单元，水平钢筋在竖缝处断开；（２）竖缝处放置两块预制的钢筋混凝土板，每块厚50ｍｍ，宽度与墙厚相同；（3）竖缝两侧设暗柱，其截面范围为1.5倍墙厚，其纵筋、箍筋根据计算结果配置，且纵筋不小于４φ16，箍筋直径不小于φ８，间距不大于200；（４）边框梁箍筋除满足规范加密要求外，还应在竖缝两侧1.0倍梁高范围内加密，箍筋间距不应大于100ｍｍ。经过反复比较，调整抗震墙的布置，变形缝两侧的层间刚度比均满足规范要求，具体结果如下：缝左侧，K0＝1.49，K90=1.44；缝右侧，K0=1.40，K90=1.65。底层框架柱、抗震墙布置见图1所示。

图1

图2

底层框架-抗震墙房屋是由两种材料和承重体系组成的结构体系，其过渡楼层（第２层）受力复杂，担负着传递上部的地震剪力和倾覆力矩等作用，必须采取相应的抗震构造措施。《抗规》规定过渡层的底板（本工程即首层顶板）应采用现浇钢筋混凝土板，板厚不应小于120ｍｍ，并应少开洞、不开洞，当洞口尺寸大于800ｍｍ时，洞口周边应设置边梁。由于本工程上部为办公用房，开间较大，首层底框榀距亦较大，最大为8.4米，最终确定过渡层的底板厚度为140ｍｍ。过渡层除在所有横墙（轴线）与内、外纵墙的交接处和楼梯间四角设置构造柱外，在所有外纵墙上3.9～4.2米开间的不小于2.1米的洞口两侧、内纵墙上相应开间的门洞边以及长度大于5.0米的横墙中部增设构造柱，截面240ｍｍｘ240ｍｍ纵墙4φ16，箍筋φ6＠100／200，且要求纵向钢筋锚入下部的框架梁、柱内长度不小于40ｄ。另外，每层均设圈梁，断面240ｍｍｘ240ｍｍ，4φ1２，箍筋φ6＠100／200（箍筋加密范围为构造柱两侧各500ｍｍ范围内）。为提高过渡楼层的抗弯能力，在该层外纵墙的窗台板下设置60ｍｍ厚，240ｍｍ宽的配筋混凝土带，C20砼，３φ6，且锚入两侧构造柱内。过渡层平面布置见图2所示。

据《抗规》7.1.10条，本工程底层框架和抗震墙的抗震等级为二级（设防烈度７度）。其构造要求应满足规范有关规定。值得一提的是，由于过渡层构造柱要锚入框架梁内，相应部位框架梁要加强，且抗震墙开竖缝处框架梁亦要采取加强措施，结合《抗规》7.5.4条（强条），本工程框架梁均全长加密。（注：本工程框架柱尺寸500ｘ500；主要框架梁尺寸350ｘ900、350ｘ600、350ｘ500等；抗震墙厚内、外纵墙240，横墙200。单位：ｍｍ）

为增强结构整体性，并结合地质条件，本工程采用筏板基础。屋顶板厚均为120ｍｍ，且在板上皮未配筋表面设置双向钢筋网片φ6＠200，并与支座筋搭接。

4 结语

历次地震中，底层框架-抗震墙房屋震害均较严重，做好此类房屋的结构设计，满足抗震设防的要求，关键是调整好底层抗震墙的布置，使之满足层间刚度比及构造要求，这是难点所在。对过渡层采取加强措施，是概念设计的重要内容。工程实践表明，只有通过反复试算，多方案比较，精心设计，才能满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的相关要求。

参考文献

建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）.中国建筑工业出版社，2001

砌体结构设计规范（GB50003-2001）.中国建筑工业出版社，2001

高小旺 龚思礼等. 建筑抗震设计规范理解与应用. 中国建筑工业出版社，2003

陈岱林等砌体结构CAD原理及疑难问题解答. 中国建筑工业出版社，2004