底层框架房屋抗震设计应注意的问题

作者：姜信安 (青阳县规划建筑设计院安徽青阳242800)

摘要:在底框抗震设计时,应注意楼房的总层数、总高度、底层抗震墙的最大间距问题,对剪力墙的布置要“均匀、对称、周边、分散”,对开洞口的剪力墙在结构计算输入时,要根据开洞率的大小确定输入方式,通过构造措施调整刚度比;侧移刚度比小于1.0时要采取一定的处理措施,对底框结构还要采取抗震构造措施。

关键词:底框房屋抗震设计剪力墙刚度比注意的问题

中图分类号:TU208 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2007)11(b)-0070-02

底层框架房屋主要指底层采用钢筋混凝土框架的多层砖房,其特点是:这种结构抗震整体性能差,主要是底层的承重构件是钢筋混凝土柔性框架,上部是砖墙承重的刚性多层砖房,底层的抗侧刚度比上部砖房小得多,底层柔,上层刚,刚度的急剧变化使房屋在地震作用下的侧移集中发生在底层,而上部各层的位移小,地震时若设计处理不当,最容易引起底层的严重破坏,从而危及整个房屋的安全,所以在抗震设计时,应注意以下问题:

1底框结构设计中应注意的问题

1.1底框结构必须布抗震墙

底框结构主要是承受竖向荷载和水平地震作用,当底层没有设计抗震墙时,由于上面几层砖房的质心与底层纵向和横向的刚心位置偏差较大。同时底框结构的上部重量较大,底部重量较轻,在地震作用下容易发生扭转破坏。为此,《规范》规定不能采用纯底框结构,一定要在两个方向设置抗震墙成为“底部框架一抗震墙”结构。

1.2底框结构房屋的层数和总高度的限制

横墙较少的多层砖混楼房,当按规定采取加强措施满足抗震承载力要求时,其高度和层数也应满足要求。《规范》规定:在6度和7度抗震设防情况下,底层框架结构的总高度限制为22m。这个高度是指室外地面至檐口的高度,不包括女儿墙的高度。层数一般限制在7层以内(总层数),并底层层高不大于4.5米。

1.3底层抗震横墙的最大间距

横墙的间距限制主要是防止楼板平面出现过大的变形而不能使各层的地震作用传递到抗震墙上。因此与楼、屋盖的刚度有关,一般底框结构的楼、屋盖采用现浇为宜。在6、7、8度抗震设防时抗震横墙的最大间距分别为2lm、18m和15m。

2底框结构剪力墙的布置应注意的问题

房屋的抗震设计要满足“小震”不坏,设防烈度可修“,大震”不倒的抗震设防目标。在6、7度抗震设防区,六层及六层以上的底层砖房结构,《规范》明确规定“;上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或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,房屋的底部,应沿纵横两方向设置一定数量抗震墙,并应均匀对称布置和基本均匀对称布置”。五层及五层以下的房屋“应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙”。

2.1剪力墙的布置

(1)“均匀、对称、周边、分散”。同时要考虑底框上面几层的砖混结构质心位置,使底层纵向和横向的刚心尽可能与整幢房屋的质心相重合。

(2)避免剪力墙布置在一条纵轴线上。在沿街底框房屋的设计时,设计人员往往按照业主的要求,在沿街的纵墙上开设大洞口,便于营业和经营,在内纵墙上设置剪力墙,这样虽然在计算时可以通过,但不符合剪力墙的设置原则。同时对抗扭转也是极不利的,因为结构产生扭转主要来自两个方面:一是房屋的质量中心与刚度中心不重合,在X或Y方向承受地震力作用下房屋产生扭转。二是在地震过程中,地震本身具有扭转分量。

(3)剪力墙的间距应符合要求。有的设计者只考虑到砖混结构的抗震墙间距,认为混凝土剪力墙可以加大抗震墙的间距,这是不对的。在X或Y方向至少应设2道或2道以上的剪力墙。在任何一方向只设1道剪力墙是错误的。

2.2开洞口剪力墙应注意的问题

(1)对小开口墙段按毛墙面计算刚度,并根据开洞率乘以洞口影响系数a(开洞率<30％时)a计算式为

(2)当开洞率大于30％时,不能按整片墙输入。因为目前PMCAD版本对带洞口抗震墙均按小洞口混凝土抗震墙处理,对大洞口混凝土抗震墙在结构建模时要将墙段作为独立墙体输入。如:有一大洞口墙,开间4.2m,层高2.8 m,有一门洞口为2.lm×2.4m,开洞率43％,大于30％,洞口影响系数a=66,这样就不能按整片墙输入。

(3)当洞口高度大于或等于08倍层高时,也不能按整体输入。如层高为2.8m,门洞高为2.4m,大于0.8倍,这时只能按两片墙输入,其墙体的侧移刚度等于沿口两侧墙段侧移刚度之和(即此类洞口就应在洞口边设节点,在洞口上设置一连梁,删掉洞口位置的墙体,使之成为两片无洞口墙体)。

(4)当窗洞高度大于层高的50％时,根据开洞率,按门洞口对待,同时当洞口上设连梁的跨高比大于2.5时,也要按两片墙输入。

3通过构造措施调整刚度比的问题

规范规定:底层框架一抗震墙房屋的纵横两个方向,第二层与底层侧向侧度的比值,6、7度时不应大于2.5,8度时不应大于2.0,且均不应小于l.0。

对砖混底框结构的刚度比进行硬性规定,主要是为了使底层框架——抗震墙砖房的弹性位移反映均匀。研究表明,当第二层与底层的侧移刚度比在1.5左右时,极限剪力系数分布均匀,有利结构的整体抗震。

在采用P M C A D软件进行底框结构设计时,均要在底层框架处布置一定数量的剪力墙。有时通过计算发现虽然剪力墙的数量不多,但第二层与底层的侧移刚度比却小于l.0,不符合规范要求,这就需要降低底层结构侧移高度或提高二层结构的侧移刚度,一般采取以下方法处理:

①在剪力墙上开竖缝,使低矮墙变为一组墙板柱,从而提高墙体的变形能力和耗能能力,使破坏状态由剪切破坏变为弯剪破坏。

②减少底部剪力墙的数量。

③在上层墙体结构中增加构造柱。

④也可将部分剪力墙延伸到过渡层。

4底框结构的抗震构造上注意的问题

4.1底部的钢筋混凝土抗震墙和砌体抗震墙

底部的钢筋混凝土抗震墙应设置为带边框架的钢筋混凝土墙,边框梁的截面宽度不宜小于墙板厚度的1.5倍,截面高度不宜小于板厚度的2.5倍,边框柱的截面不宜小于不设钢筋混凝土墙的框架柱,且不宜小于墙板厚度的2倍。因使用要求无法设置边框柱的墙,应设置暗柱,其截面高度不宜小于2倍的墙板厚度,并应单独设置箍筋。墙板的厚度及分布钢筋配筋率均应满足规范的要求。同时,底框结构抗震墙应设条形基础,筏基或桩基。

砌体抗震墙的最小厚度为240 mm,最好用370mm,砌筑砂浆的强度等级不低于M10;沿框架柱每隔500 mm配置2φ6拉结钢筋,并沿全长布置,在墙体的半高处设置与两端框架柱相连的水平系梁,梁高可为60mm。墙长大于5m时,应在墙内增设钢筋砼构造柱。

4.2开竖缝的钢筋混凝土墙

当钢筋混凝土墙的高宽比小于1.0时,宜设置为带边框开竖缝钢筋混凝土墙,竖缝两侧应设暗柱,暗柱纵筋不小于4φ16,箍筋可采用φ8,箍筋间距不大于200mm。对边框梁的箍筋除按其它标准加密外,还应在竖缝处l.0倍的梁高范围内加密,箍筋间距不应大于100mm。

4.3底部框架抗震墙砖房过渡层的楼盖、构造柱

该楼盖担负着传递上、下层不同间距墙体的水平地震作用和倾覆力矩受力较为复杂。因此,在有用钢筋混凝土现浇板时,板厚不宜小于120mm,当底部框架榀距大于3.6m时,其板厚可采用140mm,并应少开洞,开小洞。当洞口尺寸大于800 mm时,洞口四周应设边梁。同时考虑到底层框架抗震墙房屋比多层砌体房屋的抗震性能稍弱,又考虑到过滤层刚度和应力集中,《规范》规定过渡层应在底部框架柱对应位置处设构造柱,且构造柱与上下框架贯通,构造柱截面不小于240×240mm,内纵筋6度不宜少于4φ14,7度时不宜少于4φ16,箍筋φ8@200。

4.4材料强度要求

《规范》规定底部框架一抗震墙房屋材料强度等级,应符合下列要求:框架柱抗震墙和托梁的砼等级不应低于C30,过渡层砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5。

参考文献

[1]李爱群,高振业主编.工程结构抗震设计.中国建筑工业出版社,2005.

[2]GBS0011-2001建筑抗震设计规范,2001.

[3]GBS0010-2002混凝土结构设计规范,2002.

[4]高小旺,龚思礼,苏经宇等主编.建筑抗震设计规范理解与应用.中国建筑工业出版社,2002.