浅析底层框架砌体结构抗震设计
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摘要：上刚下柔的结构体系是底层框架砌体结构的主要特征，在地震灾害中证明，这种砌体结构的抗震性不强，除抗震计算外还需要加强抗震措施。本文将从抗震概念设计及具体应用等方面展开论述。
关键词 底层框架；概念设计；抗震设计；
一 底层框架――抗震墙多层砌体混合结构的概况
底层框架――抗震墙多层砌体混合结构 (简称底框结构)是指底层为钢筋混凝土框架加抗震墙(砖或钢筋棍凝土)、二层及二层以上为砌体的结构。随着经济的发展 ，由于城市规划和建筑功能的要求，这种结构体系在我国的临街建筑中应用非常普遍。但是，从结构抗震的角度来看，这种底层和上部各层层间刚度、层间极限承载力和极限变形能力的差异，往往使底层成为薄弱层。当不适当地加强某一楼层又会使相邻楼层变为新的薄弱楼层。因此，在一定程度上增加了抗震设计的难度。
我国现行 (建筑抗震设计规范) (GB50011-2010)。 (以下简称 (抗规))提出抗震设防的总目标是 “小震不坏，中震可修 ，大震不倒”，并采用两阶段设计来实现上述目标。对于底框结构来说，它属于上下不同材料、不同结构体系的混合结构，受力情况非常复杂。因此，需要从概念设计、强度验算、构造措施等三方面来保证。但由于地震的不确定性和复杂性 ，以及结构计算模型的假设与实际情况的差异 ，使 “计算设计”很难有效地控制结构的抗震性能，因此不能完全依赖 “计算”。大量的震害表明，结构抗震性能的决定因素是良好的 “概念设计”。概念设计的 目的就是在于合理地选择结构形式，并通过构造措 施来满足 “大震不倒”的要求。如果在总体方案设计时，概念设计搞得好 ，计算模式符合地震发生肘的破坏机理，房屋就可以达到在罕遇地震下裂而不倒。
二 抗震的概念设计的主要内容
抗震概念设计主要包括以下内容：
（1）抗震墙的概念设计
1）抗震墙的数量。层间侧移刚度比是影响抗震墙的数量的主要方面，对层间侧移刚度比可以参考有关资料，与此同时，同一结构最好采用同一种抗震墙。
2）抗震墙的形式。抗震墙作为抗侧力的主要构件，其高宽比一般较小，在地震水平力的作用下属于脆性破坏，一般高宽比值在1．5～2．5之间。
3）抗震墙的布置。抗震墙的布置应使纵向和横向侧移刚度中心尽可能与整幢房屋的质量中心相重合，并将纵横向抗震墙尽量布置在房屋两端，纵横墙宜成组布置，组成T型、L型等，使两个方向抗侧移刚度尽量接近。
（2）构件的概念设计
抗震结构的各类构件应具有必要的强度和刚度，并具有可靠的连接，避免非结构构件的不合理设置，从而导致主体结构受力不合理，地震时出现过早破坏。因此，可以采取措施，做好细部构造，防止非结构构件直接参与抗震作用，防止非结构构件在地震作用下出现平面倒塌，避免非结构构件出现连续破坏。
（3）上部砖砌体的概念设计
保证上部结构的强度和刚度，提高上部砖结构的延性也十分重要。尤其是作为转换的墙体和楼面，应提高砖砌块和砂浆的强度，使底层框架和抗震墙能够更有效地承担地震水平作用。因此，兼做转换层的现浇楼面的厚度不应小于150mm，混凝土强度等级不应低于C25，构造柱在楼梯间四角及楼梯斜梯段上下端对应的墙体处，各横墙与内外纵墙交接处、内墙局部较小的墙垛处有较大洞口的两侧均应设置，且配筋要加大一级。必须注明先砌墙后浇底框的梁柱。对于底框中的低矮钢筋混凝土墙，应设置为开竖缝。在竖缝处水平钢筋断开，在竖缝两侧设置暗柱，暗柱范围为1．5倍的墙厚。
三 底层框架砌体抗震中存在的主要问题
1底层侧移刚度大
底层为大商场等有大空间使用要求时，底层抗震墙设置得很少，其底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层小得多。这种结构由于其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担，使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低，底层成为较薄弱的楼层；在强烈地震作用下底层成为弹塑性变形和破坏集中的楼层，危及整个房屋的安全。底层沿纵向分成几个较大空间，一些设计方案把分隔横墙设计成为带构造柱、圈梁的砖墙，使得底层的横向与纵向均不能形成完整的框架抗震墙体系。在地震作用下这些分隔墙因侧移刚度大而先开裂，又因其承载能力和变形能力较钢筋永框架差而破坏严重，并且过早的退出工作，产生弹塑性内力重分布，导致底层框架抗震墙部分破坏严重。
2过渡层设计不合理
抗震墙砖房的二层称为过渡层。此层担负着传递上部的地震剪力和上部各层地震力对底层楼盖的倾覆力矩引起楼层转角对第二层层间位移的增大，因而此层受力复杂，也显得非常重要。对于底部框架抗震墙砖房，当底层按抗震规范要求设置一定数量的抗震墙后，房屋底部的侧向刚度和水平承载力有较大提高；此时如果忽略过渡层墙体的侧向刚度和水平承载力的降低，可能使房屋的过渡层成为薄弱层；由于过渡层砖砌体的变形能力较底层相对较差，因而将降低这种房屋的抗震性能。
四 底层框架砌体结构抗震设计中应注意的问题
1概念设计要恰当合理
选择对抗震有利的建筑场地，简化建筑体型，讲究规则对称，质量和刚度变化均匀，抗震结构体系合理、明确等是确保抗震设计合理的基本设计内容。同时抗震设计应满足“小震”不坏“，中震”可修和“大震”不倒的设防目标。《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-2010）规定，底部应沿纵横两方向均匀对称布置框架－抗震墙体系，并重点强调底部抗震墙应是双向、对称布置并纵横抗震墙相连。由于底部框架墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。如果不作处理，则会造成建筑的刚度中心对质量中心的偏心距较大，地震力作用下会对结构产生扭转效应。底部框墙结构的柱网不宜过大，一般控制在7.5m左右，并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。首先从使用功能上，底框结构大多为商住楼，该跨度对应上部可分割为两开间，无论上部为住宅楼，还是办公楼，开间尺寸都必须以满足砌体结构所能实现的功能。
2严格控制侧移刚度比
现行抗震规范对底层框架砖房第二层与底层的侧移刚度比不仅会影响地震作用下的层间弹性位移，而且对层间极限剪力系数分布、薄弱楼层的位置和薄弱楼层的弹塑性变形集中都有很大影响。因此应严格的限制侧移刚度比，设计中并对此作控制性验算。这是因为该比值分析结果表明，当侧移刚度比＞2时，在强烈地震作用下会造成薄弱的底层弹塑性变形集中，弹性位移增大，会加速底层的破坏；但当1.2，特别是1.0时，由于底层纵横向抗震墙设计过多，底层过强，又会使薄弱楼层转移到上部抵抗变形能力相对较差的砖房层，这也是不利的。所以，规范GBJ50011-2010规定，6度、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0，实际设计时控制在1.5左右为宜。
3 结构体系要合理
底部框架砖房的底层或底部两层均应设置纵横向的双向框架体系，因为底部的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配，在这些结构混用的体系中，砖墙较框架的抗侧力刚度大得多，在地震作用下，砖墙先开裂破坏，而砖墙的变形能力较框架要差得多，这样会形成砖墙构件先退出工作，导致加重半框架或部分框架的破坏。
总之，底层框架砌体结构的抗震设计要严格按照《建筑抗震设计规范》标准和原则设计做到地震时破坏机理明确合理，争取达到在罕遇地震下裂而不倒，最大限度的减少人民生命财产的损失。
【参考文献】
1郭继武．建筑抗震疑难释疑[M]．北京：中国建筑工业出版社．2003．
2蔡红卫.浅析底部框架抗震墙砖房抗震设计[J].山西建筑，2006．
3杨红卫，薛严涛，朱永权.底部框架结构抗震性能及抗震设计研讨[J].工程抗震，2001．
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