浅谈底部框架抗震墙结构.docx

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浅谈底部框架抗震墙结构

浅谈底部框架—抗震墙结构

对于地震区需要抗震设防的多层商住建筑，底层为钢筋混凝土框架的大空间商店，上部为小开间砖房或砌块建筑，这些建筑物往往采用底框结构。

此种结构优点在于房屋的底部可提供较大较灵活的空间做商业，在上部可盖空间规整、不露柱子，造价低廉的砖混住宅。

此种结构其结构特点：

在结构竖向体系、结构材料体系、结构刚度等多方面，在竖向存在突变，是一种抗震不利的结构体系，本来应该避免采用。

但随着对此类结构研究的深入，发现只要合理的设计此种结构，还是能达到一定抗震性能的。

所以，现行规范放宽了高度限制，当采取相应措施后底部框架可有两层；允许底部框架房屋的总层数和高度与普通多层砌体房屋相当。

也提出相应的要求：

严格控制相邻侧移刚度，合理布置上下楼层的墙体，并提高底部框架的抗震等级。

这就使底框结构的适用范围更加推广。

1上下层刚度比的控制

从材料上来看，底框结构底层为混凝土框架—抗震墙结构，上部为砖砌体结构，属上、下两种不同材料，不同性质的混合式结构：

从质量上来看属上重下轻的结构;从刚度来看，属上刚下柔：

从竖向传力途径来看，上部砌体结构通过两层（三层）梁板转化为底层的大空间框架。

以上几方面使底框结构为抗震不利结构。

从算法来看，PKPM软件对此种结构在转换层将其一分为二：

砖混部分采用底部剪力法，底框部分采用有限元法。

采用这种算法的前提是，房屋质量和刚度沿高度分布比较均匀，且以剪切变形为主，可采用底部剪力法进行抗震计算。

这已为框支墙梁振动台试验证实。

所以为使底框结构的整体变形以剪切变形为主更接近普通砖混结构的变形，就要控制各层的刚度比值使之变化比较均匀，使各层的刚度比接近普通砖混结构，最终才能满足算法上的要求。

所以《抗震规范》强制性条文第7.1.8-3、4款规定：

“底部框架—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2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0”，“底部两层框架—抗震墙房屋的纵横两个方向，底层与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0。

8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0”。

从底部两层框架抗震墙砖房整体抗震能力来看，底部两层相对弱一些比上部多层砖房相对弱一些要好，当然，设计得较为均匀是最佳的。

《PKPM新天地》杂志有的读者认为控制比值的上限是为了增大底框部分的刚度，避免底部太弱，同时控制比值的下限是为了防止薄弱层的上移。

底层框架—抗震墙砖房的第二层与底层的侧移刚度比宜控制在1.2~2.0之间：

底部两层框架—抗震墙砖房第三层与第二层的侧移刚度比的合理取值为1.2~1.8之间。

所以，建议过渡层与底部转换层的侧移刚度比值均应控制在1.5左右比较合理。

2剪力墙的设计

2.1底层剪力墙的合理布置

《砌体规范》10.5.2条文说明：

“….纵向和横向均匀、对称布置一定数量的抗震墙就从抗震体系上大大改善了框支墙梁的抗震性能…底层设置一定数量抗震墙的框支墙梁房屋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房屋低，甚至还要好些”。

可见抗震墙的布置除了要满足一定数量和间距外，还应考虑结构在地震下的抗扭转能力，尽量满足“均匀、对称、周边、分散”的原则，并尽可能使底层的刚度中心与上部的质量中心重合。

通过实例计算和咨询PKPM软件技术支持，剪力墙的布置位置在计算中是不予考虑的，无论我们布置在哪里计算时均只是将所有地震剪力由剪力墙承担。

所以我们只能在概念设计中考虑。

这一点很重要。

通过实际工程与查阅资料得出以下结论：

2.1.1合理布置剪力墙在底框结构中的位置可以有效地分配地震剪力，减少地震作用的扭转效应，同时可以有效地抵抗地震本身具有的扭转分量。

通过在框架边缘增加少量墙肢，角柱的配筋明显地减少。

2.1.2混凝土抗震墙侧向刚度与墙宽的立方成正比，墙体越宽，需要的墙体数量就越少。

但是，由于底框抗震墙的高度较低（一层或两层），墙体较宽时容易形成破坏形式为剪切破坏的低矮抗震墙…”。

《建筑抗震设计手册》（以下简称《抗震手册》）第794页“底层框架中的钢筋混凝土抗震墙，高度往往小于长度。

这种矮宽的抗震墙，不能采用普通钢筋混凝土理论的常规方法设计。

矮宽抗震墙的抗剪强度，有时受到基础抵抗倾覆力矩能力的限制，不能得到充分的发挥”，《抗震规范》第7.5.5—2款规定“…各墙段的高宽比不宜小于2…”。

当钢筋混凝土墙的高与墙的截面宽之比大于等于4.0时，剪切变形的影响是不大的，所以在高层钢筋抗震墙房屋中，仅考虑钢筋混凝土墙弯曲变形可以得到较满意的结构。

为和软件算法对应（计算底部两层框架—抗震墙体系时，软件计算底部混凝土部分时按剪弯计算），笔者认为剪力墙高宽比应控制在2~4之间，以使底部混凝土部分变形以剪弯变形为主。

2.1.3通过合理地改变抗震墙高宽比及厚度，改善了过渡层与底部转换层的侧移刚度比值。

2.2底层剪力墙的配筋：

考虑到底部框架—抗震墙房屋高度较低，底部的钢筋混凝土剪力墙应按低矮的墙或开竖缝墙设计，其抗震等级可比钢筋混凝土抗震墙结构的框支层有所放宽。

即不需按框支墙考虑。

3荷载传导

3.1风荷载的导算

根据《PM》第三节第四款底部框架上承载了顶层楼板处的水平地震作用、水平风荷载作用以及它们所产生的倾覆弯矩，但SATWE中风荷一项始终不能保存，后经PKPM技术支持人员证实漏算了底部框架—剪力墙部分的风荷。

考虑到底部两层高度不高风荷不大故在设计中并未复核。

3.2墙、托梁荷载导算

根据《PM》第七章第三节第五款，PKPM软件为我们考虑了导算底框结构托梁上荷载的两种处理方法。

“当上部砖房墙体的门窗洞口位于跨端，且底层框架抗震墙砖房的第二层、底部两层框架抗震墙砖房的第三层横墙与内外纵横交接处均设置钢筋混凝土构造柱和每个轴线均设置钢筋混凝土圈梁时…当考虑墙体开裂时，可取折减系数为3.0/（2+n），n为上部砖墙层数。

”根据《砌体规范》第7.3.2条，表7.3.2墙梁的形成有严格的要求。

尽管程序可以自动分析判断是否形成了墙梁，尽管从理论上我们已经可以合理地确定折减系数，但考虑到建设中门洞口位置经常为建设方修改，笔者建议为了安全考虑“按经验考虑墙梁作用上部荷载折减”和“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”两项都不选，按100%上部荷载抗弯计算托梁。

即使这样计算墙梁是很保守的。

4材料要求

4.1框架柱、抗震墙和托墙梁的混凝土强度等级，不应低于C30.

4.2过渡层墙体的砂浆强度等级，不应低于M7.5。

4.3底部框架-抗震墙其他抗震构造措施应符合《抗震设计规范》7.3.5至7.3.14条相关要求。

5构造要求

5.1构造柱

5.1.1底部框架-抗震墙房屋上部应设置钢筋混凝土构造柱。

5.1.2构造柱设置部位应根据房屋总层数按7.3.1设置。

5.1.3过渡层尚应在底部框架柱对应部位设置构造柱。

5.1.4构造柱的截面，不宜小于240mmx240mm。

5.1.5构造柱的纵向钢筋不宜少于4φ14，箍筋间距不宜大于200mm。

5.1.6过渡层构造柱纵筋：

7度时不宜少于4φ16，8度时不宜少于6φ16。

一般情况下，纵向钢筋应锚入下部的框架柱内；当纵向钢筋锚固在框架梁内时，框架梁的相应位置应加强（加附加箍筋和吊筋）。

5.1.7构造柱应与每层圈梁连接，或与现浇楼板可靠拉结。

5.2上部抗震墙的中心线宜同底部的框架梁、抗震墙的轴线相重合；构造柱宜与框架柱上下贯通。

5.3底部框架-抗震墙房屋的楼盖应符合下列要求：

5.3.1过渡层的底板应采用现浇钢筋混凝土板，板厚不应小于120mm；并应少开洞、开小洞，当洞口尺寸大于800mm时，洞口周边应设置边梁。

5.3.2其他楼层，采用装配式钢筋混凝土楼板时均应设现浇圈梁，采用现浇钢筋混凝土楼板时应允许不另设圈梁，但楼板沿墙体周边应加强配筋并应与相应的构造柱可靠连接。

5.4钢筋混凝土托墙梁，其截面和构造应符合下列要求。

5.4.1梁的截面宽度不应小于300mm，梁的截面高度不应小于跨度的1/10。

5.4.2箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于200mm，梁端在1.5倍梁高且不小于1/5梁净跨范围，以及上部墙体的洞口处和洞口两侧各500mm且不小于梁高的范围内，箍筋间距不应大于100mm。

5.4.3沿梁高应设腰筋，数量不应少于2φ14，间距不应大于200mm。

5.4.4梁的主筋和腰筋应按受拉钢筋的要求锚固在柱内，且支座上部的纵向钢筋在柱内的锚固长度应符合钢筋混凝土框支梁的相关要求。

5.5底部框架-抗震墙，其截面和构造应符合下列要求。

5.5.1抗震墙周边应设置梁（或暗梁）和边框柱（或框架柱）组成的边框，边框梁的截面宽度不宜小于墙板厚度的1.5倍，截面高度不宜小于墙板厚度的2.5倍，边框柱的截面高度不宜小于墙板厚度的2倍。

5.5.2墙板厚度不宜小于160mm，且不应小于墙板净高的1/20；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.

5.5.3墙竖筋和横向分布钢筋配筋率均不应小于0.25%，并采用双排布置；双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600mm，直径不应小于6mm。

5.5.4边缘构件按6.4节关于一般部位的规定设置。

5.6底部框架-抗震墙房屋的底层采用普通砖抗震墙时，其构造应符合下列要求。

5.6.1墙厚不应小于240mm，砌筑砂浆强度等级不应低于M10,应先砌墙后浇框架。

5.6.2沿框架柱每隔500mm配置2φ6拉结钢筋，并沿砖墙全长设置；在墙体半高处应设置与框架柱相连的钢筋混凝土水平系梁。

5.6.3墙长大于5m时，应在墙内增设钢筋混凝土构造柱。

5.7底部框架-抗震墙房屋的材料强度等级，应符合下列要求：

5.7.1框架柱、抗震墙和托墙梁的混凝土强度等级，不应低于C30。

5.7.2过渡层墙体的砌筑砂浆强度等级，不应低于M7.5。

5.8底部框架-抗震墙房屋的其他抗震构造措施，应符合本章第7.3.5条至7.3.14条有关要求。

6一般规定

6.1底部框架—抗震墙房屋的层数和总高度限值：

参见《抗震规范》6.1.2条表7.1.2。

6.2底部框架—抗震墙房屋的结构布置，应符合下列要求：

6.2.1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。

6.2.2房屋的底部，应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙，并应均匀对称布置或基本均匀对称布置。

6、7度且总层数不超过五层的底层框架－抗震墙房屋，应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙，但应计入砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力；其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙。

6.2.3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2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。

6.2.4底部两层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向，底层与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0。

6.2.5底部框架-抗震墙房屋的抗震墙应设置条形基础、筏式基础或桩基。

7计算要点

7.1底部框架房屋的抗震计算，可采用底部剪力法，并应按本节规定调整地震作用效应。

7.2底部框架-抗震墙房屋的地震作用效应，应符合下列规定调整（7.2.4条）

7.2.1对底层框架-抗震墙房屋，底层的纵筋和横向地震剪力设计值均应乘以增大系数，其值应允许根据第二层与底层侧向刚度比值的大小在1.2~1.5范围内选用。

7.2.2对底部两层框架-抗震墙房屋，底层和第二层的纵向和横向地震剪力设计值亦均应乘以增大系数，其值应允许根据侧向刚度比在1.2~1.5范围内选用。

7.2.3底层或底部两层的纵向和横向地震剪力设计值应全部由该方向的抗震墙承担，并按各抗震墙侧向刚度比例分配。

9PKPM计算参数参考

9.1PMCAD.8砌体结构抗震及其他计算

9.2SAT-8总信息

9.2SAT-8地震信息

9.3SAT-8砌体结构

砌体（底框）信息…………………………………….

砌块类别烧结转…………..烧结砖、蒸压砖、砼砌块

砌块容重（kN/m3）22…………烧结砖取22kN/m3。

已包含饰面材料重量

构造柱刚度折减系数0.3…………按砌体刚度考虑构造柱的作用时，大约取0.3；

完全按构造柱刚度考虑其作用时，取1。

底部框架层数1…………底部一层框架填1，底部两层框架填2。

材料强度变化起始层号3…………砌块或砂浆强度等级开始变化的楼层号。

第一种砌块的弹性模量2704….……...烧结砖砌体取1600f，见《砌规》3.2.5条1款

f为砌体抗压强度设计值，见《砌规》3.2.1条