底框結構的設計

李曉萍

陜西建工集團總公司建筑設計院 710054 西安

某縣商住樓，地上六層，一層為大空間商店，二層至六層為住宅，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，采用底部框架—抗震墻砌體結構。由于這種房屋造價較低，又能滿足建筑功能的使用要求，被廣泛采用。但這種結構抗震性能較差，為了保證結構的安全，提高其抗震能力，良好的結構方案（概念設計）、科學的構造措施外，合理的計算模型、正確的運用軟件計算亦是十分重要的一個環節。

結構平面布置

底部框架—抗震墻砌體房屋是由上部砌體結構，下部框架—抗震墻結構組成。是兩種不同材料混合承重的房屋，兩種材料抗震性能不同（彈性模量差異大），底部框架—抗震墻為剛柔性結構，主要由框架承擔豎向荷載，鋼筋混凝土抗震墻或砌體抗震墻承擔水平地震作用，上部砌體結構為剛性結構，依靠砌體墻抗剪。上部砌體結構的水平地震剪力要靠過渡層樓板傳遞給下部抗震墻，屬于側向剛度變化很大，傳力不直接的不規則結構。震害調查表明其底部為明顯的薄弱部位，容易發生應力集中及變形集中現象，出現較大的側移而破壞甚至倒塌。

《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）對底部框架—抗震墻砌體房屋的結構布置要求如下：

⑴ 上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻，除樓梯間附近的個別墻段外均應對齊。

⑵ 房屋的底部，應沿縱橫兩方向設置一定數量的抗震墻，并應均勻對稱布置。6度且總層數不超過四層的底層框架-抗震墻砌體房屋，應允許采用嵌砌于框架之間的約束普通磚砌體或小砌塊砌體的砌體抗震墻，但應計入砌體墻對框架的附加軸力和附加剪力并進行底層的抗震驗算，且同一方向不應同時采用鋼筋混凝土抗震墻和約束砌體抗震墻；其余情況，8度時應采用鋼筋混凝土抗震墻，6、7度時應采用鋼筋混凝土抗震墻或配筋小砌塊砌體抗震墻。

⑶ 底層框架-抗震墻砌體房屋的縱橫兩個方向，第二層計入構造柱影響的側向剛度與底層側向剛度的比值，6、7度時不應大于2.5，8度時不應大于2.0，且均不小于1.0。

⑷ 底部兩層框架-抗震墻砌體房屋縱橫兩個方向，底層與底部第二層側向剛度應接近，第三層計入構造柱影響的側向剛度與底部第二層側向剛度的比值，6、7度時不應大于2.0，8度時不應大于1.5，且均不應小于1.0。

⑸ 底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震墻應設置條形基礎、筏形基礎等整體性好的基礎。

結構平面布置如圖1，圖2。

 圖1 二層結構平面布置圖

圖2 三~六層結構平面布置圖

2、整體結構計算過程注意事項及結果分析

本工程采用中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部編制PKPM2010系列軟件計算，版本號為2012年6月版。底部框架和抗震墻的抗震等級為三級，底層墻、柱和二層梁、板的混凝土強度等級為C30，二層以上混凝土強度等級為C25，四層及四層以下承重砌體采用KP1型空心磚MU10，混合砂漿M10；五層及其以上采用KP1型空心磚MU10，混合砂漿M7.5。衛生間填充墻為120厚非承重空心磚，其余填充墻為200厚加氣混凝土砌塊。

用PMCAD砌體結構輔助設計主菜單1、2、3建模，形成完整的幾何數據文件和荷載數據文件，按基底剪力法計算地震作用，對上部磚房進行抗震驗算，并豎向導荷計算，把上部磚房的恒、活荷載和自重按支撐幾何關系傳遞到底框部分，作為底框部分空間分析的外荷載，在滿足了抗震驗算以及上、下剛度比等各項指標后，程序分別給出文本計算書以及底框荷載。然后執行底框-抗震墻結構三維分析，底框計算的一切后處理，均與普通框架抗震墻結構一樣，如位移、內力、配筋、裂縫、施工圖等，其查閱方式、輸出打印方式等也與普通框架抗震墻結構一樣。

需要注意的是：

設計參數的選擇

結構體系為底框結構，按規范墻梁方法確定托梁上部荷載，則程序自動判斷托墻梁是否為墻梁，若是墻梁則自動按照規范要求計算梁上的荷載，若不是墻梁則按均布荷載方式加到梁上。底框結構剪力墻側移剛度應該考慮邊框柱的作用，則程序在計算側移剛度比時，與邊框柱相連的剪力墻將作為組合截面考慮。否則程序分別計算墻、柱側移剛度。一般而言，對混凝土抗震墻可選擇考慮邊框柱的作用，對磚抗震墻可選擇不考慮邊框柱的作用。

底層框架的計算高度

底層框架的計算高度的取值應根據工程的實際情況確定，本工程在標高－0.040做剛性地坪,板厚為150,配筋為雙層雙向��10@200, 混凝土強度等級C20。計算高度取底層層高。

避免次梁托抗震墻

本工程上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻對齊布置，當上部的砌體墻體與底部的框架梁或抗震墻對不齊時，改為梁上布砌體填充墻，即采用上部結構減少抗震墻數量的方案，在無法對齊處設置次梁支承非抗震隔墻以避免次梁托抗震墻。

層框架地震作用計算結果

本工程的剪力墻布置首先遵照《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）6度抗震墻間距最大橫墻間距為18m，按 “周邊，均勻，對稱，相交”的原則，并在每個單元樓梯間布置混凝土剪力墻，計算結果各角度下層間側向剛度比均滿足要求（X方向層間側向剛度比: 1.43 ；Y方向層間側向剛度比: 1.5）。設計時調整結構剛度比主要是削弱或增大下部框架和抗震墻的剛度，可以改變框架柱的大小和底部抗震墻的數量、厚度、長度、形式與位置；或者改變上部砌體結構中縱橫墻的數量、厚度及構造柱的大小、數量等。但是剛度比不能太弱，也不能太強，如果剛度比大于2.5，底部結構本身不利；如果剛度比小于1.0，底部太剛，薄弱層上移，薄弱層是延性差砌體層 ，對結構抗震不利。

3、抗震構造措施

3.1框架-抗震墻房屋的上部砌體結構
本工程底部框架一抗震墻房屋的上部砌體設置構造柱，過渡層構造柱與底部框架柱對應設置。構造柱截面不小于240X240，構造柱的縱向鋼筋不少于4￠16；相鄰構造柱間的墻體，沿墻高每隔300設置2￠6通長水平鋼筋和￠４分布短筋平面內點焊組成的拉結網片或￠4點焊鋼筋網片，并錨入構造柱內。二層窗臺標高處沿縱橫墻設水平通長鋼筋混凝土帶，高度60，寬度同墻厚，縱向鋼筋為2￠10，橫向分布筋￠6@200。二層砌體墻中，凡寬度不小于1200的門洞和2100的窗洞，洞口兩側宜增設截面不小于120X240的構造柱。

3.2框架-抗震墻房屋的托墻梁
托墻梁是底部框架一抗震墻房屋的底部與上部的轉換構件。本工程托墻梁的截面寬度不小于300mm、梁的截面高度不小于跨度的1/10，箍筋的直徑不小于8mm。梁高度設置不少于2��14@ 200的腰筋，托墻梁的主筋和腰筋按受拉鋼筋的要求錨人柱內，要求支座上部的縱向鋼筋在柱內的錨固長度應符合鋼筋混凝土框支梁的有關要求。
    3.3框架-抗震墻房屋的過渡層樓蓋

過渡層樓蓋起著底部地震剪力的傳遞、各抗側力構件間的分配、房屋傾覆力矩在底部的分配、各層砌體結構與底部框架一抗震墻結構的過渡等重要作用。本工程過渡層板厚取120mm，雙層雙向配筋。

3.4框架-抗震墻房屋抗震墻

抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋配筋率不小于0.30%。抗震墻周邊設置梁和邊框柱（或框架柱）組成邊框。

4、結語
底部框架-抗震墻結構是我國現階段經濟條件下特有的一種結構，從抗震上講它是一種不合理的結構形式，因此，嚴格按照《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）采取構造措施，是對該結構體系的基本抗震保證。

參考文獻

[1] GB50011-2001建筑抗震設計規范、北京：中國建筑工業出版社，2010。

[2] 朱丙寅、建筑抗震設計規范應用與理解、北京：中國建筑工業出版社，2012。

 (本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯   劉真 文徑 審核)