底框結構設計若干問題的探討

劉敏

【摘要】底部框架抗震墻砌體建筑是由底部托墻梁框架抗震墻和上部砌體結構所組成的一種結構形式，主要用于下部為大空間商業上部為住宅的建筑，此種結構形式抗震性能不好，故設計這種結構時應嚴格按規范執行。本文闡述了底框結構的構件布置及計算方法，對底部框架結構設計的若干問題進行了探討分析，并提出了底部框架結構設計問題的防治對策，以供借鑒參考。

【關鍵詞】底框結構；構件布置；計算方法；問題；對策

一、底框結構的構件布置及計算方法

1.1結構布置

（1） 平面布置宜對稱，盡量避免L形等凸凹墻體。使底層縱橫向剛心盡可能與整棟建筑的質心重合。

（2）7度設防時，允許7層且高度小于21m，對教學樓等橫墻少的6層19m，對磚抗震墻為5層16m。

（3） 上面磚墻應按軸線上下對齊或基本對齊。每單元砌體抗震墻最多有二道不落在框架主梁，或砼抗震墻上，而是由次梁支托上部抗震墻。托墻的次梁應按3.4.3條考慮地震作用的計算和內力調整。次梁的重力和彎附加的地震作用效應。同時不對齊的墻不能連續超過兩道。有些地方規定墻總長度是75%～80%要對齊等等。落在托梁或抗震墻上，縱橫墻應豎向連續。

（4）底層應布置縱、橫向盡量連成一體的抗震墻，橫墻間距應小于18m?？拐饓Σ贾迷瓌t：均勻、分散、對稱、周邊。

（5）二層樓蓋應現澆且不小于120mm厚，當150mm厚時，應配雙層筋，以承擔部分水平剪力。

（6）梁高跨比應在1/4-1/8之間，梁寬應300mm以上，柱宜采用方形截面對稱配筋。

1.2底框結構的計算方法

（1） 滿載法：把梁作為單獨的受彎構件，上部墻等全荷均作用梁上（結果偏大）。

（2）三板兩墻法：即只算三層樓板兩層墻體的重量，其余層不算（柱和基礎算）雖未出過問題，但缺乏科學依據。

（3）彈性地基梁法：把墻體視為半無限彈性體，將托梁視為倒過來的彈性地基梁，按三角形豎向荷載計算托梁。

（4）墻梁組合規范算法：考慮墻梁大拱效應規范算法，按墻梁組合計算，雖經濟合理，但條件太多：第一、梁寬不小于300mm，凈跨不小于梁高的4倍，梁高在1/6-1/8跨度；第二、梁底筋應通長，伸入支座不小于錨固長度，接頭焊接；第三、托梁通長腰筋2φ14，間距不大于200mm。托梁支承長不小于350mm，上部建筑應符合剛性方案要求；第四、墻總高小于18m，靠支座1/3跨內開洞時，支座處應設上下貫通的構造柱落地等，詳見GB50003-2011砌體結構設計規范。

二.底部框架結構設計的若干問題

2.1建筑布置不合理的問題

《抗規》第3.4.2條明確規定"建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減少，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變"。但在實際工作中，建筑布置的合理性往往被忽視。目前的一些建筑設計，由于仍沿襲不設防時的設計思路，將抗震基本要求擱置一邊，為片面追求建筑效果，將底層框架建筑平面上多處凹進凸出，導致各部分質量極不均勻，建筑物外縱墻多處被人為割斷，嚴重影響抗震剛度。此外，在立面上又設置了許多不利于抗震的裝飾物，如某底框住宅女兒墻竟高達3m以上。，如果上述問題解決得不好，抗震設防問題就會越積越多，一旦發生大地震，代價將會十分慘重。

2.2抗震設防不當的問題

商住多層建筑近年來在中、小城市中很常見，即將一層作商場，然后在其上建造住宅。此種結構形式實際計算屬下柔上剛，對抗震極為不利，如果不加抗震墻，做成底層純框架而上部磚混的結構，在地震區將存在一些問題。除底層不設抗震墻外，此類建筑還有超高和超層問題。例如某底框結構建筑設層高3.2m的地下室1層（南面開敞，在地面以上，北面埋入土內），一層商業部分層高為3.9m，其上為4層2.8m高的住宅，因此總高度達18.3m，因地下室一側露出地面，地下室應按地上計算，故總層數為6層，超過《建筑抗震設計規范（GB50011-2010）》（以下簡稱《抗規》）中此類建筑在8度（0.2g）地區總高度≤16m和總層數≤5層的規定，存在安全隱患。

2.3人為因素的問題

抗震設防設計的人為一定要重視，應當嚴格遵守《抗規》的相關要求進行設計。

（1） 仔細理解規范的要求，搞清楚底框結構在地震時的破壞情況。上面幾層砌體結構，由于開間小、橫墻多，不僅重量大，側移剛度也大，而底層框架側移剛度比上層小得多。剛度的急劇變化使得在結構剛柔交接處，應力高度集中，在柱端產生塑性鉸，并使建筑的變形集中發生在相對薄弱的底層。這種比較薄弱的底層或中間層，可稱之為"軟層"，對于這種"軟層"在抗震設計中應引起足夠重視。

（2）設計人有時未作詳細計算，僅憑習慣上的概念，錯誤地認為底層框架的側向剛度一定比磚房好，縱向框架側向剛度一定比橫向好，而實際上并非如此。

三、底部框架結構設計問題的防治對策

對于底層框架抗震墻的磚房，為了使這類建筑的抗震設計滿足"小震不壞"，"中震可修"和"大震不倒"的抗震設防目標，筆者認為需要采取以下防治措施：

（1） 底層框架磚房的底層，不應采用純框架結構。結構設計人員要及早介入建筑方案與初步設計，并和建筑工種與建設單位反復協商，在不影響或少影響功能的前提下，使縱橫外墻、室內分隔墻等盡量對稱，并均勻地在縱橫兩個方向設置一定數量的抗震墻，使上層與底層的縱橫向側移剛度比，能夠滿足規范要求。根據《砌體結構設計規范（GB50003-2011）》條文說明，底層設置一定數量抗震墻的框支墻梁建筑模型振動臺試驗表明，其抗震性能不僅不比同樣層數的多層建筑低，甚至還要好些。所以，在底框結構中合理設置一些抗震墻是非常重要的。

（2）底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結構，對于具有薄弱底層的底層框架磚房，應考慮塑性變形集中的影響。另外，經分析知道提高軟層的屈服強度可以減少軟層塑性變形的集中。因此，底部剪力法對底層地震剪力要乘以一個1.2～l.5的增大系數。

（3）底層框架磚房的剪力分配不能按照框架抗震墻的方法進行，因為底層框架磚房只有底層是框架抗震墻，且底層還有塑性變形，所以要采取雙保險的辦法。對抗震墻要使其承擔全部剪力，對框架要按剛度比分配，不過要注意，在剛度計算時框架是按彈性計算的，而抗震墻開裂后剛度會退化。據有關試驗數據得知，其剛度將下降到彈性剛度的20～30%。

（4）在底層框架磚房的上層，構造上仍應設置構造柱，并應每層設置圈梁，底層的頂板應為現澆樓蓋。軟層中的柱，特別是結構剛柔相接的地方，要避免出現塑性鉸。

（5）底房框架柱應考慮地震的傾復力矩引起的附加軸力。

四、結束語

底部框架抗震墻砌體建筑是我國砌體結構建筑的一種特殊形式，這種由上下不同材料組成的混合結構，其抗震性能存在明顯不利因素，故底框結構設計時應嚴格按規范執行，底框結構設計中應對一些常見的問題加以重視，確保此種結構在地震時有一定的安全保障。

參考文獻：

[1]混凝土結構設計規范GB50010-2010.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]建筑抗震設計規范GB50011-2010.北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]砌體結構設計規范GB50003-2011.北京：中國建筑工業出版社，2011

[4]貢介全；劉瑱，底框結構設計應注意的若干問題[J]，建筑科技與管理，2009（3）