底层框架抗震墙的抗震设计
底层框架抗震墙的抗震设计【1】
【摘要】随着当前社会发展中，人们对房屋建设和施工要求的不断提高。
在结构设计过程中底层框架结构逐步成为当前设计的重点，更是保证建筑工程在设计和应用中抗震性能和质量完整的关键。
底层框架结构在当前房屋抗震设计中是不可忽视的设计方法。
本文就当前底层框架抗震墙砖房的抗震设计进行分析与浅述。
【关键词】框架;砌体;抗震
随着近年来社会不断发展中，人们对房屋质量要求的不断增加，在房屋施工和设计的过程中，对其各个性能要求日益提高和增加。
地震作为近年来对房屋危害的主要形式，其在设计的过程中对房屋抗震性能要求不断的提高和增加。
未经抗震设防的底层框架抗震墙砖房，由于其在设计的过程中底层的纵横墙的数量与当前建筑施工设计中的不对称，造成其在设计过程中出现极大的转差，在强烈地震作用下，由于底层的抗侧力刚度和极限承载能力相对于来说较为薄弱，因此容易造成其各种不良现象的出现。
相对于第二层薄弱，结构将在底层率先屈服、进入弹塑 性状态，井将产生变形集中的现象。
底层的率先破坏将危及整个房屋的安全。
1.房屋的平、立面布置应规则、对称
随着当前社会不断发展过程中，人们对各种地震灾害的认识不断加深，通过对历次震害调查说明，其在设计过程中对各种提醒和结构要求的不断复杂化和设置的不完善以及不合理，造成当前房屋抗震性能的不够和设计的不够合理和完善。
对于底层框架抗震墙砖房，其在设计的过程中设计模式的不足使得出现了钢筋混凝土房屋抗震性能的不够，因此其在施工和设计的过程中对房屋的平、里面的对称和规格要求日益严格。
即房屋体型宜简单、对称，在结构设计和布置的过程中对称的设置方案能够有效的提高房屋的整体性，降低由于地震作用下出现的各种扭转局面。
2.房屋的高度要限制、高宽比要适当
在唐山大地震中，未经抗震设防的底层框架抗震墙砖房的破坏较为严重。
其主要原因是 底层没有设置为框架抗震体系。
在震害较为严重的底层框架砖房中，底层为半框架沿街一 跨为框架另一跨为砖墙承重体系，底层为内框架体系以及底层大部分为框架体系而山墙与楼梯间墙处不设框架梁柱等。
随着近年来人们对建筑施工质量和设计质量要求的日益增加，各种自然灾害抵抗能力在建筑工程施工中的要求日益增加和提高，通过对底层框架抗震墙砖房的模型试验和一系列分析研究，深入的探讨和了解建筑工程施工中的各种抗震性能和抗震方式，是当前建筑工程施工措施和施工管理方式的前提和关键因素。
增强过渡楼层和房屋整体抗震能力的抗震设计方法和构造措施。
对当前房屋在建设过程中其规则的制定有着深刻的影响，是对房屋较为规则且沿竖向较为均匀和满足增强过渡搂层及房 屋整体抗震能力要求的;其房屋总层数和总高度可适当放宽。
(1)房屋的总高度指室外地面到檐口高度，半地下室可从地下室内地面算起，全地下室 可从室外地面算起。
(2)上部砖房部分的层高，不宜超过3.6m。
上部砖房部分横墙的间距大4.2m的房间面积在一层内大于该层总面积的1/4时为横墙较少，对于上部砖房部分横墙较少者房屋总高度应降低3.0m，总层数应减少一层。
底层框架抗震墙砖房总高度与总宽度的最大比值，应符合表2.2-2的要求。
3.第二层与底层的侧移刚度比要控制
在地震作用下底层框架抗震墙砖房的弹性层间位移反应均匀和减少在强烈地震作用下的 弹塑性变形集中，能够能够提高房屋的整体抗震能力。
对底层框架抗震墙砖房的弹性和弹塑性位移以及层间极限剪力系数进行了分析，在分析研究的基础上提出了底层框架抗震砖房第二层与底层侧移刚度比的合理取值范围为1.2～1.8。
根据不同设防烈度的地震作用强弱和既安全又经济的抗震设防原则，底层框架抗震墙砖房第二层与底层的侧移刚度比值在6度时不应大于3.0，在7度时不应大于2.5，在8度时不应大于2.0，在9度时不应大于1.5;且均不应小于1.0。
4.抗震墙的最大间距限值
底层框架抗震墙砖房的抗震墙间距分为底层和上部砖房两部分，上部砖房备层的横墙间距要求应和多层砖房的要求一样;底层框架抗震墙部分，由于上面几层的地震作用要通过底层的楼盖传至底层抗震墙，楼盖产生的水平变形将比一般框架抗震墙房屋分层传递地震作用的楼盖水平变形要大。
因此，在相同变形限制条件下，底层框架抗震墙砖房底层抗震墙的间距要比框架--抗震墙的间距要小一些。
底层框架抗震墙砖房的底层框架抗震墙具有一定的承载能力和较好的变形、耗能能力，而上部砖房部分的，变形和耗能能力相对比较差。
为了避免底层过多强于上部砖房的抗震能力。
5.底层钢筋砼抗震墙的高宽比
在实际工程中，底层框架抗震墙砖房的底层钢筋砼墙的高宽比往往小于1.0， 通常把高宽比小于l的钢筋砼墙称为低矮墙。
高宽比小于1.0的低矮钢筋砼墙是以受剪为主，由剪力引起的斜裂缝控制其受力性能， 其破坏状态为剪切破坏。
结合底层框架抗震墙砖房中的底层钢筋砼墙为带边框的钢筋硷低矮墙的特点，文献2进行了带边框开竖缝钢筋砼低矮墙的试验和分折研究，试验结果表明：放入砂浆板和钢筋砼板的带竖缝钢筋砼墙的抗震性能明显优于整体钢筋砼低矮抗震墙，这 种开竖缝的抗震墙具有弹性刚度较大，后期刚度较稳定，达到最大荷载后，其承载力没有明显降低，其变形能力和耗能力有较大提高，达到了改善低矮墙抗震性能的目的。
6.底层框架抗震墙砖房的结构体系
底层框架抗震墙砖房的底层受力比较复杂，而底层的严重破坏将危及整个房屋的安全，加上地震倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力使得框架柱的变形能力有所降低等因素，对底层的抗震结构体系的要求应更高一些。
(1)底层框架抗震墙砖房的底层应设置为纵、横向的双框架体系，避免一个方向为框架、 另一个方向为连续梁的体系。
这主要是由于地震作用在水平上是两个方向的。
一个方向为连 续梁体系则不能发挥框架体系的作用，则该方向的抗震能力要降低比较多。
同时，也不应设 置为半框架体系或山墙和楼梯间轴线为构造柱圈梁约束砖抗震墙的状况。
这是由于底层的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配，半框架体系或山墙为构造柱、圈梁约束的砖抗震墙体系中，砖墙较框架的抗侧力刚度大得多，在地震作用下，砖墙先开裂和肢坏，加上砖墙的变形能力较框架要差得多，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。
(2)底层框架抗震墙砖房的底层应设置为框架抗震墙体系。
在6、7区底层为小型商店时， 其抗震墙可为框架填充墙;当底层的砖填充墙较少时应设置一定数量的钢筋砼抗震墙，在8、9度时，均应设置一定数量的钢筋砼抗震墙，使底层形成具有二道防线的框架抗震墙体系，有利于提高底层的抗震能力。
7.结束语
随着当前社会发展中，房屋抗震性能要求的不断提高，在底层框架抗震墙砖房的设计过程中综合当前社会技术措施进行综合分析与设计是提高和保证设计质量的关键，更是当前房屋质量设计的主要要求。
底层框架抗震墙砌体结构的合理设计【2】
摘要：本文笔者结合实际工作经验，对底层框架抗震墙砌体结构设计进行了分析探讨，提出了自己的见解。
关键词：底部框架;抗震墙砌体结构;设计
1 一般规定
1.1 底层框架-抗震墙砌体结构的破坏特性
底层框架-抗震墙砌体结构一般来说高度不是很高，风荷载的影响较小，主要是承受竖向荷载和水平地震作用。
其在地震作用下的破坏特征是：
(1)二层以上砌体结构房屋破坏的状况与一般多层砌体结构房屋基本相同;
(2)底层的破坏比上面各层都严重，主要是底层柱丧失承载力，或因变形集中引起位移过大而破坏。
底层柱在竖向荷载和水平地震剪力的联合作用下，沿斜截面发生破坏后，又加剧了受压破坏。
部分柱由于钢筋间距过大，特别是在柱的上下端箍筋没有加密的'情况下，破坏更加突出。
部分钢筋混凝土柱因纵向钢筋的配筋率太高(超过6%)，使柱丧失韧性，发生脆性破坏;
(3)由于底层框架-抗震墙砌体结构上部砌体的重量较大，底部重量相对较轻，在“头重脚轻”的情况下再加上平面布置不对称的情况下发生扭转破坏。
针对以上情况，规范规定对此类结构的底层不应采用纯框架结构，一定要在两个方向设置抗震墙，成为框架抗震墙结构。
至于抗震墙的材料，在6、7度抗震设防时新规范虽然允许采用砖墙，但应计入砖对框架的附加轴力和附加剪力(老的抗震规范无此要求)。
其余情况均应采用钢筋混凝土抗震墙。
1.2 底层框架-抗震墙砌体结构的总高度和层数的限制
一般6度抗震设防情况下，新的抗震规范(GB50011-2010)规定：底层框架结构的总高度限制在22米。
但这个高度是指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度，不包括女儿墙的高度;对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处。
层数一般限制在7层，即底层为一层框架抗震墙，上部砖砌体最多为6层。
在7度抗震设防情况下，规范对基本地震加速度为0.10g和0.15g的情况分别作了限制，限制高度分别为22米和19米，限制层数分别为7层和6层(指普通砖和多孔砖砌体)。
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。
一般情况下，底框结构的楼、屋盖采用现浇至少也应保证整体式装配。
此时，抗震横墙的最大间距在6度时为18米，7度时为15米。
1.4 底层框架-抗震墙的抗震等级
底部混凝土框架的抗震等级，6、7、8度应分别按三、二、一级采用。
混凝土墙体的抗震等级，6、7、8度应分别按三、三、二级采用。
2 计算要点
2.1 层刚比的控制
控制侧移刚度比的规定是根据底层为大空间的钢筋混凝土结构的弹塑性地震反应实验和研究分析结果提出的。
底层越弱，塑性变形集中的现象越严重，其程度基本上与上下侧移刚度比成正比。
而结构破坏的程度层面变形成正比。
因此，要减少地震时底层的破坏程度，就要对上下部的侧移刚度比进行控制。
即对γ=K2/K1进行控制。
新的抗震规范则对一层底框架和两层底框均加以控制，一层时γ应在1-2.5之间，两层时γ应在1-2之间。
这一点作为设计人员应予以重视。
要达到上述要求，采用钢筋混凝土抗震墙比采用砖抗震墙容易得到满足。
因为混凝土的弹性模量大约10倍于砖砌体的弹性模量。
2.2 地震作用的计算
底层框架-抗震墙砌体结构的地震作用计算方法一般为底部剪力法，其中地震影响系数一律取αmax。
在计算时，底框结构的总水平地震剪力标准值的计算公式为：Fek=αmaxGeq。
其中Geq为结构的等效总重力荷载代表值，但应注意其取值为各层等重力荷载代表值之和的85%。
总水平地震作用沿高度的分布为：Fi=(GiHi/∑GiHi)Fek。
2.3 底层的设计地震剪力
各层的地震剪力设计值的计算公式为：Vi=γEH∑Fi。
其中γEH为水平地震作用的分项系数，一般取为1.3。
此处应注意的是，用上式求出的底层地震剪力设计值还应乘以一个增大系数。
这是因为底部剪力法仅适用于刚度沿高度方向均匀变化的多层结构，而底层框架-抗震墙砌体结构是具有薄弱底层的多层结构，故借用底部剪力法时应做适当的修正。
抗震规范按前文提到的上下侧移刚度比γ的大小，按η=1+0.17γ来计算增大系数，其值在1.2―1.5之间。
2.4 底层抗震墙承担的水平地震剪力
在底层，抗震墙的侧移刚度比框架的侧移刚度大几十倍甚至上百倍。
这样，按刚度分配，框架所承担的水平地震剪力还达不到总水平地震剪力的5%，为简化计算，可略去不计。
因此，抗震规范规定，增大后的纵横向的地震剪力，全部按该方向的抗震墙承担，并按该方向的各片抗震墙的刚度的比例来进行分配。
2.5 底层框架承担的水平地震剪力
既然底层的水平地震剪力都是由抗震墙承担，那为什么还要考虑框架承担的水平地震剪力呢?这主要是从安全的角度出发，考虑到抗震墙刚度降低而引起的框架承担的剪力的增大。
此时，框架承担的水平地震剪力按抗侧力结构的有效侧移刚度的比例分配。
所谓有效侧移刚度指的是地震作用下结构处于某个变形阶段时各构件的实际刚度。
当结构遭遇7度或以上地震时，目前一般方法设计的结构将进入弹塑性变形状态，即墙体有一定裂缝而使其刚度急剧下降，从而对地震剪力在框架和抗震墙间的分配产生显著影响。
根据一些实验结果，可以认为：当层间位移角接近1/500时，框架的刚度不变，钢筋混凝土抗震墙的刚度降至30%，砖抗震墙刚度约降至20%。
此后，位移加大，框架的刚度也下降，但墙的刚度也继续下降，三者之间的比例关系基本不变。
这样，底层一榀纵向或横向框架所承担的水平剪力计算公式为：Vf=KfV/(∑Kf+0.3∑Kcw+0.2∑Kbw)。
其中Kf为一榀框架的侧移刚度，Kcw为一榀钢筋混凝土抗震墙的侧移刚度，Kbw为一榀砖抗震墙的侧移刚度。
3 底层框架-抗震墙结构的构造措施
3.1 防止扭转破坏
底层框架-抗震墙结构对扭转破坏特别敏感，为减少其底框层遭受扭转破坏的危险性，应避免质量和刚度在平面内的不对称布置。
3.2 构造柱
底层框架-抗震墙结构的上部砖房应根据包括底层在内的总层数按多层砌体房屋的要求设置钢筋混凝土构造柱。
3.3 楼盖
为了保证地震剪力在框架与抗震墙之间得以分配及传递，要求楼盖应该有较大的水平刚度。
故一般情况下，底层框架-抗震墙结构的楼、屋盖最好采用现浇，否则至少也应保证整体式装配。
3.4 底层框架柱
底层框架柱截面宜采用正方形，其尺寸不宜小于400mm。
当底层框架柱同时作为边框柱时，柱的截面高度不宜小于墙板厚度的2倍。
柱的纵向总配筋率应加以限制，柱中纵向钢筋总配筋率超过6%时，易导致混凝土脆性破坏。
为了防止这种脆性破坏，应注意箍筋的配置要符合相应的抗震等级的规定。
此外，要尽量避免底层短柱的形成，底层柱网应与上部砖房纵横墙的布置协调。
3.5 底层抗震墙
底层钢筋混凝土抗震墙应符合相应抗震等级的规定;底层如采用砖抗震墙，要注意墙厚最小为240mm，最好370mm。
砂浆等级最好M10。
验算抗剪承载力不足时可以在砖墙水平缝中加钢筋。
框架节点的凹角处宜各配置2φ16的斜筋。
底层抗震墙宜布置在房屋四角和上层有砖墙的部位，尽量避免开洞。
如必须开洞，尽量开小洞，洞口尽量设置在墙体的中段。
3.6 过渡层
新的抗震规范增加了过渡层的概念。
过渡层即与底部框架-抗震墙相邻的上一层砌体楼层，其在地震时破坏较重，因此，新规范对过渡层的要求进行了集中叙述并予以特别加强。
4 结束语
综上所述，新的抗震规范对这种“上刚下柔”的结构进行了严格的抗震计算及构造要求，已尽可能的减少地震作用下的破坏。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中国建筑工业出版社.
[2]《砌体结构设计规范》GB50003-2011中国建筑工业出版社.
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