底部框架―抗震墙砌体结构的设计分析

概 要：底部框架-抗震墙砌体结构具有“底柔上刚”、“头重脚轻”结构特征，是一种抗震不合理的结构体系。本文分析了底部框架-抗震墙砌体房屋常见震害特征，并根据现行规范，讨论了该结构体系在实际工程设计过程中应该注意的主要设计要点。

关键词：底部框架-抗震墙砌体 震害特征 设计要点

中图分类号：TU74 文献标识码： A

引言：

底部框架-抗震墙砌体结构是一种上部为砌体结构，底部为框架-抗震墙结构的混合结构。从历次的震害经验看，由于上部砌体抗侧移刚度大且自重大，底部框架-抗震墙刚度较小，底部框架-抗震墙砌体结构是一种极易受到地震损害的结构。但由于该结构体系房屋底部可以为商铺提供大空间，上部可以用于住宅，倍受开发商的青睐，在中小城市商业街普遍应用。新规范根据多年的科研研究成果和震害经验总结，对该结构体系制定了更为严格的设计要求，设计人员只要领会规范精神，严格按照规范要求认真设计，该类结构体系还是可以具有一定的抗震性能。

一、震害分析

从多年实验研究和震害经验总结，底部框架-抗震墙砌体结构常见的震害特征分为以下几种：

第一类为底部框架柱的破坏。底部框架-抗震墙砌体结构中抗震墙在地震作用下作为第一道防线，而框架柱作为第二道防线，共同承担起地震产生的底部剪力和倾覆力矩。若抗震墙布置过少，抗震墙在地震作用下会出现严重开裂，抗震墙刚度迅速退化，第一道防线将失去作用，底部水平剪力和倾覆力矩会重新分配，框架柱的剪力和倾覆力矩将会迅速增大，由弹性阶段过渡到弹塑性阶段，框架柱的混凝土达到极限应变而破坏。若抗震墙足够多，但布置不合理，会导致底部框架柱在地震作用下受力不合理，出现严重的破坏，丧失构件的承载力。

第二类为底部抗震墙的破坏。底部抗震墙的高厚比常常小于1，属于低矮抗震墙，地震作用时以受剪为主，剪力引起的斜裂缝直接影响其受力性能，破坏形态为剪切破坏，属于脆性破坏[4]。当底部抗震墙较少或布置不合理，导致整体抗震墙承载力不够或局部抗震墙承载力不足，将会沿墙体出现45°的斜裂缝，若边缘构件未布置或布置不合理，会加重斜裂缝的开展，引起整片墙体失去承载力。

第三种为上部砌体整体破坏。当底部框架部分的抗震墙总的抗侧刚度大于其相邻上部砌体部分刚度时，将会导致此结构的薄弱楼层向上转移，通常会转移到过渡层，引起过渡层墙体破坏。若上部砌体结构的圈梁和构造柱布置不合理，减弱砌体的整体性和变形能力，降低房屋的抗震能力，导致上部砌体墙体开裂后突然倒塌。

二、设计要点

1.层高控制

底部框架-抗震墙砌体房屋底部楼层由于使用功能的要求，常需要适当加大层高，但过高将会减低砌体结构的整体性，规范对此结构的高度有严格限制。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第7.1.3条“底部框架-抗震墙房屋的底部，层高不应超过4.5m；当底部采用约束砌体抗震墙时，底部的层高不应超过4.2m。”同时《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）第10.1.4条也作了同样的规定。

2.抗震墙布置

底部框架-抗震墙砌体房屋底部抗震墙作为抗震设防第一道防线，对抗震墙的合理布置至关重要。抗震墙布置应遵循周边、分散、均匀、对称，避免延性差的短肢剪力墙，并且抗震墙应与上部承重砌体墙对齐。同时，根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第7.1.8条2款知，不同的设防烈度，抗震墙的材料也有相应的强制性规定。

结构设计时应采用带边框的钢筋混凝土抗震墙，即在抗震墙周边设置由边框梁（或暗梁）和边框柱（或框架柱），以增加对墙体的约束作用，提高砌体的极限承载力，确保在即使抗震墙破坏后，周边的梁和柱仍能承受竖向荷载[4]。

3.侧向刚度比控制

底部框架-抗震墙结构的底层或底部两层的侧向刚度与相邻上层的比值应在合理的范围之内，即不能太弱也不能太强。太弱则对底部结构本身不利；过强则可能导致底部吸收过大的地震作用，同时会造成结构薄弱层部位的上移，薄弱层由下部延性较好的钢筋混凝土结构转移到上部延性差的砌体结构，不利于结构的抗震。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第7.1.8条中，第3款“底部框架-抗震墙砌体房屋的纵横两个方向，第二层计入构造柱影响的侧向刚度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。第4款”底部两层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向，底部与底部第二层侧向刚度应接近，第三层计入构造柱影响的侧向刚度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，且均不应大于1.0。”

托墙梁是底部框架-抗震墙结构的转换构件，在结构抗震过程中起到关键作用。新规范对托墙梁的设计作了强制性规定，以强调钢筋混凝土托墙梁在底部框架-抗震墙砌体房屋中的极端重要性。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）、《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）和《底部框架-抗震墙砌体房屋抗震设计规程》（JGJ 248-2012），这三本规范对托墙梁的要求不尽相同，例如《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第7.5.8条第2款规定箍筋的直径不应小于8mm，而《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）第10.4.9条第3款规定托梁箍筋的直径不应小于10mm。《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）第10.4.9条规定了当墙体在梁端附近有洞口时，梁截面高度不宜小于1/8，并规定了托梁的最小配筋率和贯通筋的要求，而《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）并没有此方面的规定。所以在托墙梁的设计过程中，需要仔细研读以上三本规范的规定，才能保障托墙梁的设计安全合理。

《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第7.1.8条第1款规定“上部的砌体墙体与底部的框架梁或抗震墙，除楼梯间附近的个别墙段外均应对齐。”该条为强制性条文，但当边框梁或边框墙与上部砌体墙体无法完全对齐，在实际设计过程中，可以通过以下措施解决：首先控制不对齐墙的数量不超过1/3且不能连续超过两道；其次加强边框梁的扭筋和箍筋，提高抗扭变形能力。

4.过渡层构造措施

过渡层指与底部-抗震墙相邻的上一砌体楼层，可以将上部砌体结构产生的地震剪力、倾覆力矩和竖向荷载重新分配传递到下部框架柱和抗震墙。过渡层处于侧向刚度的变化较剧烈的区域，其在地震时破坏严重，故规范对此层采取专门措施予以加强。例如“过渡层的底部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。”该条目的是为了确保楼板的整体性，保障传递水平剪力的有效性。

5.基础要求

底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震墙在地震力作用下，吸收大部分倾覆力矩，导致抗震墙的基础需要承受很多的倾覆力矩，所以整体性好的基础可以提高抗震墙的抗震能力。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第7.1.8条第5款规定：“底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震墙应设置条形基础、筏形基础等整体性好的基础。”

结束语：

底部框架-抗震墙砌体房屋是由两种抗震性能不同的材料混合承重的房屋，属于复杂结构体系，该种结构体系在地震作用下的分析方法，不能仅仅采用底部剪力法，还应该采用阵型分解反应谱法或时程分析法复核构件的抗震承载力。新规范虽对该体系采取了必要的加强措施，但其抗震性能仍然低于多层砌体房屋。实际工程中应尽量避免采用这种不合理的结构体系，从根本上确保“大震不倒”性能目标的实现。

参考文献：

[1] 中国人民共和国国家标准. GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 中国人民共和国国家标准. GB 50003-2011 砌体结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011

[3] 中国人民共和国国家标准. JGJ 248-2012 底部框架-抗震墙砌体房屋抗震设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[4] 朱丙寅. 建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011