7.3 底部框架-抗震墙多层砌体房屋
7.3.1 基本规定
1 底部框架-抗震墙多层砌体房屋结构的竖向布置:
1)底部框架-抗震墙砌体房屋的底部,层高不应超过4.5m;当底层采用约束砌体抗震墙时,底层的层高不应超过4.2m;
2)底部框架-多层砌体房屋结构突出的矛盾是整个竖向结构采用两种材料和两种结构体系,并由此带来的竖向不规则问题。对竖向刚度分布,抗震规范作了明确规定。底部框架-抗震墙多层砌体房屋的纵横两个方向侧向刚度比值见表7.3.2。
表7.3.2 过渡层与底框的侧向刚度比值
2 底部框架-抗震墙砌体房屋的结构布置:
1)房屋的底部应沿纵横两个方向设置一定数量的抗震墙,并应使两个方向的抗震墙数量基本接近及均匀对称布置。避免结构扭转;
2)底部框架-抗震墙结构只有在6度区四层及四层以下的建筑允许采用约束普通砖或小砌块砌体的抗震墙;其余6、7度时应采用配筋小砌块砌体墙或钢筋混凝土抗震墙;8度时均应一律采用钢筋混凝土抗震墙。
3)当底部采用钢筋混凝土抗震墙时,会使底部的侧移刚度变得过大,其原因是某一方向的钢筋混凝土抗震墙数量过多、过长,这就要求控制抗震墙数量,把部分抗震墙改为填充墙;其次由于钢筋混凝土抗震墙比之上层的砖或砌块砌体抗震墙的弹性模量大得多,使底层侧移刚度过大,此时亦可将钢筋混凝土抗震墙在适当部位设缝或开设门洞口,工程完工后将洞口封闭,以降低底层的侧移刚度;
4)无论是底部框架为一层还是二层,规范都规定了上层砌体墙与底部钢筋混凝土抗震墙侧移刚度比都不应小于1.0。这就要求底部的钢筋混凝土抗震墙的侧移刚度也不宜过大,否则将会使地震作用效应过多地集中在底部,同样对结构刚度均匀分布也是不利的。
7.3.2 抗震计算要点
基于底部框架-抗震墙结构被限在多层范围内,而且以多层砌体材料为主,因此其抗震计算可采用底部剪力法,但考虑到底部框架-抗震墙结构的受力特点,应调整其地震作用效应。
1 调整底部框架-抗震墙砌体房屋的地震作用效应:
1)对底部的纵向和横向地震剪力设计值均应乘以1.2至1.5的增大系数,按第二层砌体计入构造柱影响的侧向刚度与底层侧向刚度的比例,相应增大底层的地震剪力,比例越大,增加越多,以减小底层的薄弱程度;
2)对底部两层框架-抗震墙砌体房屋,底层和第二层框架-抗震墙的纵向和横向地震剪力设计值,应均要求乘以1.2至1.5的增大系数,并按第三层砌体计入构造柱影响的侧向刚度与第二层侧向刚度比例相应增大底层和第二层的地震剪力,第三层与第二层侧向刚度比大者应取大值;
3)对底层或底部两层框架-抗震墙结构中的纵、横向地震剪力设计值,应全部由该方向的抗震墙承担,并按各道墙体的侧向刚度比例分配。此时,抗震墙作为第一道设防的防线,对于此类结构在地震时防止破坏倒塌极有帮助。
2 对底部框架梁柱的地震作用效应的确定:
底部框架虽为第二道设防防线,对框架柱的地震剪力和轴向力要进行调整:
1)框架柱承担的地震剪力设计值,按各抗侧力构件的有效侧向刚度比例分配;
2)有效侧向刚度的取值,框架不折减;混凝土墙和配筋混凝土小砌块砌体墙可乘以折减系数0.30;约束普通砖砌体墙和小砌块砌体抗震墙可乘以折减系数0.20;
3)对框架柱的轴力计算:应计入地震倾覆力矩引起的附加轴力。并将上部砌体房屋视为一刚体,底部各轴线间承受的地震倾覆力矩,则近似按底部抗震墙与框架的有效侧向转动刚度的比例分配;
4)当抗震墙之间楼盖长宽比大于2.5时,考虑到楼盖平面内变形的影响,此时尚应计入框架柱各轴线承担地震剪力和轴向力的影响。
3 底部框架-抗震墙房屋中,底部钢筋混凝土托墙梁计算时,应考虑到地震作用时的实际情况选取合适的简图,而不同于静力作用时墙梁的工作状态。
1)计入地震作用时墙体开裂对组合作用的不利影响,因此可调整有关的弯矩系数和轴力系数;
2)作为简化和偏于安全考虑,新规范对上部各层砌体墙不开洞和仅在跨中1/3范围内开一个洞口时,可采用更简化的荷载折减法计算,对托墙梁的弯矩计算:由重力荷载代表值产生的弯矩,四层以下全部计入组合,四层以上可以有所折减,最终取不小于四层的荷载计入组合;
3)对托墙梁的剪力计算,由重力荷载产生的剪力不折减。对于四层以上时弯矩的折减,因在底框结构中,6、7度时总层数仅为7层,除去底框部分为一、二层,实际托墙梁承托最多也仅为一托六层,即四层以上至多二层。
4 底框中嵌砌于框架之间的约束普通砖砌体和小砌块砌体抗震墙的计算:
1)在6度区四层以下的底框结构中,增加了约束普通砖砌体和小砌块砌体抗震墙的规定,允许采用约束砌体和小砌块抗震墙;
2)对于约束普通砖砌体墙,在普通砖砌体墙中,均要求增设构造柱和水平拉结钢筋或网片,将实际增强墙体的约束功能。故在底框中嵌砌于框架之间的墙体可以作为抗震墙考虑。
7.3.3 抗震构造措施
1 突出增强过渡层的抗震措施:
1)上部砌体墙与底部框架梁柱、抗震墙的中心线应重合,符合上下贯通的要求。即应使底部框架梁柱或抗震墙所对应的上部砌体抗震墙体,以及墙中的构造柱和芯柱,均应对应设置,连续贯通;
2)过渡层内的构造柱和芯柱的要求:构造柱的间距不大于层高;芯柱的间距不大于1.0m。构造柱的纵筋:6、7度时不少于4 16;8度时不少于4 18。芯柱的纵筋:6、7度时不少于每孔1 16,8度时不少于每孔1 18;
3)过渡层内的墙体配筋,在墙体相邻构造柱间均应设通长拉结钢筋,对砖砌体墙沿墙高每隔360mm设2 6通长水平钢筋和 4点焊组成的拉结网片,并两端锚入构造柱内;对小砌块砌体墙的芯柱之间,沿墙高每隔400mm设置通长的 4水平点焊钢筋网片;
4)在过渡层内的砌体墙中,开有宽度大于1.2m的门洞和2.1m的窗洞时,一律在洞口两边增设截面不小于120mm×120mm的构造柱或芯柱;
5)遇有过渡层的砌体承重墙未能与底部框架梁或抗震墙对齐时,可在底部框架内设置托墙转换梁(次梁)。对转换梁及过渡层的砌体墙均应作加强处理。
2 提高底部框架中钢筋混凝土抗震墙的配筋率:
1)底框结构中底部设置钢筋混凝土抗震墙的范围有所扩大,同时,对墙体内的竖向和横向分布钢筋的配筋率从0.25%提高到0.30%,双排双向布置;
2)对底部墙体的边缘构件宜参照《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010有关规定执行。
3 底层设置砌体抗震墙的构造要求:
底部框架结构中的底层,限定仅为6度四层以下建筑才允许采用砌体抗震墙,包括约束砖砌体墙或约束小砌块砌体墙。其各项加强构造措施如下:
1)约束砖砌体墙的墙厚至少为240mm,砌筑砂浆不低于M10,并应先砌墙后浇框架梁柱。同时要求沿框架柱高每300mm设置2 8水平钢筋拉结网片,通长设置;在墙体半高处另设水平系梁。在墙长大于4m时应增设构造柱,这就构成了砖约束砌体抗震墙;
2)对于约束小砌块砌体墙,构造要求是墙厚不小于190mm,砌筑砂浆不低于Mb10,先砌墙后浇框架梁柱。同时要求沿框架柱高每400mm设置2 8水平钢筋拉结网片,沿墙长通长设置;在墙体半高处另设水平系梁。在墙长大于4m时在墙内增设芯柱。洞口两侧亦均应设芯柱。
4 底框柱的加强构造措施:
1)从偏于安全方面考虑其取值,明确底框柱对轴压比的规定,参照《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第六章中对框架柱轴压比的要求;
2)柱的纵向最小配筋率偏于安全,参考《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第六章中的要求取值。底框结构抗震措施其取值相当于一、二、三级框架。底框柱的箍筋一般6、7度为 8,8度时为 10,并应全高加密箍筋,间距为100mm;
3)考虑到底框柱在上下端部破坏的普遍性和严重性,对柱的最上端和最下端组合的弯矩设计值均乘以增大系数,按框架抗震等级一、二、三级分别为1.5,1.25和1.15采用;
4)底框柱的最小截面,方柱截面不小于400mm×400mm,圆柱截面直径不小于450mm。
5 底部框架结构中过渡层的楼盖必须是现浇混凝土板,其厚度不得小于120mm。应不开洞或开小洞,洞边大于800mm时应设边梁。其他楼层可采用现浇或装配式楼盖,其抗震措施亦与多层砌体房屋相同。
6 底部框架结构中托墙梁的要求:
1)承托上部结构中的承重抗震墙的梁是过渡层中的重要组成部分,具有转换的功能,托墙梁在底框结构中一般为连续梁。从整体刚度上考虑要求梁高不小于1/10跨度,梁宽至少在300mm以上;
2)托墙梁由于其受力特点决定,梁的纵向受力钢筋要求按受拉钢筋锚固在框架柱内,特别是对支座上部的纵向钢筋在柱内的锚固长度应按框支梁的要求设置;
3)托墙梁的腰筋设置应适当加密,间距不大于200mm,不少于2 14;
4)托墙梁的箍筋应适当增强,对距梁端1.5倍梁高及不小于1/5梁净跨范围内的梁箍筋应加密,间距不超过100mm;
5)托墙梁如遇墙上设有洞口时,会使洞边剪力突变,因此亦应在洞口处和洞口两侧各500mm,且不小于梁高范围内加密箍筋,箍筋间距不应大于100mm。
7 底部框架-抗震墙砌体房屋中,对于上部各层为砖砌体或小砌块砌体墙结构时,其各项构造措施基本与对应的各类砌体结构相同。
1)对钢筋混凝土构造柱或芯柱的设置,与相对应的砌体类别相一致。其高度和层数的计算,应按包括底部框架在内的总层数和总高度计算;
2)构造柱和芯柱的纵筋及箍筋间距:构造柱纵筋不小于4 14,箍筋间距不大于200mm;芯柱纵筋不小于1 14,芯柱间沿墙高每隔400mm设 4焊接钢筋网片拉结。