1震害及薄弱层剖析
底部框架～抗震墙砌体房屋结构的薄弱层一般均出现在底部钢筋混凝土结构部分或过渡层。汶川地震经验表明，过渡层先于其他层倒塌、破坏的实例较多、程度较重，这种现象不容忽视。众所周知，结构存在两种不同部位的薄弱层，故在结构设计中应控制其中相对薄弱的部分，避免出现特别薄弱的部位。底部框架一抗震墙和上部砌体均具有一定的承载能力，但后者的变形和耗能能力比较差。权衡二者受力特点，规范提出结构纵横两个方向，上部砌体计入构造柱影响的侧向刚度与底层侧向刚度的比值要求均不应小于1．0，目的是使结构上下侧向刚度趋于一致不发生较大突变并迫使变形下移至底部具有较好的变形能力和耗能能力的框架一抗震墙部分，从而改善抗震性能。汶川地震震害表明，上部砌体比多层砌体房屋抗震性能稍弱，是砌体结构部分的薄弱层，因此构造柱的设置要求更严格。在强烈地震作用下过渡层损坏严重，过渡层砌体的开裂将会破坏托墙梁的整体性，所以应慎重考虑托墙梁整体工作。
2侧向刚度比的合理确定
上部砌体的侧向刚度与底层侧向刚度K的比值应满足表1的要求。在确定上下层刚度比时应注意考虑以下因素。
2．1下部框架一剪力墙的侧向刚度
底部侧向刚度不能过大也不能太小'冈0度过大将吸收过多的地震作用，破坏严重同时会迫使薄弱层向上部砌体转移而出现脆性破坏；刚度过小则形成软弱层，地震时塑性变形过多集中在底部而发生较大破坏。底部框架一抗震墙砌体房屋自振周期一般在0．6—0．9左右，略大于场地土的特征周期，可以设计相对较小的侧向刚度，适当增大结构自振周期，使结构从整体上减小地震作用。同时不宜设计过柔的下部结构，下部侧向刚度过小导致结构在强烈地震下发生较大的塑性变形，同时为避免出现脆性剪切破坏，底部的地震剪力设计值应乘以增大系数，其值可取1．2～1．5，刚度越小，剪力增大系数越大。因此，上下层刚度比宜取接近下限值，底层宜尽量设置较多数量剪力墙，从而提供较大侧向刚度并且剪力增大系数不至于取太大。
2．2次梁转换的砌体墙段
对于有些工程在设计时出现次梁托上部砌体墙的情况，可能造成一些不利后果。图1为L一1上有砌体墙，两端支撑在KL一1上形成次梁转换的情况，次梁转换的受力如图2所示。重力荷载和地震作用下上部墙体传来轴力、弯矩及剪力。在弯矩作用下使支撑次梁的框架主梁产生附加集中力，由于程序未能很好的反映这部分作用，因此在设计中应尽量不采用次梁转换。如无法避免时，应采取以下措施：1)过渡层墙体另外采取加强措施(参《建筑抗震设计规范》7．5．2)，同时支撑框梁应加强；2)次梁一端尽量与框柱或剪力墙相连以便将上部传递下来的弯矩转移给框柱或剪力墙；3)次梁转换的墙体不宜太长从而降低其向下传递的弯矩。—图1次梁转换图图2转换梁传力图
2．3过渡层构造柱及门窗
洞边小墙段在计算上部砌体侧向刚度时应该考虑构造柱的影响，因此在模型输入时应输入构造柱的布置。如果未输入构造柱可能造成下部结构侧向刚度偏柔的结果，且上下层刚度比接近下限时，就容易使下部结构形成柔软层而不利于抗震。《建筑抗震设计规范》7．2．3条规定，刚度的计算应计及高宽比的影响，高宽比大于4时，等效侧向刚度可取0．0(注：墙段的高宽比指层高与墙长之比，对门窗洞边的小墙段指洞净高与洞侧墙宽之比)。为此，在模型输人时应将高宽比大于4的墙段删去以尽量接近实际受力情况。反之，则结构侧向刚度偏大有可能造成下部结构设计过刚而迫使薄弱层转移至过渡层，发生脆性破坏。
3托墙梁的设计
底部框架一抗震墙砌体房屋的钢筋混凝土托墙梁计算地震组合内力时，应采用合适的计算简图。若考虑上部墙体与托墙梁的组合作用，应计入地震时墙体开裂对组合作用的不利影响，可调整有关的弯矩系数、轴力系数等计算参数。托墙梁弯矩计算时，设计中可按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减，一般无洞口可取0．85，有洞口可取0．95，但四层以下应全部计入组合；托墙梁剪力计算时，由重力荷载产生的剪力不折减。
4底部框架一剪力墙的设计
剪力墙的布置应遵守对称、均匀、分散、周边的原则，且应使上部砌体的中线与抗震墙中线重合，具有良好的整体抗倾覆和抗扭转能力。底部抗震墙应承担地震作用下全部地震剪力设计值，且该地震剪力设计值应乘以增大系数。由于底框结构层数不高，底部抗震墙轴压比大都不大，一般不都超过0．3，因此剪力墙均按底部加强区的构造边缘构件设计，即根据《建筑抗震设计规范》7．1．9条确定抗震等级后按照《建筑抗震设计规范》表6．4．5-2进行边缘构件设计。由于全部承担地震剪力设计值，因此要根据计算结果对墙体配置足够的水平分布筋数量，以满足抗剪承载力要求。当建筑层数和平面尺寸确定之后，为满足底部抗剪承载力的要求，剪力墙的数量基本就能确定；然后再根据上下层刚度比的要求确定底层框架柱的数量和截面，柱截面宜小但应满足轴压比和截面配筋率的要求。布置柱时尚应考虑框架梁中心与上层墙体中线对齐的原则。
5过渡层的设计
过渡层设计的目的是使上部砌体具有良好的整体性，在地震作用下避免出现过渡层先于其他层倒塌、破坏的情况。为保证过渡层在地震作用下具有一定的整体性和传递水平地震力的刚度，规范要求过渡层底板为现浇混凝土板且厚度不应小于120mm，配筋双层双向，每个方向配筋率不小于0．25％。过渡层圈梁和构造柱的设置规范也给出了相应的规定。高度不宜小于240mm，构造柱截面不应小于240mm×240mm，截面配筋6，7度时不宜少于4+16。构造柱与墙体连接处的水平拉结筋，6，7度下部1／3楼层处应沿墙通长设置。总之，过渡层设计应严格遵循规范要求对其采取必不可少的构造加强措施，避免成为结构的软肋。
6基础设计及其他
底部框架一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。当结构采用板式楼梯时，楼梯踏步板宜采用双层双向配筋。
7结语
底部框架一抗震墙砌体房屋具有双重薄弱层。因此，设计应重视概念设计，严格遵循规范要求，使底部混凝土部分具有必要的抗震承载力和较好的延性，同时增强上部砌体的抗震构造措施，从而使结构整体上具有良好的抗震性能。
作者：阴毅 单位：山西省 第二建筑设计院
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