底框結(jié)構(gòu)抗震墻布置

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　　1．剪力墻布置原則

　　底框架結(jié)構(gòu)中的剪力墻既是承擔(dān)豎向荷載的主要構(gòu)件，更是承擔(dān)水平力的主要構(gòu)件，在地震中起第一道 防線作用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮底部剪力墻承擔(dān)100%的水平地震作用，而框架只承擔(dān)小部分的地震力作為安全儲(chǔ)備。震害觀測(cè)表明，底框磚房在地震時(shí)底層將發(fā)生變形集中，會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的側(cè)移而嚴(yán)重破壞甚至倒塌。有鑒于此，新規(guī)范在近十幾年各地試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)底框架結(jié)構(gòu)剪力墻的布置做出了更科學(xué)的調(diào)整。

　　首先抗震墻間距要滿足最大橫墻間距限制，6、7、8度設(shè)防區(qū)最大橫墻間距分別為21m、18m、和1 5m。

　　其次，剪力墻應(yīng)沿2個(gè)主軸方向都有布置，使之形成直角以更好地發(fā)揮抗震作用。

　　另外要克服矯枉過(guò)正的偏見(jiàn)，有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為既然底框結(jié)構(gòu)底層薄弱就多布置一點(diǎn)剪力墻越強(qiáng)越好，實(shí)際上是走向另一個(gè)極端。剪力墻的設(shè)置應(yīng)與上部砌體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，抗震設(shè)計(jì)的原則是沿樓層間側(cè)移剛度應(yīng)均勻變化 ，而不允許各層間發(fā)生突變。

　　2．剪力墻使用材料

　　規(guī)范中規(guī)定6、7度且總層數(shù)不超過(guò)5層的底框房屋，應(yīng)允許采用嵌砌于框架之間的砌體抗震墻砌體抗震墻適用于總層數(shù)少、柱距較小、平面規(guī)整的建筑，它造價(jià)低，施工方便。但無(wú)率是在使用上或抗震上，還是采用混凝土墻好。計(jì)算其在相同高度和截面尺寸下的剛底之比，先假設(shè)它們同為整體墻（開(kāi)小洞口），由整體墻截面的等效抗彎剛底公式：

　　EIeq=EIw/1+9ulw/Awh）

　　式中，E為剪力墻彈性模量；I為考慮洞口影響后的水平截面慣性矩；U為截面上剪 應(yīng)力不均勻系數(shù)，矩形截面取1.2；Aw為考慮洞口影響后的水平截面折算面積；H為剪力墻計(jì)算。

　　因IwAwH僅與墻的幾何尺寸相關(guān)，由假設(shè)可知混凝土剪力墻與磚剪力墻的上述參數(shù)相等過(guò)樣它們的剛度比就成為材料彈性模量之比。由《混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）表4.1.5可得，C30混凝土的彈性模量Ec=3×10Mpa.由《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003-2002）表3.2.1-1得Mu10磚、M10砂漿砌體的抗辰強(qiáng)度f(wàn)=1.89Mpa.所以同一位置相同幾何條件的混凝土剪力墻與磚剪力墻的剛度之比i=EC/Em=3×10/3024=9.92.

　　經(jīng)驗(yàn)算這一結(jié)果對(duì)于幾何條件相同的小開(kāi)口墻和連肢墻同樣適用。因此相同條件下C30混凝土墻剛度相當(dāng)于Mu10磚、M10砂漿磚墻的9.92倍，由此可見(jiàn)采用混凝土墻可大減少底層剪力墻的數(shù)量，經(jīng)筆者總結(jié)多個(gè)底框工程實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)既符合抗震，又較經(jīng)濟(jì)合理的混凝土剪力墻截面積大約占上層磚混結(jié)構(gòu)同方向墻截面積的5%~10%，而要達(dá)到同樣要求所需的磚砌體剪力墻則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)比例，所以采用混凝土墻可使底層開(kāi)間布置更加靈活，可利用空間更大。由于用量少，總造價(jià)也僅比磚砌體剪力體系，使結(jié)構(gòu)遇地震時(shí)延性增大，避免了出現(xiàn)脆性破壞的概率。現(xiàn)在新規(guī)范已經(jīng)縮小了6、7度時(shí)采用磚剪 力墻范圍，并對(duì)底層磚剪力墻的構(gòu)造做出了專門規(guī)定，因此應(yīng)盡量選用混凝土剪力墻。

　　3．剪力墻布置方式

　　框剪結(jié)構(gòu)剪力墻布置有8字方針，即“周邊，均勻，對(duì)稱，相交”。底框結(jié)構(gòu)中山墻一般要布置剪力墻，因?yàn)橹辉诿總€(gè)住宅單元樓梯間兩側(cè)布置混凝土毅力墻的底框結(jié)構(gòu)是不宜采用的。

　　相關(guān)試驗(yàn)表明，加大底層空曠房屋兩端平面剛度，對(duì)底層框架端部豎向位移進(jìn)行控制，可有效增加底層杠架的安全儲(chǔ)備，但盡管如此布置也并不全周邊，中間還需要很多剪力墻。因此底框結(jié)構(gòu)8字方針可概括為“豎直，均勻，對(duì)稱，相交”，所謂豎直就是在布置底層剪力墻時(shí)應(yīng)盡量對(duì)應(yīng)上部上下豎直、中間不間斷的墻體，否則即使底層布置的剪力墻剛度再大，若豎向無(wú)對(duì)應(yīng)的上部墻體，不僅傳力途徑不直接，且上下層剛心相距較遠(yuǎn)，地震時(shí)上部墻體與底層剪力墻間會(huì)形成很大扭矩，極易破壞。

　　另外，布置底層剪力墻時(shí)要避開(kāi)上部墻體洞口，若具體執(zhí)行時(shí)實(shí)在難以避開(kāi)，（例如樓梯間入戶門等），那么應(yīng)采取在上部洞口兩側(cè)增加構(gòu)造柱等加強(qiáng)措施，以更好地傳遞地震力。對(duì)個(gè)別剪力墻未能與上層磚墻對(duì)應(yīng)者，應(yīng)設(shè)法加大底層與二層轉(zhuǎn)換層之間樓板的平面內(nèi)剛度例如樓板加厚，配筋率增加，雙向雙層配筋等。所謂相交主要是指剪力墻應(yīng)盡量布置成L形和T形，以使它們相互支撐，增大每片單肢墻的平面外剛度，增強(qiáng)抗扭性。

　　具體設(shè)計(jì)時(shí)剪力墻的長(zhǎng)度、開(kāi)洞等均需通過(guò)計(jì)算確定。剪力墻的計(jì)算長(zhǎng)度確定后、應(yīng)將實(shí)墻面布置在兩端中間用洞口分隔，避免采用一端有剪力墻而另一端為獨(dú)立柱的方式?？傊炷良袅唧w布置時(shí)宜開(kāi)設(shè)洞口形成若干墻段，并保證各墻段高寬比不小于2.

　　4．剪力墻施工順序

　　底框架結(jié)構(gòu)中底層墻體并不全是剪力墻，也有一部分是用于分割空間的填充墻。一般當(dāng)為混凝土剪力墻時(shí)，其區(qū)分非常明確，混凝土剪力墻以外的磚墻均為填充墻體，施工時(shí)混凝土剪力墻與框架柱同時(shí)澆筑，而填充墻應(yīng)待混凝土與框架柱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，甚至主體完工后再施工；但當(dāng)?shù)讓蛹袅Σ捎们镀鲇诟芗苤g的磚墻時(shí)區(qū)分就不明確了，需設(shè)計(jì)人員出圖說(shuō)明。剪力墻和填充墻施工順序不一致，砌體剪力墻必須與其周邊混凝土框架形成整體，才能充分發(fā)揮其抗側(cè)力作用。為保證與周邊混凝土框架緊密結(jié)合，應(yīng)先砌墻后澆框架柱，砌墻時(shí)要預(yù)留馬牙槎，預(yù)埋錨拉筋，且框架梁直接坐于墻頂，不需再支底模；而填充墻的施工時(shí)間則要晚得多，一般是在主體完工時(shí)后砌，墻頂預(yù)留二三皮磚，待沉實(shí)后再斜磚及砂漿填充。

　　5．剪力墻、如何正確計(jì)算

　　底框結(jié)構(gòu)上下層側(cè)向剛度比是有方向性的，一般只計(jì)算主軸方向的側(cè)向剛度比。對(duì)矯形布置的規(guī)則結(jié)構(gòu)，其主軸方向即為互相垂直的X和Y向，現(xiàn)在常用的底框計(jì)算軟件中國(guó)建筑科學(xué)研究開(kāi)發(fā)PKPM程序底框計(jì)算也只給出X向和Y向側(cè)向剛度比，這就給兩主軸不下交或L形、T形建筑的側(cè)向剛度比難處帶來(lái)一定的橫墻來(lái)計(jì)算剛度比，這樣從電腦的計(jì)算結(jié)果看K0和K90（0°和90°方向的剛度比）滿足要求了，實(shí)際上局部單肢的K0°和K90°遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足上述問(wèn)題表面上是程序本身的問(wèn)題但實(shí)質(zhì)上是計(jì)算模型錯(cuò)誤。

　　當(dāng)前一些設(shè)計(jì)人員口重視上機(jī)計(jì)算而忽視基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，電腦程序必須建立在正確的計(jì)算模型上，這是計(jì)算結(jié)果正確的技術(shù)前提。因此在輸入計(jì)算機(jī)前必須認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)的特性，首先建立一個(gè)模型，并仔細(xì)閱讀計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的編制原理、使用說(shuō)明及技術(shù)條件與本工程相后才能正確使用計(jì)算機(jī)運(yùn)算，準(zhǔn)確辨析計(jì)算結(jié)果的正誤。L形建筑正確的計(jì)算機(jī)運(yùn)算，單肢計(jì)算時(shí)適當(dāng)考慮另一肢的影響，這樣才能防止兩肢互相干擾從而得出正確的結(jié)論，至于雙主軸不下交的建筑，在輸機(jī)前宜先用手算。

　　通過(guò)以上5個(gè)問(wèn)題的分析，可得出以下結(jié)論：（1）首先應(yīng)滿足規(guī)范對(duì)剪力墻布置中強(qiáng)制性條文要求，臺(tái)間距；雙主軸均布等（2）應(yīng)盡可能采用混凝土剪力墻；（3）布置時(shí)遵循“豎直，均勻，對(duì)稱，相交”的8個(gè)字方針；（4）施工時(shí)必須區(qū)分剪力墻與填充墻；（5）不規(guī)則平面布局的剪力墻電算時(shí)應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題具體分析。