底框結構設計中需要注意的問題

對於地震區需要抗震設防的多層商住建築，底層爲鋼筋混凝土框架的大空間商店，上部爲小開間磚房或砌塊建築。結構設計中有的未作縱橫兩方面的抗震驗算(包括承載力和變形)，有的僅作了橫向底層框架的驗算，而縱向卻按一般連續樑計算。在構造上，有些設計忽視了在底層縱橫方向設定一定數量的抗震牆，或只有橫向抗震牆，使整幢建築上剛下柔，或橫剛縱柔；地震作用下即容易產生較大的彈塑性變形。如果框架柱箍筋間距太大，特別是在柱上、下端箍筋沒有按規範要求進行加密時，其破壞就更加嚴重。此類建築即使是全框架結構，從震害的調查來看，也有許多同樣的破壞情況。抗震結構在總體佈置上有兩大忌：一是上部剛度大，底層僅有柱的雞腿式建築；二是平面剛度不均勻，產生大扭轉的建築。兩者在設計上全是難以解決的問題。有足夠剪力牆或有核心筒的建築，對維持整體穩定有利，並很大程度上減弱框架的受力；對一般建築儘可能做框剪結構，避免做純框架結構，以節約建築材料。 2 常見問題 1）抗震設防不當 商住多層建築近年來在中、小城市中很常見，即將一層作商場，然後在其上建造住宅或寫字樓等建築。此種結構形式實際計算屬下柔上剛，對抗震極爲不利，如果不加抗震牆，做成底層純框架而上部磚混的結構，在地震區將存在一些問題。 除底層不設抗震牆外，此類建築還有超高和超層問題。而且由於商場在使用上的要求，框架樑的跨度及荷載都較大，使得樑的截面尺寸較大，而中間柱高度相對較高，從而使得樑的剛度較大，而按《抗規》要求，抗震結構體系中的混凝土構件，應避免剪切先於彎曲破壞，混凝土的壓潰先於鋼筋屈服，鋼筋錨固粘結先於構件破壞，因此違背了“強剪弱彎、強柱弱樑和強節點”的設計準則。綜觀某縣級市的多個農貿市場及其它大底盤的商住建築，包括正在建設中的大底盤商住建築，或多或少均存在上述問題，其設計思路仍然沿用非地震區的設計思路，如遇地震災害，則上述大底盤建築因結構上未設防或設防不當，其後果將變得非常嚴重。 2）建築佈置不合理 《抗規》第3.4.2條明確規定“建築及其抗側力結構的平面佈置宜規則、對稱，並應具有良好的整體性；建築的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減少，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變”。但在實際工作中，建築佈置的合理性往往被忽視。目前的一些建築設計，由於仍沿襲不設防時的設計思路，將抗震基本要求擱置一邊，爲片面追求建築效果，將底層框架房屋平面上多處凹進凸出，導致各部分質量極不均勻，建築物外縱牆多處被人爲割斷，嚴重影響抗震剛度。此外，在立面上又設定了許多不利於抗震的裝飾物，如某公寓女兒牆竟高達3m以上。，如果上述問題解決得不好，抗震設防問題就會越積越多，一旦發生大地震，代價將會十分慘重。 3）人爲因素 抗震設防問題設計人一定要重視，應當嚴格遵守《抗規》的相關要求進行設計。在日常設計中注意下面的情況： a)仔細理解規範的要求，搞清楚底框結構在地震時的破壞情況。上面幾層砌體結構，由於開間小、橫牆多，不僅重量大，側移剛度也大，而底層框架側移剛度比上層小得多。剛度的急劇變化使得在結構剛柔交接處，應力高度集中，在柱端產生塑性鉸，並使房屋的變形集中發生在相對薄弱的底層。這種比較薄弱的底層或中間層，可稱之爲“軟層”，對於這種“軟層”在抗震設計中應引起足夠重視。b)底層框架一般爲大空間的公共建築，由於使用功能上的需要，在客觀上給縱橫抗震牆的佈置帶來了不少困難。c)設計人有時未作詳細計算，僅憑習慣上的概念，錯誤地認爲底層框架的側向剛度一定比磚房好，縱向框架側向剛度一定比橫向好，而實際上並非如此。 3 防治措施 對於底層框架抗震牆的磚房，底層框架抗震牆和上部磚房部分均具有一定的抗震能力，但這兩部分不同承重和抗側力體系之間的抗震性能是有差異的，而且其過渡樓層的受力也比較複雜。爲了使這類房屋的抗震設計滿足“小震不壞”，“中震可修”和“大震不倒”的抗震設防目標，其防治措施可從以下幾個方面進行考慮： 1)底層框架磚房的底層，不應採用純框架結構。結構設計人員要及早介入建築方案與初步設計，並和建築工種與建設單位反覆協商，在不影響或少影響功能的前提下，使縱橫外牆、室內分隔牆等儘量對稱，並均勻地在縱橫兩個方向設定一定數量的抗震牆，使上層與底層的縱橫向側移剛度比，能夠滿足規範要求。底層設定一定數量抗震牆的框支牆樑房屋模型振動臺試驗表明，其抗震性能不僅不比同樣層數的多層房屋低，甚至還要好些。所以，在底框結構中合理設定一些抗震牆是非常重要的。 2)底部剪力法僅適用於剛度比較均勻的多層結構，對於具有薄弱底層的底層框架磚房，應考慮塑性變形集中的影響。另外，經分析知道提高軟層的屈服強度可以減少軟層塑性變形的集中。因此，底部剪力法對底層地震剪力要乘以一個1.2～l.5的增大系數。 3)底層框架磚房的剪力分配不能按照框架抗震牆的方法進行，因爲底層框架磚房只有底層是框架抗震牆，且底層還有塑性變形，所以要採取雙保險的辦法。對抗震牆要使其承擔全部剪力，對框架要按剛度比分配，不過要注意，在剛度計算時框架是按彈性計算的，而抗震牆開裂後剛度會退化。 4)底房框架柱應考慮地震的傾復力矩引起的附加軸力。 5)在底層框架磚房的上層，構造上仍應設定構造柱，並應每層設定圈樑，底層的頂板應爲現澆或裝配整體式樓蓋。軟層中的柱，特別是結構剛柔相接的地方，要避免出現塑性鉸。6)設計人員要轉變設計思路，提高設計部門及設計人員的業務素質，儘快走出“不設防”的誤區。要在嚴格執行《抗規》的前提下，在合理的平面佈置上多做文章，同時設計單位可安排專人嚴把抗震設計關。