1震害及薄弱層剖析
底部框架～抗震墻砌體房屋結(jié)構(gòu)的薄弱層一般均出現(xiàn)在底部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分或過(guò)渡層。汶川地震經(jīng)驗(yàn)表明，過(guò)渡層先于其他層倒塌、破壞的實(shí)例較多、程度較重，這種現(xiàn)象不容忽視。眾所周知，結(jié)構(gòu)存在兩種不同部位的薄弱層，故在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)控制其中相對(duì)薄弱的部分，避免出現(xiàn)特別薄弱的部位。底部框架一抗震墻和上部砌體均具有一定的承載能力，但后者的變形和耗能能力比較差。權(quán)衡二者受力特點(diǎn)，規(guī)范提出結(jié)構(gòu)縱橫兩個(gè)方向，上部砌體計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與底層側(cè)向剛度的比值要求均不應(yīng)小于1．0，目的是使結(jié)構(gòu)上下側(cè)向剛度趨于一致不發(fā)生較大突變并迫使變形下移至底部具有較好的變形能力和耗能能力的框架一抗震墻部分，從而改善抗震性能。汶川地震震害表明，上部砌體比多層砌體房屋抗震性能稍弱，是砌體結(jié)構(gòu)部分的薄弱層，因此構(gòu)造柱的設(shè)置要求更嚴(yán)格。在強(qiáng)烈地震作用下過(guò)渡層損壞嚴(yán)重，過(guò)渡層砌體的開(kāi)裂將會(huì)破壞托墻梁的整體性，所以應(yīng)慎重考慮托墻梁整體工作。
2側(cè)向剛度比的合理確定
上部砌體的側(cè)向剛度與底層側(cè)向剛度K的比值應(yīng)滿足表1的要求。在確定上下層剛度比時(shí)應(yīng)注意考慮以下因素。
2．1下部框架一剪力墻的側(cè)向剛度
底部側(cè)向剛度不能過(guò)大也不能太小'岡0度過(guò)大將吸收過(guò)多的地震作用，破壞嚴(yán)重同時(shí)會(huì)迫使薄弱層向上部砌體轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)脆性破壞；剛度過(guò)小則形成軟弱層，地震時(shí)塑性變形過(guò)多集中在底部而發(fā)生較大破壞。底部框架一抗震墻砌體房屋自振周期一般在0．6—0．9左右，略大于場(chǎng)地土的特征周期，可以設(shè)計(jì)相對(duì)較小的側(cè)向剛度，適當(dāng)增大結(jié)構(gòu)自振周期，使結(jié)構(gòu)從整體上減小地震作用。同時(shí)不宜設(shè)計(jì)過(guò)柔的下部結(jié)構(gòu)，下部側(cè)向剛度過(guò)小導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下發(fā)生較大的塑性變形，同時(shí)為避免出現(xiàn)脆性剪切破壞，底部的地震剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)，其值可取1．2～1．5，剛度越小，剪力增大系數(shù)越大。因此，上下層剛度比宜取接近下限值，底層宜盡量設(shè)置較多數(shù)量剪力墻，從而提供較大側(cè)向剛度并且剪力增大系數(shù)不至于取太大。
2．2次梁轉(zhuǎn)換的砌體墻段
對(duì)于有些工程在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)次梁托上部砌體墻的情況，可能造成一些不利后果。圖1為L(zhǎng)一1上有砌體墻，兩端支撐在KL一1上形成次梁轉(zhuǎn)換的情況，次梁轉(zhuǎn)換的受力如圖2所示。重力荷載和地震作用下上部墻體傳來(lái)軸力、彎矩及剪力。在彎矩作用下使支撐次梁的框架主梁產(chǎn)生附加集中力，由于程序未能很好的反映這部分作用，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量不采用次梁轉(zhuǎn)換。如無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)采取以下措施：1)過(guò)渡層墻體另外采取加強(qiáng)措施(參《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》7．5．2)，同時(shí)支撐框梁應(yīng)加強(qiáng)；2)次梁一端盡量與框柱或剪力墻相連以便將上部傳遞下來(lái)的彎矩轉(zhuǎn)移給框柱或剪力墻；3)次梁轉(zhuǎn)換的墻體不宜太長(zhǎng)從而降低其向下傳遞的彎矩。—圖1次梁轉(zhuǎn)換圖圖2轉(zhuǎn)換梁傳力圖
2．3過(guò)渡層構(gòu)造柱及門窗
洞邊小墻段在計(jì)算上部砌體側(cè)向剛度時(shí)應(yīng)該考慮構(gòu)造柱的影響，因此在模型輸入時(shí)應(yīng)輸入構(gòu)造柱的布置。如果未輸入構(gòu)造柱可能造成下部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度偏柔的結(jié)果，且上下層剛度比接近下限時(shí)，就容易使下部結(jié)構(gòu)形成柔軟層而不利于抗震。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》7．2．3條規(guī)定，剛度的計(jì)算應(yīng)計(jì)及高寬比的影響，高寬比大于4時(shí)，等效側(cè)向剛度可取0．0(注：墻段的高寬比指層高與墻長(zhǎng)之比，對(duì)門窗洞邊的小墻段指洞凈高與洞側(cè)墻寬之比)。為此，在模型輸人時(shí)應(yīng)將高寬比大于4的墻段刪去以盡量接近實(shí)際受力情況。反之，則結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度偏大有可能造成下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)剛而迫使薄弱層轉(zhuǎn)移至過(guò)渡層，發(fā)生脆性破壞。
3托墻梁的設(shè)計(jì)
底部框架一抗震墻砌體房屋的鋼筋混凝土托墻梁計(jì)算地震組合內(nèi)力時(shí)，應(yīng)采用合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖。若考慮上部墻體與托墻梁的組合作用，應(yīng)計(jì)入地震時(shí)墻體開(kāi)裂對(duì)組合作用的不利影響，可調(diào)整有關(guān)的彎矩系數(shù)、軸力系數(shù)等計(jì)算參數(shù)。托墻梁彎矩計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)中可按經(jīng)驗(yàn)考慮墻梁上部作用的荷載折減，一般無(wú)洞口可取0．85，有洞口可取0．95，但四層以下應(yīng)全部計(jì)入組合；托墻梁剪力計(jì)算時(shí)，由重力荷載產(chǎn)生的剪力不折減。
4底部框架一剪力墻的設(shè)計(jì)
剪力墻的布置應(yīng)遵守對(duì)稱、均勻、分散、周邊的原則，且應(yīng)使上部砌體的中線與抗震墻中線重合，具有良好的整體抗傾覆和抗扭轉(zhuǎn)能力。底部抗震墻應(yīng)承擔(dān)地震作用下全部地震剪力設(shè)計(jì)值，且該地震剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)。由于底框結(jié)構(gòu)層數(shù)不高，底部抗震墻軸壓比大都不大，一般不都超過(guò)0．3，因此剪力墻均按底部加強(qiáng)區(qū)的構(gòu)造邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)，即根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》7．1．9條確定抗震等級(jí)后按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表6．4．5-2進(jìn)行邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)。由于全部承擔(dān)地震剪力設(shè)計(jì)值，因此要根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)墻體配置足夠的水平分布筋數(shù)量，以滿足抗剪承載力要求。當(dāng)建筑層數(shù)和平面尺寸確定之后，為滿足底部抗剪承載力的要求，剪力墻的數(shù)量基本就能確定；然后再根據(jù)上下層剛度比的要求確定底層框架柱的數(shù)量和截面，柱截面宜小但應(yīng)滿足軸壓比和截面配筋率的要求。布置柱時(shí)尚應(yīng)考慮框架梁中心與上層墻體中線對(duì)齊的原則。
5過(guò)渡層的設(shè)計(jì)
過(guò)渡層設(shè)計(jì)的目的是使上部砌體具有良好的整體性，在地震作用下避免出現(xiàn)過(guò)渡層先于其他層倒塌、破壞的情況。為保證過(guò)渡層在地震作用下具有一定的整體性和傳遞水平地震力的剛度，規(guī)范要求過(guò)渡層底板為現(xiàn)澆混凝土板且厚度不應(yīng)小于120mm，配筋雙層雙向，每個(gè)方向配筋率不小于0．25％。過(guò)渡層圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置規(guī)范也給出了相應(yīng)的規(guī)定。高度不宜小于240mm，構(gòu)造柱截面不應(yīng)小于240mm×240mm，截面配筋6，7度時(shí)不宜少于4+16。構(gòu)造柱與墻體連接處的水平拉結(jié)筋，6，7度下部1／3樓層處應(yīng)沿墻通長(zhǎng)設(shè)置�？傊^(guò)渡層設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)范要求對(duì)其采取必不可少的構(gòu)造加強(qiáng)措施，避免成為結(jié)構(gòu)的軟肋。
6基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及其他
底部框架一抗震墻砌體房屋的抗震墻應(yīng)設(shè)置條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等整體性好的基礎(chǔ)。當(dāng)結(jié)構(gòu)采用板式樓梯時(shí)，樓梯踏步板宜采用雙層雙向配筋。
7結(jié)語(yǔ)
底部框架一抗震墻砌體房屋具有雙重薄弱層。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，使底部混凝土部分具有必要的抗震承載力和較好的延性，同時(shí)增強(qiáng)上部砌體的抗震構(gòu)造措施，從而使結(jié)構(gòu)整體上具有良好的抗震性能。
