2020年注冊巖土工程師答疑:底框結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題?

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問題：

底框結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題?

答疑：

1、常見問題

1)抗震設(shè)防不當(dāng)

商住多層建筑近年來在中、小城市中很常見，即將一層作商場，然后在其上建造住宅或?qū)懽謽堑冉ㄖ?。此種結(jié)構(gòu)形式實際計算屬下柔上剛，對抗震極為不利，如果不加抗震墻，做成底層純框架而上部磚混的結(jié)構(gòu)，在地震區(qū)將存在一些問題。

除底層不設(shè)抗震墻外，此類建筑還有超高和超層問題。如某農(nóng)貿(mào)市場設(shè)層高3.2m的“半地下室”1層(南面開敞，在地面以上，北面埋入土內(nèi))，市場部分層高為6.5m，并在周邊設(shè)置夾層(實際應(yīng)算作兩層，而其中間部分為1層，結(jié)構(gòu)上按復(fù)式框架考慮)，其上為6層2.8m高的住宅，因此總高度達26.5m，總層數(shù)為8～9層，超過《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011- 2001)》(以下簡稱《抗規(guī)》)中此類建筑在七度地震區(qū)總高度≤22m和總層數(shù)≤7層的規(guī)定。而且由于商場在使用上的要求，框架梁的跨度及荷載都較大，使得梁的截面尺寸較大，而中間柱高度相對較高，從而使得梁的剛度較大，而按《抗規(guī)》要求，抗震結(jié)構(gòu)體系中的混凝土構(gòu)件，應(yīng)避免剪切先于彎曲破壞，混凝土的壓潰先于鋼筋屈服，鋼筋錨固粘結(jié)先于構(gòu)件破壞，因此違背了“強剪弱彎、強柱弱梁和強節(jié)點”的設(shè)計準(zhǔn)則。綜觀某縣級市的多個農(nóng)貿(mào)市場及其它大底盤的商住建筑，包括正在建設(shè)中的大底盤商住建筑，或多或少均存在上述問題，其設(shè)計思路仍然沿用非地震區(qū)的設(shè)計思路，如遇地震災(zāi)害，則上述大底盤建筑因結(jié)構(gòu)上未設(shè)防或設(shè)防不當(dāng)，其后果將變得非常嚴(yán)重。

2)建筑布置不合理

《抗規(guī)》第3.4.2條明確規(guī)定“建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應(yīng)具有良好的整體性;建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減少，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變”。但在實際工作中，建筑布置的合理性往往被忽視。目前的一些建筑設(shè)計，由于仍沿襲不設(shè)防時的設(shè)計思路，將抗震基本要求擱置一邊，為片面追求建筑效果，將底層框架房屋平面上多處凹進凸出，導(dǎo)致各部分質(zhì)量極不均勻，建筑物外縱墻多處被人為割斷，嚴(yán)重影響抗震剛度。此外，在立面上又設(shè)置了許多不利于抗震的裝飾物，如某公寓女兒墻竟高達3m以上。，如果上述問題解決得不好，抗震設(shè)防問題就會越積越多，一旦發(fā)生大地震，代價將會十分慘重。

3)人為因素

抗震設(shè)防問題設(shè)計人一定要重視，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守《抗規(guī)》的相關(guān)要求進行設(shè)計。在日常設(shè)計中注意下面的情況：

a)仔細理解規(guī)范的要求，搞清楚底框結(jié)構(gòu)在地震時的破壞情況。上面幾層砌體結(jié)構(gòu)，由于開間小、橫墻多，不僅重量大，側(cè)移剛度也大，而底層框架側(cè)移剛度比上層小得多。剛度的急劇變化使得在結(jié)構(gòu)剛?cè)峤唤犹?，?yīng)力高度集中，在柱端產(chǎn)生塑性鉸，并使房屋的變形集中發(fā)生在相對薄弱的底層。這種比較薄弱的底層或中間層，可稱之為“軟層”，對于這種“軟層”在抗震設(shè)計中應(yīng)引起足夠重視。

b)底層框架一般為大空間的公共建筑，由于使用功能上的需要，在客觀上給縱橫抗震墻的布置帶來了不少困難。

c)設(shè)計人有時未作詳細計算，僅憑習(xí)慣上的概念，錯誤地認(rèn)為底層框架的側(cè)向剛度一定比磚房好，縱向框架側(cè)向剛度一定比橫向好，而實際上并非如此。

2、防治措施

對于底層框架抗震墻的磚房，底層框架抗震墻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(cè)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復(fù)雜。為了使這類房屋的抗震設(shè)計滿足“小震不壞”，“中震可修”和“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，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(yīng)采用純框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要及早介入建筑方案與初步設(shè)計，并和建筑工種與建設(shè)單位反復(fù)協(xié)商，在不影響或少影響功能的前提下，使縱橫外墻、室內(nèi)分隔墻等盡量對稱，并均勻地在縱橫兩個方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，使上層與底層的縱橫向側(cè)移剛度比，能夠滿足規(guī)范要求。根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50003- 2001)》條文說明，底層設(shè)置一定數(shù)量抗震墻的框支墻梁房屋模型振動臺試驗表明，其抗震性能不僅不比同樣層數(shù)的多層房屋低，甚至還要好些。所以，在底框結(jié)構(gòu)中合理設(shè)置一些抗震墻是非常重要的。

2)底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu)，對于具有薄弱底層的底層框架磚房，應(yīng)考慮塑性變形集中的影響。另外，經(jīng)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(shù)。

3)底層框架磚房的剪力分配不能按照框架抗震墻的方法進行，因為底層框架磚房只有底層是框架抗震墻，且底層還有塑性變形，所以要采取雙保險的辦法。對抗震墻要使其承擔(dān)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，而抗震墻開裂后剛度會退化。據(jù)有關(guān)試驗數(shù)據(jù)得知，其剛度將下降到彈性剛度的20～30%。

4)底房框架柱應(yīng)考慮地震的傾復(fù)力矩引起的附加軸力。

5)在底層框架磚房的上層，構(gòu)造上仍應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，并應(yīng)每層設(shè)置圈梁，底層的頂板應(yīng)為現(xiàn)澆或裝配整體式樓蓋。軟層中的柱，特別是結(jié)構(gòu)剛?cè)嵯嘟拥牡胤?，要避免出現(xiàn)塑性鉸。

6)設(shè)計人員要轉(zhuǎn)變設(shè)計思路，提高設(shè)計部門及設(shè)計人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，盡快走出“不設(shè)防”的誤區(qū)。要在嚴(yán)格執(zhí)行《抗規(guī)》的前提下，在合理的平面布置上多做文章，同時設(shè)計單位可安排專人嚴(yán)把抗震設(shè)計關(guān)。

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