砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广范的一种建筑形式；其中民用住宅建筑中约占90%以上。砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区，多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质，变形能力小，导致房屋的抗震性能较差；因此改善砌体结构延性，提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范，结合自身设计的实践经验，我认为，在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。

　　一、科学布局建筑平面和立面

　　建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。抗震设计中，建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度；对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻，房屋重心尽可能降低，避免采用错落的立面，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应，同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。

　　建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案，即使不可避免时，也应尽量在适当部位设置防震缝，将体型复杂，平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元。在实际工程设计中，应尽可能兼顾建筑造型，又满足使用功能要求的前提下，将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方；同时又能有效地提高工程的抗震性能。

　　二、砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值

　　历次震害证明，砌体房屋的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。现行建筑抗震设计规范（gb50011—2001）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定：多层砌体房屋的总高度及层数应满足表1中的限值。

　　表1房屋的层数和高度限值（m）



　　（注：室内外高差大于0.6m时，房屋总高度应允许比表中数据适当增加，但不应多于1.0m）

　　在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，房屋总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的側向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏，故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

　　三、增强砌体房屋的刚度及整体性

　　房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点，是较理想的抗震构件，不但可消除滑移、散落问题，增加房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽，因作为以剪切变形为主的砌体结构，层间变形是可控制的。较强的楼板及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。因此，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。

　　四、合理布置纵墙和横墙

　　多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体，在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝，严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象，进而使房屋造到破坏；所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，纵、横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低，多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重，由于非承重方向的约束墙体少，间距大，因而房屋该方向刚度较弱，空间刚度和整体性均较差，拉震能力低；在高烈度地区，墙体由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋倒塌。而在两个方向适当布置纵横、墙混合承重的房屋，由于其限制了纵、横墙的侧向变形，增强了空间刚度和整体性，对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。墙体布置时，应尽量采用纵墙贯通的平面布置，当纵墙不能贯通布置时，可在纵横墙交接处采取加强措施，也可在纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱，并适当加强构造配筋；必要时还可以每隔一定高度放置水平拉结构筋，以加强房屋整体性，防止纵、横墙交接处被拉开。

　　在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墙承担，不仅要求横墙有足够的承载力，而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平。

　　刚度；对抗震横墙最大间距的构造规定就是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。现行建筑抗震设计规范（gb50011-2001）规定：房屋抗震横墙的间距不应超过规范中表决7.1.5的要求，其中，8度设防时，现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖的多层砖混房屋抗震横墙最大间距为15m.当横墙间距过大时，纵向砖墙会因过大的层间变形而产生出平面的弯曲破坏，使楼盖失去传递水平地震力的能力，从而导致地震力还未传到横墙，纵墙就已先破坏；所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。

　　五、适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度

　　历次震害表明，多层砖混房屋的抗震能力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比，提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力，是减轻震害的有效途径之一。在6层砖混房屋的抗震验算中，上面几层的地震作用较小，容易满足抗震承载力的要求，而底部一、二两特别是第一层的地震作用力较大，是薄弱层，往往不容易满足要求；但若改变部分墙体的承载面积或适当提高砂浆的强度等级，如将部分240mm宽的承重墙改为360mm宽的墙，或将砂浆强度等级由m5体高到m10，则在抗震结果中显示满足抗震要求。可见在进行6层砖混房屋的抗震验算时，适当增加底部1~2层墙体面积或提高砂浆强度能有效地提高房屋的整体抗震能力。

　　当施工质量控制等级为b级时，龄期为28天的以毛截面计算的普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值应按表2采用；砌体的轴心抗拉强度设计值，弯曲抗拉强度设计值和拉剪强度设计值应按表3采用。

　　表2 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值（mpa）

砖强度等级 砂浆强度等级 砂浆强度
m15 m10 m7.5 m5 m2.5 0
mu30 3.94 3.27 2.93 2.59 2.26 1.15
mu25 3.60 2.98 2.68 2.37 2.06 1.05
mu20 3.22 2.67 2.39 2.12 1.84 0.94
mu15 2.79 2.31 2.07 1.83 1.60 0.82
mu10 _ 1.89 1.69 1.50 1.30 0.67


　　沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值，弯曲抗拉。

　　表3 强度设计值和抗剪强度设计值（mpa）

　砌体类别　 强度类别 破坏特征 砂浆强度等级
≥m10　 m7.5 m5 m2.5
　　烧结普
　　通砖，
　　烧结
　　多孔砖　 轴心抗拉 沿齿缝 0.19 0.16 0.13 0.09
弯曲抗拉 沿齿缝 0.33 0.29 0.23 0.17
沿通缝 0.17 0.14 0.11 0.08
抗剪 _ 0.17 0.14 0.11 0.08


　　比照以上两表，可见对于相同类别的砌体，烧结普通砖或烧结多孔砖用不同强度等级的砂浆砌筑，其抗压强度设计值、轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值是不同的，随着砂浆强度等级的提高，同类别砌体的以上各设计强度也相应提高，所以可见提高砂浆强度等级，能有效提高砌体的强度，增加砌体的承载力，从而达到提高砖混房屋抗震性能的目的。

　　六、有效设置房屋圈梁和构造柱

　　多次震害调查表明，圈梁是多层砖房的一种经济有效的措施，可提高房屋的抗震能力，减轻震害。在多层砖混房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁，可加强内外墙的连接，增强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用使楼盖与纵、横墙构成整体的箱形结构，能有效地约束预制板的散落，使砖墙出平面倒塌的可能性大大降低，以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对装配式楼、屋盖在水平面内进行约束，可提高楼盖，屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖起一整体横隔板的作用。圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙体裂缝的开展，且不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，并减小裂缝与水平面的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体的抗剪能力。设置圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。现浇钢筋混凝土圈梁的设置应符合。

　　现行建筑抗震设计规范的要求。现浇钢筋混凝土圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。圈梁的截面高度不应小于120mm，配筋应符合表4的要求。

　　表4 砖房圈梁配筋要求

配 筋 烈 度
6、7 8 9
最小纵筋 4ф10 4ф12 4ф14
最大箍筋间距（mm） 250 200 150


　　多次实验表明，砖墙增设构造柱后能提高砖混房屋的延性，发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用；设置钢筋混凝土构造柱能使砌体的抗剪承载力提高10~30%，提高砌体的变形能力，是有效的抗倒塌措施。另外，在多层砖混房屋中合理地设置构造柱，能起到增强房屋整体性的作用，还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量，从而大大提高抗震能力。现浇钢筋混凝土构造的设置部位应符合建筑抗震规范的要求。构造柱最小截面可采取240×180mm，8度超过五层时，构造柱纵向钢筋宜采用4ф14，箍筋间距不应大于200mm，且在柱上、下端宜适当加密。房屋四角的构造可适当加大截面及配筋，构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500毫米设ф6拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于1m.

　　七、在合理位置的墙段内设置水平钢筋

　　在抗震验算中，多层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求，即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承力验算。为了提高墙体的抗震能力，可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋，使地震力由砌体及水平钢筋共同承担。一些试验表明，配筋多孔砖墙体可以有效地提高墙段的抗震性能，减少脆性，增加延性，增强砖混房屋的抗震性能。水平配筋砖砌体的砌筑砂浆强度等级不应低于m7.5，水平钢筋宜采用hpb235、hrb335钢筋，配筋率不应小于0.07%，也不宜大于0.17%，间距不应大于400mm；钢筋锚固长度不宜小于180mm.

　　八、其它措施

　　多层砖混结构房屋的楼梯间宜设置在每个单元中部，尽量避免将楼梯设在房屋尽端靠近山墙处；突出屋顶的楼梯间，构造柱应伸到顶部与顶部圈梁连接。为了避免个别墙段抗震强度不足首先破坏，导致逐个破坏，进而造成整栋楼破坏甚至倒塌，要求房屋的局部尺寸宜满足抗震规范的限值要求。

　　多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局，结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，从而满足抗震要求。在抗震设计时体现以预防为主的设计思想达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。对于建设工程只有在抗震设防，抗震设计和施工质量这三方面都符合要求，才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。

　　多层砖混结构房屋的楼梯间宜设置在每个单元中部，尽量避免将楼梯设在房屋尽端靠近山墙处；突出屋顶的楼梯间，构造柱应伸到顶部与顶部圈梁连接。为了避免个别墙段抗震强度不足首先破坏，导致逐个破坏，进而造成整栋楼破坏甚至倒塌，要求房屋的局部尺寸宜满足抗震规范的限值要求。

　　多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局，结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，从而满足抗震要求。在抗震设计时体现以预防为主的设计思想达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。对于建设工程只有在抗震设防，抗震设计和施工质量这三方面都符合要求，才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。

在城市规划设计中，往往要求临街的住宅、办公楼等建筑在底层设置商店、饭店、邮局或银行等。一些旅馆因使用功能上的要求，也往往要在底层设置门厅、食堂会议室等。这样，房屋的上面几层为纵横墙较多的砌体承重结构，而底层则因使用要求上需要大空间的原因采用框架结构形成了砖混底层框架结构。对这种结构，从抗震上来说是不太有利的，但因其在使用上的方便性和灵活性而被广泛采用。与此同时，目前很多结构设计人员在对砖混底框结构的设计上还存在许多的疑问甚至误区（尤其反映在结构电算程序的应用上）。因此，在本文中笔者想就底框结构的设计做一些阐述。

一、一般规定



1 底框结构的破坏特性

底框结构一般来说高度不是很高，风荷载的影响较小，主要是承受竖向荷载和水平地震作用。当然，在某些风载较大的地区当底层没有设置抗震墙时，其在地震作用下的破坏特征是：

1） 二层以上砖房破坏的状况与一般多层砖房基本相同；

2） 底层的破坏比上面各层都严重，主要是底层柱丧失承载力，或因变形集中引起位移过大而破坏。底层柱在竖向荷载和水平地震剪力的联合作用下，沿斜截面发生破坏后，又加剧了受压破坏。有的柱由于钢筋间距过大，特别是在柱的上下端箍筋没有加密的情况下，破坏更加突出。有的钢筋混凝土柱因纵向钢筋的配筋率太高（超过6%），使柱丧失韧性，发生脆性破坏；

3） 由于底框结构上部砖房的重量较大，底部重量相对较轻，在“头重脚轻”的情况下再加上平面布置不对称的情况下发生扭转破坏。

针对以上情况，规范规定对此类结构的底层不能采用纯框架结构，一定要在两个方向设置抗震墙，成为框架——抗震墙结构。至于抗震墙的材料，在6、7度抗震设防时新规范虽然允许采用砖墙，但应计入砖对框架的附加轴力和附加剪力（老的抗震规范无此要求）。其余情况均应采用钢筋混凝土抗震墙。



2 底框结构的总高度和层数的限制

上海地区一般6度和7度抗震设防情况下，上海地区的抗震规范规定：底层框架结构的总高度限制在19米。但这个高度是指室外地平面至檐口的高度，不包括女儿墙的高度。层数一般限制在6层，即底层为框架，上部砖砌体最多为5层。但由于现在新的抗震规范已经对上述限制作出了突破（分别为21米和7层的限制，且允许采用两层底框结构）。而上海地区新的抗震规范尚未出台，所以此时我们可以兼顾两个规范作出决定。



3 底层抗震横墙的最大间距

横墙的间距限制主要是防止楼板平面出现过大的变形而不能使各层的地震作用传递到抗震墙上，因此与楼、屋盖的刚度有关。一般情况下，底框结构的楼、屋盖采用现浇至少也应保证整体式装配。此时，抗震横墙的最大间距在6度时为25米，7度时为21米。



4 底层框架的抗震等级

老的抗震规范中，底层的框架抗震等级6、7度时分别为四级和三级，新抗震规范中均将其提高一级处理。



二、计算要点



1 层刚比的控制

控制侧移刚度比的规定是根据底层为大空间的钢筋混凝土结构的弹塑性地震反应实验和研究分析结果提出的。图二是两个结构模型的侧移曲线，模型A是一般的抗震墙结构，上下刚度变化均匀，其弹性反应（虚线）与弹塑性反应（实线）的侧移曲线基本一致，上下变化也较均匀；模型B是底层大空间的抗震墙结构，弹性侧移反应中，底层稍大于其它各层，而弹塑性侧移反应中，底层侧移特别大，出现了显著的塑性变形集中。图三是层间位移曲线的比较，更明显的反映出底层存在塑性变形的集中。底层越弱，塑性变形集中的现象越严重，其程度基本上与上下侧移刚度比成正比。而结构破坏的程度层面变形成正比。因此，要减

轻地震时底层的破坏程序，就要对上下部的侧移刚度比进行控制。即对γ=K2/K1进行控制。其中，K2是砖混部分最下一层的侧移刚度，即该层所有砖墙的侧移刚度之和。K1为框架层最上一层的侧移刚度，它由三部分组成：其一是该层的框架侧移刚度之和，其二为该层混凝土抗震墙侧移刚度之和，其三为该层砖抗震墙侧移刚度之和。按上海抗震规范，7度时γ应在1-2之间。按全国抗震规范，老规范中由于对底部两层框架的结构未加考虑，故仅对一层底框的情况进行控制，γ应在1-3之间。而新的抗震规范则对一层底框架和两层底框均加以控制，一层时γ应在1-2.5之间，两层时γ应在1-2之间。这一点作为设计人员应予以重视。要达到上述要求，采用钢筋混凝土抗震墙比采用砖抗震墙容易得到满足。因为混凝土的弹性模量大约10倍于砖砌体的弹性模量。



2 地震作用的计算

底框结构的地震作用计算方法一般为底部剪力法，其中地震影响系数一律取αmax。在计算时，上海地区可注意五个不必：

1） 不必计算结构的自振周期；

2） 不必查地震影响系数曲线；

3） 不必考虑顶部附加水平地震作用；

4） 不必考虑竖向地震作用的影响；

5） 不必考虑地基基础与结构的相互影响。

底框结构的总水平地震剪力标准值的计算公式为：Fek=αmaxGeq。其中Geq为结构的等效总重力荷载代表值，但应注意其取值为各层等重力荷载代表值之和的85%。总水平地震作用沿高度的分布为：Fi=(GiHi/∑GiHi)Fek。



3 底层的设计地震剪力

各层的地震剪力设计值的计算公式为：Vi=γEH∑Fi。其中γEH为水平地震作用的分项系数，一般取为1.3。此处应注意的是，用上式求出的底层地震剪力设计值还应乘以一个增大系数。这是因为底部剪力法仅适用于刚度沿高度方向均匀变化的多层结构，而底框结构是具有薄弱底层的多层结构，故借用底部剪力法时应做适当的修正。上海规范规定纵向和横向的地震剪力设计值均乘以1.5的增大系数。而全国规范则按前文提到的上下侧移刚度比γ的大小，按η=1+0.17γ来计算增大系数，其值在1.2—1.5之间。



4 底层抗震墙承担的水平地震剪力

在底层，抗震墙的侧移刚度比框架的侧移刚度大几十倍甚至上百倍。这样，按刚度分配，框架所承担的水平地震剪力还达不到总水平地震剪力的5%，为简化计算，可略去不计。因此，上海规范和全国规范均规定，增大后的纵横向的地震剪力，全部按该方向的抗震墙承担，并按该方向的各片抗震墙的刚度的比例来进行分配。



5 底层框架承担的水平地震剪力

既然底层的水平地震剪力都是由抗震墙承担，那为什么还要考虑框架承担的水平地震剪力呢？这主要是从安全的角度出发，考虑到抗震墙刚度降低而引起的框架承担的剪力的增大。此时，框架承担的水平地震剪力按抗侧力结构的有效侧移刚度的比例分配。所谓有效侧移刚度指的是地震作用下结构处于某个变形阶段时各构件的实际刚度。当结构遭遇7度或以上地震时，目前一般方法设计的结构将进入弹塑性变形状态，即墙体有一定裂缝而使其刚度急剧下降，从而对地震剪力在框架和抗震墙间的分配产生显著影响。

图四是框架在水平力作用下的侧力-位移关系曲线，当层间位移角达到1/500之前，二者基本上是线性关系，框架处于弹性变形阶段以内。图五是钢筋混凝土抗震墙的侧力-位移关系曲线，当层间位移角达到1/4000时，刚度就开始下降，当层间位移角达到1/500时，其割线刚度约等于初始弹性刚度的30%。图六是砖抗震墙的侧力-位移关系曲线，当层间位移角达到1/500时，其割线刚度已经大约下降到初始弹性刚度的13%。

综合上述实验结果，可以认为：当层间位移角接近1/500时，框架的刚度不变，钢筋混凝土抗震墙的刚度降至30%，砖抗震墙刚度约降至20%。此后，位移加大，框架的刚度也下降，但墙的刚度也继续下降，三者之间的比例关系基本不变。这样，底层一榀纵向或横向框架所承担的水平剪力计算公式为：Vf=KfV/（∑Kf+0.3∑Kcw+0.2∑Kbw）。其中Kf为一榀框架的侧移刚度，Kcw为一榀钢筋混凝土抗震墙的侧移刚度，Kbw为一榀砖抗震墙的侧移刚度。



6 底层倾覆力矩在框架和抗震墙之间的分配

在各层的水平地震作用下，将会产生底层的倾覆力矩。在以往的工程设计中，往往将作用于底层的倾覆力矩视同水平地震剪力，按各榀构件的侧移刚度比例进行分配，使抗震墙承担过多的倾覆力矩，导致设计困难。实际上，倾覆力矩和水平剪力的性质不一样。后者产生侧移故按侧移刚度分配，前者产生转动应按底层的框架和抗震墙的转动刚度的比例进行分配。该倾覆力矩进行分配后将使底层抗震墙产生附加弯矩，使底层的框架产生附加轴力。



三、底框结构的计算程序



以上所述的计算要点涉及到许多繁复的计算内容，包括框架和抗震墙的侧移刚度的计算等。这些计算内容在有关的设计手册上均有介绍，但我们目前更多的是采用电算程序进行底框结构的设计计算。借助这些电算程序我们可以较为便捷的完成上述计算过程。这当中应用比较广泛的有中国建筑科学研究院的PKPM系列软件。在其中的PMCAD模块中有砖混及砖混底框结构的计算内容。该程序的计算原则已经将上述计算要点均考虑在内。



四、底框结构的构造措施



1防止扭转破坏

底框结构对扭转破坏特别敏感，为减少其底框层遭受扭转破坏的危险性，应避免质量和刚度在平面内的不对称布置。



2 构造柱

底框结构的上部砖房应根据包括底层在内的总层数按多层砌体房屋的要求设置钢筋混凝土构造柱。



3 楼盖

为了保证地震剪力在框架与抗震墙之间得以分配及传递，要求楼盖应该有较大的水平刚度。故一般情况下，底框结构的楼、屋盖最好采用现浇，否则至少也应保证整体式装配。



4 底层框架柱

底层框架柱截面宜采用正方形，其尺寸不宜小于400mm。柱的纵向总配筋率应加以限制，柱中纵向钢筋总配筋率超过6%时，易导致混凝土脆性破坏。为了防止这种脆性破坏，应注意箍筋的配置要符合相应的抗震等级的规定。此外，要尽量避免底层短柱的形成，底层柱网应与上部砖房纵横墙的布置协调。



5 底层抗震墙

底层钢筋混凝土抗震墙应符合相应抗震等级的规定；

底层如采用砖抗震墙，要注意墙厚最小为240mm，最好370mm。砂浆等级最好M7.5或M10。验算抗剪承载力不足时可以在砖墙水平缝中加钢筋。框架节点的凹角处宜各配置2φ16的斜筋。

底层抗震墙宜布置在房屋四角和上层有砖墙的部位，尽量避免开洞。如必须开洞，尽量开小洞，洞口尽量设置在墙体的中段。

在城市规划设计中，往往要求临街的住宅、办公楼等建筑在底层设置商店、饭店、邮局或银行等。一些旅馆因使用功能上的要求，也往往要在底层设置门厅、食堂会议室等。这样，房屋的上面几层为纵横墙较多的砌体承重结构，而底层则因使用要求上需要大空间的原因采用框架结构形成了砖混底层框架结构。对这种结构，从抗震上来说是不太有利的，但因其在使用上的方便性和灵活性而被广泛采用。与此同时，目前很多结构设计人员在对砖混底框结构的设计上还存在许多的疑问甚至误区（尤其反映在结构电算程序的应用上）。因此，在本文中笔者想就底框结构的设计做一些阐述。

一、一般规定



1 底框结构的破坏特性

底框结构一般来说高度不是很高，风荷载的影响较小，主要是承受竖向荷载和水平地震作用。当然，在某些风载较大的地区当底层没有设置抗震墙时，其在地震作用下的破坏特征是：

1） 二层以上砖房破坏的状况与一般多层砖房基本相同；

2） 底层的破坏比上面各层都严重，主要是底层柱丧失承载力，或因变形集中引起位移过大而破坏。底层柱在竖向荷载和水平地震剪力的联合作用下，沿斜截面发生破坏后，又加剧了受压破坏。有的柱由于钢筋间距过大，特别是在柱的上下端箍筋没有加密的情况下，破坏更加突出。有的钢筋混凝土柱因纵向钢筋的配筋率太高（超过6%），使柱丧失韧性，发生脆性破坏；

3） 由于底框结构上部砖房的重量较大，底部重量相对较轻，在“头重脚轻”的情况下再加上平面布置不对称的情况下发生扭转破坏。

针对以上情况，规范规定对此类结构的底层不能采用纯框架结构，一定要在两个方向设置抗震墙，成为框架——抗震墙结构。至于抗震墙的材料，在6、7度抗震设防时新规范虽然允许采用砖墙，但应计入砖对框架的附加轴力和附加剪力（老的抗震规范无此要求）。其余情况均应采用钢筋混凝土抗震墙。



2 底框结构的总高度和层数的限制

上海地区一般6度和7度抗震设防情况下，上海地区的抗震规范规定：底层框架结构的总高度限制在19米。但这个高度是指室外地平面至檐口的高度，不包括女儿墙的高度。层数一般限制在6层，即底层为框架，上部砖砌体最多为5层。但由于现在新的抗震规范已经对上述限制作出了突破（分别为21米和7层的限制，且允许采用两层底框结构）。而上海地区新的抗震规范尚未出台，所以此时我们可以兼顾两个规范作出决定。



3 底层抗震横墙的最大间距

横墙的间距限制主要是防止楼板平面出现过大的变形而不能使各层的地震作用传递到抗震墙上，因此与楼、屋盖的刚度有关。一般情况下，底框结构的楼、屋盖采用现浇至少也应保证整体式装配。此时，抗震横墙的最大间距在6度时为25米，7度时为21米。



4 底层框架的抗震等级

老的抗震规范中，底层的框架抗震等级6、7度时分别为四级和三级，新抗震规范中均将其提高一级处理。



二、计算要点



1 层刚比的控制

控制侧移刚度比的规定是根据底层为大空间的钢筋混凝土结构的弹塑性地震反应实验和研究分析结果提出的。图二是两个结构模型的侧移曲线，模型A是一般的抗震墙结构，上下刚度变化均匀，其弹性反应（虚线）与弹塑性反应（实线）的侧移曲线基本一致，上下变化也较均匀；模型B是底层大空间的抗震墙结构，弹性侧移反应中，底层稍大于其它各层，而弹塑性侧移反应中，底层侧移特别大，出现了显著的塑性变形集中。图三是层间位移曲线的比较，更明显的反映出底层存在塑性变形的集中。底层越弱，塑性变形集中的现象越严重，其程度基本上与上下侧移刚度比成正比。而结构破坏的程度层面变形成正比。因此，要减

轻地震时底层的破坏程序，就要对上下部的侧移刚度比进行控制。即对γ=K2/K1进行控制。其中，K2是砖混部分最下一层的侧移刚度，即该层所有砖墙的侧移刚度之和。K1为框架层最上一层的侧移刚度，它由三部分组成：其一是该层的框架侧移刚度之和，其二为该层混凝土抗震墙侧移刚度之和，其三为该层砖抗震墙侧移刚度之和。按上海抗震规范，7度时γ应在1-2之间。按全国抗震规范，老规范中由于对底部两层框架的结构未加考虑，故仅对一层底框的情况进行控制，γ应在1-3之间。而新的抗震规范则对一层底框架和两层底框均加以控制，一层时γ应在1-2.5之间，两层时γ应在1-2之间。这一点作为设计人员应予以重视。要达到上述要求，采用钢筋混凝土抗震墙比采用砖抗震墙容易得到满足。因为混凝土的弹性模量大约10倍于砖砌体的弹性模量。



2 地震作用的计算

底框结构的地震作用计算方法一般为底部剪力法，其中地震影响系数一律取αmax。在计算时，上海地区可注意五个不必：

1） 不必计算结构的自振周期；

2） 不必查地震影响系数曲线；

3） 不必考虑顶部附加水平地震作用；

4） 不必考虑竖向地震作用的影响；

5） 不必考虑地基基础与结构的相互影响。

底框结构的总水平地震剪力标准值的计算公式为：Fek=αmaxGeq。其中Geq为结构的等效总重力荷载代表值，但应注意其取值为各层等重力荷载代表值之和的85%。总水平地震作用沿高度的分布为：Fi=(GiHi/∑GiHi)Fek。



3 底层的设计地震剪力

各层的地震剪力设计值的计算公式为：Vi=γEH∑Fi。其中γEH为水平地震作用的分项系数，一般取为1.3。此处应注意的是，用上式求出的底层地震剪力设计值还应乘以一个增大系数。这是因为底部剪力法仅适用于刚度沿高度方向均匀变化的多层结构，而底框结构是具有薄弱底层的多层结构，故借用底部剪力法时应做适当的修正。上海规范规定纵向和横向的地震剪力设计值均乘以1.5的增大系数。而全国规范则按前文提到的上下侧移刚度比γ的大小，按η=1+0.17γ来计算增大系数，其值在1.2—1.5之间。



4 底层抗震墙承担的水平地震剪力

在底层，抗震墙的侧移刚度比框架的侧移刚度大几十倍甚至上百倍。这样，按刚度分配，框架所承担的水平地震剪力还达不到总水平地震剪力的5%，为简化计算，可略去不计。因此，上海规范和全国规范均规定，增大后的纵横向的地震剪力，全部按该方向的抗震墙承担，并按该方向的各片抗震墙的刚度的比例来进行分配。



5 底层框架承担的水平地震剪力

既然底层的水平地震剪力都是由抗震墙承担，那为什么还要考虑框架承担的水平地震剪力呢？这主要是从安全的角度出发，考虑到抗震墙刚度降低而引起的框架承担的剪力的增大。此时，框架承担的水平地震剪力按抗侧力结构的有效侧移刚度的比例分配。所谓有效侧移刚度指的是地震作用下结构处于某个变形阶段时各构件的实际刚度。当结构遭遇7度或以上地震时，目前一般方法设计的结构将进入弹塑性变形状态，即墙体有一定裂缝而使其刚度急剧下降，从而对地震剪力在框架和抗震墙间的分配产生显著影响。

图四是框架在水平力作用下的侧力-位移关系曲线，当层间位移角达到1/500之前，二者基本上是线性关系，框架处于弹性变形阶段以内。图五是钢筋混凝土抗震墙的侧力-位移关系曲线，当层间位移角达到1/4000时，刚度就开始下降，当层间位移角达到1/500时，其割线刚度约等于初始弹性刚度的30%。图六是砖抗震墙的侧力-位移关系曲线，当层间位移角达到1/500时，其割线刚度已经大约下降到初始弹性刚度的13%。

综合上述实验结果，可以认为：当层间位移角接近1/500时，框架的刚度不变，钢筋混凝土抗震墙的刚度降至30%，砖抗震墙刚度约降至20%。此后，位移加大，框架的刚度也下降，但墙的刚度也继续下降，三者之间的比例关系基本不变。这样，底层一榀纵向或横向框架所承担的水平剪力计算公式为：Vf=KfV/（∑Kf+0.3∑Kcw+0.2∑Kbw）。其中Kf为一榀框架的侧移刚度，Kcw为一榀钢筋混凝土抗震墙的侧移刚度，Kbw为一榀砖抗震墙的侧移刚度。



6 底层倾覆力矩在框架和抗震墙之间的分配

在各层的水平地震作用下，将会产生底层的倾覆力矩。在以往的工程设计中，往往将作用于底层的倾覆力矩视同水平地震剪力，按各榀构件的侧移刚度比例进行分配，使抗震墙承担过多的倾覆力矩，导致设计困难。实际上，倾覆力矩和水平剪力的性质不一样。后者产生侧移故按侧移刚度分配，前者产生转动应按底层的框架和抗震墙的转动刚度的比例进行分配。该倾覆力矩进行分配后将使底层抗震墙产生附加弯矩，使底层的框架产生附加轴力。



三、底框结构的计算程序



以上所述的计算要点涉及到许多繁复的计算内容，包括框架和抗震墙的侧移刚度的计算等。这些计算内容在有关的设计手册上均有介绍，但我们目前更多的是采用电算程序进行底框结构的设计计算。借助这些电算程序我们可以较为便捷的完成上述计算过程。这当中应用比较广泛的有中国建筑科学研究院的PKPM系列软件。在其中的PMCAD模块中有砖混及砖混底框结构的计算内容。该程序的计算原则已经将上述计算要点均考虑在内。



四、底框结构的构造措施



1防止扭转破坏

底框结构对扭转破坏特别敏感，为减少其底框层遭受扭转破坏的危险性，应避免质量和刚度在平面内的不对称布置。



2 构造柱

底框结构的上部砖房应根据包括底层在内的总层数按多层砌体房屋的要求设置钢筋混凝土构造柱。



3 楼盖

为了保证地震剪力在框架与抗震墙之间得以分配及传递，要求楼盖应该有较大的水平刚度。故一般情况下，底框结构的楼、屋盖最好采用现浇，否则至少也应保证整体式装配。



4 底层框架柱

底层框架柱截面宜采用正方形，其尺寸不宜小于400mm。柱的纵向总配筋率应加以限制，柱中纵向钢筋总配筋率超过6%时，易导致混凝土脆性破坏。为了防止这种脆性破坏，应注意箍筋的配置要符合相应的抗震等级的规定。此外，要尽量避免底层短柱的形成，底层柱网应与上部砖房纵横墙的布置协调。



5 底层抗震墙

底层钢筋混凝土抗震墙应符合相应抗震等级的规定；

底层如采用砖抗震墙，要注意墙厚最小为240mm，最好370mm。砂浆等级最好M7.5或M10。验算抗剪承载力不足时可以在砖墙水平缝中加钢筋。框架节点的凹角处宜各配置2φ16的斜筋。

底层抗震墙宜布置在房屋四角和上层有砖墙的部位，尽量避免开洞。如必须开洞，尽量开小洞，洞口尽量设置在墙体的中段。

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