sg109-2民用建筑工程設計常見問題分析及圖示05sg109-2(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 種半地下室是露出地面以上較少，如在 1m 左右，不設窗井，而且地下室的層高也較小，如 2m左右，地下僅作為儲室物之用。露出地面部分僅有通氣窗孔，孔的水平截面積很小。對此種情形，由于其露出地面較少，且削弱外墻的截面也很少，因此可以不將此種半地下室作為一層 考慮。 民用建筑工程設計常見問題分析及圖示 (砌體結構 ) 12 確定帶閣樓房屋的層數和高度時沒有區別對待。 原因分析： 《抗震規范》 GB 50011 表 1 規定，帶閣樓的坡屋面房屋總高度應算到山尖墻的 l/2 高度處，但對閣樓是否按一層計算沒有明確規定。參照《建筑抗震設計手冊》 (2020 年第二版 )應區別對待。 改進措施： (1)當閣樓高度較小，坡屋頂為現澆鋼筋混凝土結構、鋼屋架或鋼筋混凝土屋架，坡屋頂下部設有輕質吊頂時，坡屋頂可作為一層的質點，閣樓不作為單獨的一層計算，房屋高度計算到坡屋面的 1/2 高度處，如圖 (a)所示。 (2)當閣樓層較高，且用于居住或儲藏室時，坡屋面下邊有現澆或裝配式鋼筋混凝土樓板，上邊坡屋面為鋼，混凝土或木屋蓋時，坡屋面和樓板形成兩個集中質點，閣樓層應單獨按一層考慮，房屋高度算到坡屋面的 1/2 高處。 如果屋面與頂層樓板間的空間很小，不足以形成儲物或人的活動空間，即形成”悶頂”或其高度小于 左右時，則可以不作為二個質點考慮，而將它們視作同一質點計算，且閣樓層不作為一層計算。但應從構造上加強兩部分的連接，以保證其為一個質點的作用。如圖 (b)所示。 (3)對屋面有部分突出的閣樓層，且高度在 以上，并可作為儲物或人的活動空間時，應視閣樓層所占頂層的面積比例而定。 當局部閣樓層面積占頂層總面積的 1/3 或者不超過一半時，此時計算時不作為一層，而將突出部分按規范中的局部突出計算，將其質量作為頂板層的荷載計入。然后在驗算局部突出部分的房屋時，應按規定加大三倍地震作用計算；但該部分荷載只對驗算突出部分時計算，并不傳遞給下一層。 當閣樓層面積超過頂層面積的一半時，應將閣樓層也作為一層確定層數。如圖 (c)所示。 層數未超過規范規定，但高度稍有超過。 改進措施： 多層砌體房屋的層數和 高度均應滿足規范規定，但應注意層數限制比高度更為重要。如果層數已符合規范規定，高度稍有出入時，《抗震規范》 GB 50011 對房屋總高度的放寬措施，當室內外高差大于 民用建筑工程設計常見問題分析及圖示 (砌體結構 ) 13 或等于 600mm 時，房屋總高度應允許比表 數據適當增加，但不應多于 1m。 當然，如果總高度上有較大突破時則是不允許的。 底部框架 抗震墻房屋中，底部抗震墻在布置和數量上未滿足規范相應的要求。 原因分析： 首先需要明確，底部框架 抗震墻房屋是一種不利于抗震的結構體系，因為它既是上下層不同材料組成的結構，又是上下層剛度差異較大的結 構。由于我國還處于發展中國家，從經濟上考慮可采用此類結構，但必須采取相應的措施加以嚴格限制，以保證結構抗震的安全。 底部框架結構必須有底部抗震墻是從國內外的震害經驗中得到的，地震中底部框架較大的變形會使此類結構一塌到底，造成生命和財產的重大損失。 改進措施： 柔性框架對于抵抗側力的能力較弱，作為底部框架結構必須按《抗震規范》 GB 50011 第 條要求設置一定數量的抗震墻，以抵抗水平地震作用。 底部抗震墻的間距除應滿足規范規定最大間距的限制外，還考慮此類結構的特點，即按二道抗震設防防線來考慮底部抗震墻的 數量。規范規定底部抗震墻必須承擔 100%的地震作用，布置必要數量的抗震墻。同時，作為安全儲備，還要求框架也應能承擔 20%的地震作用，以便作為底部框架 — 抗震墻的第二道抗震設防防線。 對“過渡層”應采取的加強措施應用不當。 原因分析： 對于底部框架 抗震墻房屋，上層為各類砌體結構，其間的第一層砌體房屋稱之謂過渡層。過渡層是材料和剛度變化的交接處，為了達到沿房屋的高度方向的剛度盡量不要發生突變，因此應使過渡層的剛度處于底部框架 — 抗震墻和上部結構之間，以形成一個剛度漸變過程。 改進措施： 根據《抗震規范 》 GB 50011 第 、 、 條規定： (1)過渡層應采用現澆鋼筋混凝土或裝配整體式鋼筋混凝土樓蓋，樓板厚度不得小于 120mm。并應少開洞口或開小洞口。當洞口尺寸大于 800mm 時，洞口周邊應設置邊梁，以使過渡層樓蓋有較大的水平剛度。 (2)過渡層的構造柱應進行加強，包括適當擴大截面積和增大縱向鋼筋。同時，應使過渡層的構造柱縱筋插入下層框架梁或柱或墻中，形成良好的錨固。 (3)保證過渡層所使用的各種材料強度等級較高。 以上這些措施都是僅限于過渡層的，至于上部各層砌體的設置，則不必特別加 強。 底部框架 抗震墻房屋，上部砌體與底部抗震墻或框架不能全部對齊，未采取有效措施。 原因分析： 底部框架 抗震墻、上部為各種砌體承重的房屋，是一種抗震性能較差，地震時易造成破壞較重的結構形式。為了保證上下層結構的連續性，規范要求上部砌體承重墻要與底部框架或抗震墻對齊。如用于一般底部用作商店、辦公等需要空間較寬敞的場所。而上層則是一般的住宅或小開間的房間。所以上下層墻只可能有一部分對齊。 改進措施： 規范規定“基本對齊’’的原則，即大部分的上部承重墻應落在框架梁或墻上。在一個獨立的抗震單元中 (一 般為五個開間六道橫墻 )，當有二道橫墻不對齊，且此二道橫墻不是緊相鄰的時候，可認為符合規范規定的基本對齊的原則。如圖 所示。 對于不能落在底層框架梁或墻上的砌體承重墻，應當在過渡層設置次梁。在次梁設計時，應考慮由于豎向抗側力構件不連續的影響，對次梁構件的兩端支座適當加強，并宜對傳遞給水平轉換構件的地震作用乘以 ～ 的增大系數。此外，還應對過渡層在構造上予以加強，如對過渡層支承在次梁上的墻段．配置水平鋼筋，以增強該墻的剛度，減少裂縫的可能性。 民用建筑工程設計常見問題分析及圖示 (砌體結構 ) 14 在底部框架 抗震墻房屋設計中 ，必須在縱橫二個方向上都設有抗震墻。誤以為底部的抗震墻越多、越強越好。 原因分析： 底部框架 抗震墻房屋中，必須在兩個方向都設置底部抗震墻，這是保證這類結構安全所必須的。但是，也不是說底層布置的抗震墻，數量越多越好，抗側剛度越強越好。從概念設計的要求出發，應使上下各層的側移剛度一致或沿高度均勻變化。因此，不能使任何層的側移剛度有過強或過弱的偏向。工程設計中，由于底部大多采用鋼筋混凝土抗震墻，因此其剛度遠比上層砌體的剛度大得多。所以在設計中務必協調好上下層的剛度比，特別不要使底部的剛度比過大，以免造成底部承擔過 大的地震剪力，使過渡層遭到破壞。 改進措施： 底部框架層應按《抗震規范》 GB 50011 第 條的規定，布置一定數量的剪力墻；同時應保證底層與底部第二層側向剛度接近，第三層與底部第二層側向剛度比滿足規范的限值要求；除 7 度且總層數不超過五層的底部框架 抗震墻房屋允許框架之間采用砌體抗震墻外，其余情況均應采用鋼筋混凝土抗震墻。為了降低底部抗震墻的側移剛度，可以采取在抗震墻上開設結構洞口或設置帶縫的剪力墻，即墻的鋼筋仍為連續設置，在澆注混凝土墻時留置一道垂直向的縫隙，寬度在 10～ 20mm，可用聚苯板嵌入。規范中對上層與底層的側移剛度比不應小于 1 的規定就是出于此考慮的。 底框 抗震墻房屋中，沒有正確確定框架和抗震墻的抗震墻的抗震等級。 改進措施： 底部框架 抗震墻房屋的底部框架及其抗震墻承擔著上部各層砌體結構的地震作用，其重要程度如前已述，因考慮到此類結構所處的不利條件，因此，對底部框架及抗震墻比一般框架 — 抗震墻提出更高的要求。如對底層的抗震墻的設計剪力，要乘以增大系數；底部抗震墻要承擔全部的縱向或橫向地震剪力等。在確定底部框架 抗震墻房屋的框架和墻的抗震等級時，雖然底框結構的層數和總高度均有較 嚴格的限制，比一般的現澆鋼筋混凝土框架 剪力墻要低得多，但是，出于對此類不利的結構形式的安全考慮，抗震等級取用現澆鋼筋混凝土框架 剪力墻結構中的高限值。按《抗震規范》 GB 5001l 第 條規定，6 度時，底部框架和抗震墻均取三級； 7 度時，底部框架和抗震墻均取二級； 8 度時，底部框架和抗震墻均取一級。 設計內框架結構的多層砌體房屋時，未根據其結構的特殊性來滿足規范的要求。 原因分析： 內框架結構是一種內設鋼筋混凝土梁、板、柱和抗震墻，而外墻均為砌體的結構。在不同材料組成的整體結構中，內外不 同材料和剛度上的差異對抗震不利，需要通過精心設計來保證結構整體安全。 改進措施： 《抗震規范》 GB 50011 第 、 條和 節對內框架房屋的結構布置、外墻組合柱以及構造的有關規定。 (1)對內框架從結構布置上要加以較嚴格的限制，如盡量采用矩形平面；均勻地布置抗震橫墻；盡量采用各層層高相等，截面變化最小的內、外柱和墻垛；立面布置應規則，上下洞口盡量大小一致并對齊等。 (2)在布置樓梯間時，應盡量布置在中段。如果布置在盡端，則宜另行采取加強措施。在樓梯間的布置上應特別注意，即樓梯間的橫墻應沿 房屋寬度全長布置，而不允許只有局部橫墻布置在樓梯兩側。如圖 民用建筑工程設計常見問題分析及圖示 (砌體結構 ) 15 所示。 (3)對于內框架結構的橫墻布置，作為內框架中的抗震橫墻，其間距有明確規定，即 8 度時分別為 25m、 21m 和 18m。此限值已比 89 年的抗震規范嚴格，這是考慮到橫墻間的地震作用的傳遞要靠樓蓋的水平剛度。而內框架結構房屋一般用作輕工業、電子、印染等廠房，有的難免要開有洞口等要求。因此橫墻限值從嚴掌握。 (4)內框架結構中的內部框架梁板柱的設計，可以按一般框架結構設計，不論是現澆鋼筋混凝土還是裝配式鋼筋混凝土結構都一樣。對其抗震等級 8 度時分別取四級、三級和二級。 (5)內框架結構設計中的外砌體墻的設計也是重要一環。宏觀地震調查證明，內框架結構的破壞，一般首先從抗震墻開始，也即作為結構的第一道防線首當其沖。然后不是內框架而是外砌體墻破壞。由于內框架中的內柱截面較小，它所承擔的地震剪力也較小，所以先破壞的是外墻砌體墻垛。基于這種考慮，我們對于外砌體墻垛，要求有一定的寬度，此寬度要求應嚴于多層砌體房屋的局部尺寸要求。當然具體還要視內框架房屋的開間大小確定。對于外墻砌體墻垛 ,一般規定了最小構造柱截面尺寸為 240X 240mm，豎筋不小 于 4 14，箍筋間距不大于 200mm。但對于 7 度橫墻間距大于 18m， 8 度橫墻間距大于 15m 的外縱墻窗間墻，應做成組合柱。即在墻垛中設置加大截面的構造柱或按《砌體規范》 GB 50007第 節的組合磚砌體。內框架結構的框架梁支承在外縱墻上時，若墻體過薄、梁端支承長度不夠，將會影響力的傳遞和結構安全，因此梁在外縱墻上的最小支承長度為 300mm。當墻厚不足時，應在墻厚方向出垛，保證其最小支承長度。 (6)對于內框架結構的外墻還應注意：內框架梁支于外縱墻垛，一般雖按簡支考慮，但工程實際受力狀態，由于有上層荷載對其 的約束，所以實際會產生相當大的嵌固彎矩。對此，對外縱墻垛是很不利的，必須予以考慮。由于計算上一般忽略此點，所以必須在構造上加以保證，以避免在此部位發生破壞。 門廳采用梁柱結構以形成局部大空間的多層砌體結構，仍按內框架結構對待。 原因分析： 多層砌體結構房屋，原則上不能在內部設局部內框架結構，主要是由于結構動力特性的不同，不同結構處于同一結構單元內的變形、剛度都不一致，而且在地震時各部分將會“各行其是”，造成連接部位的破壞。不過，在多層砌體房屋中，為了要取得較大的空間僅在門廳部分設置一、二層的 梁柱結構，可以不認為是“內框架”。因為此時主要的承重結構仍然是多層砌體，縱、橫墻起主要抗側力作用，而門廳局部的梁和柱只在承擔垂直荷載時起作用。 改進措施： 這樣的結構布置，在構造上應予以重視，盡量不要使梁柱結構部分承載的面積太大，并應加強門廳側邊墻體妁布置。 結構分析與計算 多層砌體結構房屋在抗震驗算和分析時，未考慮其特點和要求，進行墻體截面的抗剪強度驗算。 改進措施： 歸納起來主要有下列四點： 多層砌體房屋建筑高度一般均在 25m 以下，以剪切變形為主，且質量和剛度沿高度方向分布均比較均 勻，因此在抗震計算時可以采用簡化的基底剪力法； 民用建筑工程設計常見問題分析及圖示 (砌體結構 ) 16 多層砌體結構是一種剛度比較大的的剛性建筑，其結構的基本周期一般均在 以內。在地震影響系數曲線圖上都處于平臺上，水平地震影響系數α值均可取最大值α MAX； 一般情況下 6 度時均不進行截面抗震驗算，對天然地基及基礎上的多層砌體結構也不必進行抗震承載力驗算； 多層砌體結構只考慮水平地震作用而不考慮豎向地震作用。同時，多層砌體結構也不進行多遇地震下的抗震變形驗算，因為砌體的剛性大而變形能力很小，一般砌體墻在水平側移達到 1/4000 時就將出現初裂，所以主 要控制強度而不進行變形驗算。至于大震時的破壞均由抗震構造措施來解決，如設置構造柱、圈梁等。 由于以上的特點，對多層砌體結構而言，主要進行墻體截面的抗震抗剪強度驗算即可。 地震作用計算時，未正確選擇不利墻段。 原因分析： 一般來說，地震作用的不利墻段與靜力作用不利墻段是不會一致的。因為在地震作用下主要是驗算墻體在水平力作用下的承載能力，即抗剪能力。