民用建筑工程設(shè)計常見問題分析及圖示

1、第五部分民用建筑工程設(shè)計常 見問題分析及圖示作者:日期:133 底部框架-抗震墻房屋在地震作用計算中，底部縱橫墻的地震剪力已乘以 放大系數(shù)，但沒有考慮底部剪力墻仍要承擔(dān)全部地震剪力。原因分析：底部框架-抗震墻房屋在地震區(qū)的破壞十分嚴(yán)重，簡化了的基底剪力 法可能不足以使這類結(jié)構(gòu)在地震中免于破壞， 應(yīng)當(dāng)采用更為準(zhǔn)確的分析方法進行 地震作用下的計算分析。為簡化設(shè)計計算，因此規(guī)范采取了雙重加強的方法，調(diào) 整其地震作用效應(yīng)以保證地震時該類結(jié)構(gòu)足夠安全。改進措施：應(yīng)按抗震規(guī)范GB50011第724條規(guī)定對底部框架-抗震墻房屋 的地震作用效應(yīng)進行調(diào)整：(1) 對于底層框架-抗 震墻房屋，底層的縱橫向地震剪力

2、設(shè)計值需要乘以增大系數(shù)，一是為了增強這類結(jié)構(gòu)在底層的安全儲備；同時，也是為了彌補上下層剛度上的明顯差異。因此，在選 用不同大小的增大系數(shù)時，主要也是考慮層剛 度比值上大下小的不同。例如上下層側(cè)向剛度相差越大，則應(yīng)選用較大的增大系 數(shù)，如1.5。相反，如上下層側(cè)向剛度比差異較小，貝U可選用1.2。(2) 對于底部兩層框架的抗震墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意，對底部一、二層的框架-抗震墻的縱橫向地震剪力設(shè)計值均要乘以相同的增大系數(shù)。 這是對該類結(jié)構(gòu)不利于抗 震的一種彌補。更重要的是要使底部抗震墻起到結(jié)構(gòu)抗震的第一道防線的作用。(3) 底層或底部兩層的縱向和橫向地震剪力設(shè)計值尚應(yīng)全部由該方向的抗震 墻承擔(dān)，并按各抗

3、震墻側(cè)向剛度比例分配。1.3.4 底部框架-抗震墻房屋采用混凝土小型空心砌塊作抗震墻時，其有效剛度的折減系數(shù)不能按混凝土墻取。改進措施：對底部框架-抗震墻中的墻，當(dāng)設(shè)防烈度為6、7度區(qū)，且總層數(shù)不超 過五層的底層框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，允許采用嵌砌于框架之間的砌體抗震墻。在計算底部框架柱的地震剪力和軸向力時，框架柱承擔(dān)的地震剪力設(shè)計值， 應(yīng)按底部各抗側(cè)力構(gòu)件的有效剛度比分配確定。此時，對各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度計算，需要 作適當(dāng)調(diào)整。對于框架本身不作折減，因為它在地震作用時的側(cè)向剛 度本來就不大，所承擔(dān)的作用亦很小，而且一般不會先于墻體破壞。對于抗震墻按抗震規(guī)范GB50011第7.2.5條規(guī)定，墻的剛度應(yīng)

4、折減。鋼 筋混凝土墻的剛度最大，因此相對折減較少；而磚墻相對略小，折減較大。規(guī)范 規(guī)定了混凝土墻可折減0.3 ;磚墻可折減0.2。當(dāng)采用混凝土小型空心砌塊墻時， 折減系數(shù)取值抗震規(guī)范與小砌塊規(guī)程JGJ/T14均末明確。按照一般的規(guī)律是：混凝土小砌塊砌體指僅有構(gòu)造要求的鋼筋配置，屬于普通的砌體墻，砌體的剛度是彈性模量的函數(shù)，根據(jù)砌體規(guī)范GB 50003第3.2.5條的規(guī)定，混凝土小砌塊砌體的彈性模量接近燒結(jié)磚砌體的彈性模量(大6%左右)，故混凝土小砌塊砌體的剛度折減系數(shù)，可以按磚砌體的折減系數(shù)取0.2，若為配筋砌塊砌體，根據(jù)砌體規(guī)范第9.2.1、9.2.4條規(guī)定，配筋砌塊砌體的力學(xué)性能與鋼 筋混

5、凝土的性能非常接近，可以按 0.3的折減系數(shù)取用。1.3.5 底部框架-抗震墻房屋中的托墻梁未考慮上部墻體開裂的不利影響。改進措施：根據(jù)砌體規(guī)范GB50003第2.1.16條墻梁的定義是：“由鋼筋混 凝土托梁和梁上計算高度范圍內(nèi)的砌體墻組成的組合構(gòu)件。包括簡支墻梁、連續(xù)墻梁和框支墻梁?！倍拐鹨?guī)范GB50011第7.2.5條第2款對托墻梁并未作專門解釋，但從 字面上可以理解為承托上部砌體墻的梁。 在此并未明確是否必須考慮梁與上部墻體的組合作用，按組合構(gòu)件進行設(shè)計。 抗震規(guī)范第725條規(guī)定，托梁墻計 算地震組合內(nèi)力時，應(yīng)采用合適的計算簡圖。若考慮上部墻體與托墻梁的組合作 用，應(yīng)計入地震時墻體開裂

6、對組合作用的不利影響。因此，不能采用非抗震的計 算方法進行計算?？拐鹨?guī)范第7.2.5條的條文說明中指出：大震時墻體嚴(yán)重開裂，托墻梁 與非抗震的墻梁受力狀態(tài)有所差異，當(dāng)按靜力方法考慮有框架柱落地的托梁與上 部墻組合作用時，若計算系數(shù)不變會導(dǎo)致不安全，應(yīng)調(diào)整其計算參數(shù)。在托墻梁 上部各層墻體不開洞和跨中1/3范圍內(nèi)開一個洞的情況下，也可采用折減荷載的 方法：托墻梁彎矩計算時，四層以下全部計入，四層以上可有所折減，取不小于 四層的數(shù)值計入組合；托墻梁剪力計算時，由重力荷載產(chǎn)生的剪力不折減。亦可 參考建筑抗震設(shè)計手冊(2002年第二版)第793頁提供的托墻梁的設(shè)計方法。136 忽略內(nèi)框架結(jié)構(gòu)必須考慮頂

7、部的附加地震作用。原因分析：多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)相對于其它多層砌體結(jié)構(gòu)的剛度小，比較空曠，地震時的變形亦會較大。從許多內(nèi)框架結(jié)構(gòu)震害的調(diào)查證明： 一般內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的破 壞均首先發(fā)生在頂部數(shù)層，而不象其他多層砌體結(jié)構(gòu)的震害首先發(fā)生在底層。主要與此類結(jié)構(gòu)的動力特性有關(guān)。內(nèi)框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部橫墻較少，而且又是梁板柱 框架承重，只有外縱墻或部分橫墻是多層砌體墻。而外縱墻上又有較多的門窗洞口，對外墻削弱較多。因此形成比較大的空間后它的柔度相對較大，地震作用 時結(jié)構(gòu)上部的變形較大，因而造成頂部結(jié)構(gòu)先破壞。(a)珀不變(c)內(nèi)框架拮構(gòu)改進措施：為了在計算地震作用時反映這一特點，也為了彌補按倒三角形分布地 震作用的一般規(guī)

8、律對內(nèi)框架不完全適用，規(guī)范規(guī)定水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計算時， 增加一項頂部附加地震作用系數(shù) S n，其值取結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的 20% 這樣就能與實際的震害相符。如圖1.3.6所示：fW/(b) 一般砌體結(jié)構(gòu)SL16內(nèi)框架結(jié)構(gòu)水平地罠作用計算簡圖1.3.7 多層砌體房屋結(jié)構(gòu)抗震抗剪強度驗算時，當(dāng)某層或某些墻段不能滿足截 面強度要求時，未采取有效措施加強。改進措施：多層砌體房屋中的部分墻段抗震抗剪強度不能滿足要求時，一般可以有五種辦法來加強：(1) 增加墻厚。抗震抗剪強度與截面大小有關(guān)，增加墻厚可以提高抗剪能力， 同時，外墻可以提高保溫隔熱效果，有利于節(jié)能。不利的是增加墻厚會增大結(jié)構(gòu) 自重，加

9、大了地震作用，同時材料上當(dāng)然也會增加。所以不是一種最好的辦法， 只在某些情況下能適用。(2) 提高砌體強度。磚和砂漿強度的提高，直接會增大截面抗震抗剪能力。 但是，目前砌體規(guī)范中對砂漿強度只給出 M10砂漿時的抗剪強度設(shè)計值，而且明 確大于M10的砂漿強度也只取到M10砂漿時的強度。在目前一些磚或混凝土砌塊 的強度有明顯提高的情況下，完全有條件采用與之配套的高標(biāo)號砂漿， 提高砌體 的抗震抗剪強度，滿足截面的強度驗算要求。但目前因無這方面的數(shù)據(jù)，規(guī)范又 無規(guī)定，所以只有進行相關(guān)的試驗來求得數(shù)據(jù)，用于強度驗算。(3) 配置水平鋼筋。這也是抗震規(guī)范GB 50011第729條提出的一項措施。在砌體水平

10、灰縫中配置一定數(shù)量的鋼筋，可以提高砌體墻段的抗剪能力，這 是在大量試驗研究基礎(chǔ)上提出的辦法。規(guī)范規(guī)定，灰縫中的配筋率應(yīng)不小于 0.07%且不大于0.17%。試驗證明，當(dāng) 水平配筋的數(shù)量小于截面配筋率的 0.07%時，此時雖有水平筋，但對提高抗剪能 力并不明顯，因此不能考慮其作用。同時，試驗也證明，當(dāng)在水平灰縫中配置的 鋼筋過多(過密或過粗)，其間的水平鋼筋也不能完全發(fā)揮提高抗剪能力的作用。 因此由試驗確定的配筋率上限值為 0.17%?？拐鹨?guī)范第7.2.9條的說明還指出，采用水平配筋措施時，抗震能力的 大小與墻體的高寬比有關(guān)，這也是使水平鋼筋能夠發(fā)揮作用大小的重要因素。(4) 增加設(shè)置構(gòu)造柱或芯

11、柱。在墻段兩端設(shè)置構(gòu)造柱是一種抗御地震時突然倒塌的有效措施。一般的構(gòu)造柱都設(shè)置在墻段的邊端或墻體和墻體的交接處，它與為了提高抗震抗剪能力而在墻段中部設(shè)構(gòu)造柱的要求和目的不同?？拐鹨?guī)范第7.2.8條第2款就是為了解決在驗算截面抗震受剪能力時不 能滿足承載力要求，作為一項新措施而提出的。抗震規(guī)范公式 728-2 中：VW 1/ 丫 rE n cfve(A-Ac) + Z f A+ 0.08f 4第一項為砌體截面本身能夠承擔(dān)的受剪承載力；第二項為構(gòu)造柱的混凝土部 分承擔(dān)的受剪承載力；第三項為構(gòu)造柱內(nèi)的鋼筋所能承擔(dān)的受剪承載力。這是一個主要以試驗數(shù)據(jù)為主得到的經(jīng)驗公式。試驗證明，在一個墻段中， 構(gòu)造柱

12、包括鋼筋和混凝土所能承擔(dān)的受剪能力應(yīng)有所限制。規(guī)范對墻段中部設(shè)置的構(gòu)造柱在縱橫墻截面中所占的比例作出了限制， 同時 對中部構(gòu)造柱中的鋼筋也作了限制， 主要是為了既保持多層砌體墻的特性， 同時 又解決墻段受剪承載力的不足。(5) 采用配筋混凝土小型空心砌體。只能用于混凝土小型空心砌塊建筑中， 不能在磚砌體房屋中出現(xiàn)局部的配筋混凝土小型空心砌塊墻段。當(dāng)在多層混凝土小型空心砌塊建筑中出現(xiàn)整層或某些墻段的受剪承載能力 不足時，首先應(yīng)采取增加構(gòu)造柱和芯柱數(shù)量等措施，在不足以解決其承載力時， 可采用在混凝土小型空心砌塊墻段中，按配筋砌塊的要求增加豎向和水平配筋等 措施，來提高整層或某些墻段的受剪承載能力。

13、1.3.8 磚墻中的水平配筋在墻體兩端沒有錨固。 原因分析：水平配筋在提高墻段的抗剪承載力時， 通過砌筑砂漿與磚及鋼筋的握 裹力，對墻段起抗剪作用。鋼筋在墻段中抗剪作用的發(fā)揮，由鋼筋在墻的兩盡端 的錨固措施保證。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，鋼筋端部有無錨固對抗剪承載力的影響約占總 的承載力提高值的13%左右。因此，要求水平鋼筋配置后宜有錨固措施。改進措施：當(dāng)墻段兩端有構(gòu)造柱時，應(yīng)將水平鋼筋錨入柱內(nèi)，按受拉筋的錨固長 度設(shè)置；當(dāng)墻段兩端無構(gòu)造柱或僅有一端有構(gòu)造柱時， 可采用將無構(gòu)造柱端的水 平筋彎折成直勾等措施。1.4 多層磚房的抗震構(gòu)造措施1.4.1 在多層砌體房屋設(shè)計中，因不甚了解構(gòu)造柱的破壞機理，忽視構(gòu)

14、造柱作 為主要的抗震構(gòu)造措施的作用，未按規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱。原因分析：多層砌體房屋在歷次地震中破壞都是最嚴(yán)重的。1976年唐山地震之前，始終沒有切實可行的辦法防止多層砌體房屋在地震中突然倒塌。唐山地震時全城幾乎所有的多層砌體房屋都嚴(yán)重破壞和倒塌，造成生命和財產(chǎn)的巨大損失。但是，在調(diào)查過程中，也偶爾發(fā)現(xiàn)有的砌體房屋雖然有局部破壞， 但卻未 倒塌。這樣的建筑共有八幢，包括學(xué)校，辦公樓，招待所，藏書庫等。 這些房屋雖為磚墻承重，但在墻體中均設(shè)有不同大小截面且與周邊的墻體結(jié)合得 非常好的鋼筋 混凝土柱。在結(jié)束調(diào)查之后的一年內(nèi)北京市建筑設(shè)計研究院進行了三幢不同構(gòu)造的整 體房屋模型試驗，模型比例按1/4，

15、利用激振設(shè)備模擬地震作用。三幢模型的 設(shè)計是：一幢為普通的磚砌體結(jié)構(gòu)，除了有圈梁之外，沒有其他措施；第二幢是 在所有內(nèi)外墻交接處均設(shè)置一個與墻同厚的鋼筋混凝土柱，同時還設(shè)有圈梁；第三幢是在所有磚砌體墻的外側(cè)，后加鋼筋混凝土柱，部位均在外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外 墻延伸的交接處，表示對磚房的加固。我們試驗的結(jié)果得出如下結(jié)論：設(shè)有鋼筋混凝土柱的多層砌體房屋，在墻 體開裂后沒有進一步倒塌破壞。即使在外柱鋼筋屈服的情況下仍能保持裂而不 倒；由于柱的截面較小，對房屋和墻體的剛度并不增加，其初裂荷載也無明顯 的提高；整體結(jié)構(gòu)的變形能力和延性有很明顯的增大。在試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，向抗震規(guī)范編制組提出建議：在所有多層砌體房

16、屋中 設(shè)置鋼筋混凝土柱，并取名為“構(gòu)造柱”。此后許多單位的試驗也都進一步證明 了上述結(jié)果，使構(gòu)造柱做法得到廣泛推廣應(yīng)用。改進措施：多年來的實踐證明，構(gòu)造柱是一種良好的抗震構(gòu)造措施， 能夠使多層 砌體房屋減輕和避免突然倒塌的危險，是保證多層砌體房屋大震不倒的重要措 施，應(yīng)該明確，構(gòu)造柱不是一般意義上的柱而是墻體的約束構(gòu)件。構(gòu)造柱的作用主要是約束一旦在地震中開裂破壞了的墻體，使之不進一步倒塌。從這一點出發(fā)，我們能夠更好地來理解和運用構(gòu)造柱而不致出現(xiàn)誤導(dǎo)。構(gòu)造柱雖不能 阻止墻體出現(xiàn)的一般裂縫的發(fā)展，但是在墻體沿對角線的剪切裂縫較 大并貫通整個墻面，使墻體分為四大塊后，構(gòu)造柱能夠約束墻體的進一步倒塌。

17、7感梁圈梁一構(gòu)適丁 1、 /A Y/ 、(a)商長比較大的墻(b)高檢出相彗的堵sua構(gòu)遺柱的破壞機理1.4.2 多層砌體房屋超過規(guī)范規(guī)定的層數(shù)和高度，誤用增加構(gòu)造柱來解決。 原因分析：設(shè)置構(gòu)造柱的目的是約束墻體，既不是增強抗剪能力，也不是為了解 決超高和超層的問題。提出此類問題的原因可能是受1978年抗震規(guī)范的影響。當(dāng)時由于唐山地震 剛過，對構(gòu)造柱的認識還是初步的，因此在 78規(guī)范中構(gòu)造柱作為一種超高建筑 的加強措施，即一般多層砌體房屋沒有設(shè)置構(gòu)造柱的要求， 僅當(dāng)不同設(shè)防烈度的 房屋達到一定層數(shù)和高度時，才要求設(shè)置構(gòu)造柱，這是對構(gòu)造柱作用的初始認識 階段。改進措施：現(xiàn)行抗震規(guī)范已普遍提高了不

18、同設(shè)防烈度區(qū)允許建造房屋的高度。因此，構(gòu)造柱的設(shè)置是普遍的要求和基本的構(gòu)造措施，不是解決房屋超高或超層的手段。143 單層砌體房屋不應(yīng)按多層房屋的要求設(shè)置構(gòu)造柱。改進措施：單層房屋一般不包括在多層砌體房屋之列，規(guī)范對此亦無明確規(guī)定。 對不同設(shè)防烈度的單層砌體房屋，可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)情況區(qū)別對待。比如，對 一些高烈度區(qū)的重要建筑，至少應(yīng)在房屋的四角墻體內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱， 也可以在相 隔一定距離的橫墻內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱。對一般的單層砌體房屋，只要求有頂部圈梁和內(nèi)外墻的拉結(jié)措施，1.4.4 隨意將構(gòu)造柱沿房屋高度方向逐層減少或改變截面及配筋。改進措施：構(gòu)造柱的設(shè)置目的既然是約束墻體的構(gòu)件，因此就一般要求而言，各層均應(yīng)連續(xù)設(shè)置。除符合抗震規(guī)范GB 50011第7.3.2條第5款規(guī)定，需在房屋下部1/3樓層增設(shè)的構(gòu)造柱，當(dāng)延伸到上層的墻體時，可適當(dāng)減少或改變配 筋及截面。構(gòu)造柱在多層砌體中除有約束構(gòu)件功能之外，同時還能夠增強內(nèi)外墻、墻與 墻的連接功能。這些也不能忽視。因此，如果沿高度方向要減少構(gòu)造柱的數(shù)量時， 一定要強調(diào)墻相互間的拉結(jié)措施，否則是危險的。1.4.5 誤將構(gòu)造柱伸入房屋基礎(chǔ)的大放腳或基底。原因分析：抗震規(guī)