第五部分民用建筑工程設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析及圖示

1、精選第五局部民用建筑工程設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析及圖示1.3.3底部框架-抗震墻房屋在地震作用計(jì)算中，底部縱橫墻的地震剪力已乘以放大系數(shù)，但沒(méi)有考慮底部剪力墻仍要承當(dāng)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(jiǎn)化了的基底剪力法可能缺乏以使這類(lèi)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(jìn)行地震作用下的計(jì)算分析。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，因此標(biāo)準(zhǔn)采取了雙重加強(qiáng)的方法，調(diào)整其地震作用效應(yīng)以保證地震時(shí)該類(lèi)結(jié)構(gòu)足夠平安。改良措施：應(yīng)按?抗震標(biāo)準(zhǔn)?GB 50011第7.2.4條規(guī)定對(duì)底部框架-抗震墻房屋的地震作用效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整：(1)對(duì)于底層框架-抗 震墻房屋，底層的縱橫向地震剪力設(shè)計(jì)值需要乘

2、以增大系數(shù)，一是為了增強(qiáng)這類(lèi)結(jié)構(gòu)在底層的平安儲(chǔ)藏；同時(shí)，也是為了彌補(bǔ)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(shí)，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，那么應(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，那么可選用1.2。(2)對(duì)于底部?jī)蓪涌蚣艿目拐饓Y(jié)構(gòu)，應(yīng)注意，對(duì)底部一、二層的框架-抗震墻的縱橫向地震剪力設(shè)計(jì)值均要乘以相同的增大系數(shù)。這是對(duì)該類(lèi)結(jié)構(gòu)不利于抗震的一種彌補(bǔ)。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?jī)蓪拥目v向和橫向地震剪力設(shè)計(jì)值尚應(yīng)全部由該方向的抗震墻承當(dāng)，并按各抗震墻側(cè)向剛度比例分配。1

3、.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(shí)，其有效剛度的折減系數(shù)不能按混凝土墻取。改良措施：對(duì)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(guò)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(jì)算底部框架柱的地震剪力和軸向力時(shí)，框架柱承當(dāng)?shù)牡卣鸺袅υO(shè)計(jì)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(shí)，對(duì)各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度計(jì)算，需要 作適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于框架本身不作折減，因?yàn)樗诘卣鹱饔脮r(shí)的側(cè)向剛度本來(lái)就不大，所承當(dāng)?shù)淖饔靡嗪苄?，而且一般不?huì)先于墻體破壞。對(duì)于抗震墻按?抗震標(biāo)準(zhǔn)?GB 50011第7.2.5條規(guī)定，墻的剛度應(yīng)折減。鋼筋混凝土墻的剛度最

4、大，因此相對(duì)折減較少；而磚墻相對(duì)略小，折減較大。標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，折減系數(shù)取值?抗震標(biāo)準(zhǔn)?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)?砌體標(biāo)準(zhǔn)?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，假設(shè)為配筋砌塊砌體，根據(jù)?砌體標(biāo)準(zhǔn)?第9.2.1、9.2.4條規(guī)定，配筋砌塊砌體的力學(xué)性能與鋼筋混凝土的性能非常接近，

5、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(kāi)裂的不利影響。改良措施：根據(jù)?砌體標(biāo)準(zhǔn)?GB 50003第2.1.16條墻梁的定義是：“由鋼筋混凝土托梁和梁上計(jì)算高度范圍內(nèi)的砌體墻組成的組合構(gòu)件。包括簡(jiǎn)支墻梁、連續(xù)墻梁和框支墻梁。而?抗震標(biāo)準(zhǔn)?GB 50011第7.2.5條第2款對(duì)托墻梁并未作專(zhuān)門(mén)解釋?zhuān)珡淖置嫔峡梢岳斫鉃槌型猩喜科鲶w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(jìn)行設(shè)計(jì)。?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第7.2.5條規(guī)定，托梁墻計(jì)算地震組合內(nèi)力時(shí)，應(yīng)采用適宜的計(jì)算簡(jiǎn)圖。假設(shè)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

6、影響。因此，不能采用非抗震的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第7.2.5條的條文說(shuō)明中指出：大震時(shí)墻體嚴(yán)重開(kāi)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(shí)，假設(shè)計(jì)算系數(shù)不變會(huì)導(dǎo)致不平安，應(yīng)調(diào)整其計(jì)算參數(shù)。在托墻梁上部各層墻體不開(kāi)洞和跨中1/3范圍內(nèi)開(kāi)一個(gè)洞的情況下，也可采用折減荷載的方法：托墻梁彎矩計(jì)算時(shí)，四層以下全部計(jì)入，四層以上可有所折減，取不小于四層的數(shù)值計(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。亦可參考?建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)?(2023年第二版)第793頁(yè)提供的托墻梁的設(shè)計(jì)方法。1.3.6忽略?xún)?nèi)框架結(jié)構(gòu)必須考慮頂部的附加地震作用。

7、原因分析：多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)相對(duì)于其它多層砌體結(jié)構(gòu)的 剛度小，比擬空曠，地震時(shí)的變形亦會(huì)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(lèi)結(jié)構(gòu)的動(dòng)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，只有外縱墻或局部橫墻是多層砌體墻。而外縱墻上又有較 多的門(mén)窗洞口，對(duì)外墻削弱較多。因此形成比擬大的空間后它的柔度相對(duì)較大，地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)上部的變形較大，因而造成頂部結(jié)構(gòu)先破壞。改良措施：為了在計(jì)算地震作用時(shí)反映這一特點(diǎn)，也為了彌補(bǔ)按倒三角形分布地震作用的一般規(guī)律對(duì)內(nèi)框架不完全適用，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)

8、算時(shí)，增加一項(xiàng)頂部附加地震作用系數(shù)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(shí)際的震害相符。如圖1.3.6所示：1.3.7多層砌體房屋結(jié)構(gòu)抗震抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，當(dāng)某層或某些墻段不能滿(mǎn)足截面強(qiáng)度要求時(shí)，未采取有效措施加強(qiáng)。改良措施：多層砌體房屋中的局部墻段抗震抗剪強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，一般可以有五種方法來(lái)加強(qiáng)：(1)增加墻厚?？拐鹂辜魪?qiáng)度與截面大小有關(guān)，增加墻厚可以提高抗剪能力，同時(shí)，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(huì)增大結(jié)構(gòu)自重，加大了地震作用，同時(shí)材料上當(dāng)然也會(huì)增加。所以不是一種最好的方法，只在某些情況下能適用。(2)提高砌體強(qiáng)度。磚和砂漿強(qiáng)度的提高，直接會(huì)增大

9、截面抗震抗剪能力。但是，目前砌體標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)砂漿強(qiáng)度只給出M10砂漿時(shí)的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，而且明確大于M10的砂漿強(qiáng)度也只取到M10砂漿時(shí)的強(qiáng)度。在目前一些磚或混凝土砌塊的強(qiáng)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(hào)砂漿，提高砌體的抗震抗剪強(qiáng)度，滿(mǎn)足截面的強(qiáng)度驗(yàn)算要求。但目前因無(wú)這方面的數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)又無(wú)規(guī)定，所以只有進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)來(lái)求得數(shù)據(jù)，用于強(qiáng)度驗(yàn)算。(3)配置水平鋼筋。這也是?抗震標(biāo)準(zhǔn)?GB 50011第7.2.9條提出的一項(xiàng)措施。在砌體水平灰縫中配置一定數(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(yàn)研究根底上提出的方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，灰縫中的配筋率應(yīng)不小于0.07%且不大于0.1

10、7%。試驗(yàn)證明，當(dāng)水平配筋的數(shù)量小于截面配筋率的 0.07%時(shí)，此時(shí)雖有水平筋，但對(duì)提高抗剪能力并不明顯，因此不能考慮其作用。同時(shí)，試驗(yàn)也證明，當(dāng)在水平灰縫中配置的鋼筋過(guò)多(過(guò)密或過(guò)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(yàn)確定的配筋率上限值為0.17%。?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第7.2.9條的說(shuō)明還指出，采用水平配筋措施時(shí)，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)造柱或芯柱。在墻段兩端設(shè)置構(gòu)造柱是一種抗御地震時(shí)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

11、求和目的不同。?抗震標(biāo)準(zhǔn)?第7.2.8條第2款就是為了解決在驗(yàn)算截面抗震受剪能力時(shí)不能滿(mǎn)足承載力要求，作為一項(xiàng)新措施而提出的。?抗震標(biāo)準(zhǔn)?公式7.2.8-2中：V1/REcfVE(A-Ac)f1Ac0.08fyAs第一項(xiàng)為砌體截面本身能夠承當(dāng)?shù)氖芗舫休d力；第二項(xiàng)為構(gòu)造柱的混凝土局部承當(dāng)?shù)氖芗舫休d力；第三項(xiàng)為構(gòu)造柱內(nèi)的鋼筋所能承當(dāng)?shù)氖芗舫休d力。這是一個(gè)主要以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為主得到的經(jīng)驗(yàn)公式。試驗(yàn)證明，在一個(gè)墻段中，構(gòu)造柱包括鋼筋和混凝土所能承當(dāng)?shù)氖芗裟芰?yīng)有所限制。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(shí)對(duì)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(shí)又

12、解決墻段受剪承載力的缺乏。(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缺乏時(shí)，首先應(yīng)采取增加構(gòu)造柱和芯柱數(shù)量等措施，在缺乏以解決其承載力時(shí)，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(lái)提高整層或某些墻段的受剪承載能力。1.3.8磚墻中的水平配筋在墻體兩端沒(méi)有錨固。原因分析：水平配筋在提高墻段的抗剪承載力時(shí)，通過(guò)砌筑砂漿與磚及鋼筋的握裹力，對(duì)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

13、據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，鋼筋端部有無(wú)錨固對(duì)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。改良措施：當(dāng)墻段兩端有構(gòu)造柱時(shí)，應(yīng)將水平鋼筋錨入柱內(nèi)，按受拉筋的錨固長(zhǎng)度設(shè)置；當(dāng)墻段兩端無(wú)構(gòu)造柱或僅有一端有構(gòu)造柱時(shí)，可采用將無(wú)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(jì)中，因不甚了解構(gòu)造柱的破壞機(jī)理，無(wú)視構(gòu)造柱作為主要的抗震構(gòu)造措施的作用，未按標(biāo)準(zhǔn)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(méi)有切實(shí)可行的方法防止多層砌體房屋在地震中突然倒塌。唐山地震時(shí)全城幾乎所有的多層砌體房屋

14、都嚴(yán)重破壞和倒塌，造成生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。但是，在調(diào)查過(guò)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(shū)庫(kù)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(jì)研究院進(jìn)行了三幢不同構(gòu)造的整體房屋模型試驗(yàn)，模型比例按1/4， 利用激振設(shè)備模擬地震作用。三幢模型的設(shè)計(jì)是：一幢為普通的磚砌體結(jié)構(gòu)，除了有圈梁之外，沒(méi)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(gè)與墻同厚的 鋼筋混凝土柱，同時(shí)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

15、墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻延伸的交接處，表示對(duì)磚房的加固。我們?cè)囼?yàn)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(kāi)裂后沒(méi)有進(jìn)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(duì)房屋和墻體的剛度并不增加，其初裂荷載也無(wú)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(yàn)結(jié)果的根底上，向抗震標(biāo)準(zhǔn)編制組提出建議：在所有多層砌體房屋中設(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(yàn)也都進(jìn)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。改良措施：多年來(lái)的實(shí)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防止突然倒塌的危險(xiǎn)，是保證多層砌體房屋大震不倒

16、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(kāi)裂破壞了的墻體，使之不進(jìn)一步倒塌。從這一點(diǎn)出發(fā)，我們能夠更好地來(lái)理解和運(yùn)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)的一般裂縫的開(kāi)展，但是在墻體沿對(duì)角線的剪切裂縫較大并貫穿整個(gè)墻面，使墻體分為四大塊后，構(gòu)造柱能夠約束墻體的進(jìn)一步倒塌。1.4.2多層砌體房屋超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的層數(shù)和高度，誤用增加構(gòu)造柱來(lái)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(qiáng)抗剪能力，也不是為了解決超高和超層的問(wèn)題。提出此類(lèi)問(wèn)題的原因可能是受1978年抗震標(biāo)準(zhǔn)的影響。當(dāng)時(shí)由于唐山地震剛過(guò)，對(duì)構(gòu)造柱的認(rèn)識(shí)還是初步的

17、，因此在78標(biāo)準(zhǔn)中構(gòu)造柱作為一種超高建筑的加強(qiáng)措施，即一般多層砌體房屋沒(méi)有設(shè)置構(gòu)造柱的要求，僅當(dāng)不同設(shè)防烈度的房屋到達(dá)一定層數(shù)和高度時(shí)，才要求設(shè)置構(gòu)造柱，這是對(duì)構(gòu)造柱作用的初始認(rèn)識(shí)階段。改良措施：現(xiàn)行抗震標(biāo)準(zhǔn)已普遍提高了不同設(shè)防烈度區(qū)允許建造房屋的高度。因此，構(gòu)造柱的設(shè)置是普遍的要求和根本的構(gòu)造措施，不是解決房屋超高或超層的手段。1.4.3單層砌體房屋不應(yīng)按多層房屋的要求設(shè)置構(gòu)造柱。改良措施：?jiǎn)螌臃课菀话悴话ㄔ诙鄬悠鲶w房屋之列，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此亦無(wú)明確規(guī)定。對(duì)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(duì)待。比方，對(duì)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(duì)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。改良措施：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?抗震標(biāo)準(zhǔn)?GB 50011第7.3.2條第5款規(guī)定，需在房屋下部l/3樓層增設(shè)的構(gòu)造柱，當(dāng)延伸到上層的墻體時(shí)，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(shí)還能夠增強(qiáng)內(nèi)外墻、墻與墻的連接功能。這些也不能無(wú)視。因此，如果沿高度方向要減少構(gòu)造柱的數(shù)量時(shí)，一定要強(qiáng)調(diào)墻相互間的拉結(jié)措施，否那么是危