多层砖混结构住宅条形基础宽度设计的调整

1多层砖混结构住宅条形基础宽度设计的调整1前言砖混结构是目前广泛采用的一种结构型式，设计人员往往认为其结构型式简单，重视不够，计算不认真，以致引起一系列问题，甚至酿成严重质量事故。首先，不少项目在缺少必要的地质勘察资料下凭经验或盲目进行基础设计，其后果是建筑物沉降过大或不均匀沉降，甚至开裂、倾斜，或过于保守，导致浪费严重。其次，对变形缝设置不按规定，亦无相应技术措施，对墙体稳定和强度不作必要的验算，或仅按建筑设计作粗略估算，造成结构隐患。其三，在钢筋混凝土梁、板设计计算方面，忽视刚度要求，挠跨比偏小；承载力计算一般只注意正截面的要求，忽视了斜截面承载力和构造要求。对房屋抗震要求，如圈梁、构造柱的布置等，普遍不够重视。以上通病，在国家颁发的相关规程、规范中均有明确规定，是属于有法不依、有章不循的问题，设计人员对此必须引起重视，认真学习规范，严格执行规范要求。但也有一些问题，规范尚未涉及，而按常规方法设计计算在某些情况下，会降低建筑的安全度，在此笔者提出与同行作一探讨。2工程简介和基础设计5层坡屋面砖混结构住宅楼，层高均为3m，另架空层层高2.2m，基础埋深Ｈ＝1.5m，地基承载力Ｒk＝150kN/m2。(1)基础宽度设计问题：砖混结构条形基础宽度在设计中一般是根据各墙段在基础顶面的竖向荷载和已知的地基承载力沿基础长度方向取1m长来计算确定的。这种常规设计方法虽简单方便，但由于基础纵横交叉处底面积重叠，用上述方法确定的基础宽度所构成的基底面积将小于实际所需的基底面积。当地基承载力较低，基础宽度较大时，问题更加突出，应该对基底宽度进行合理的调整。(2)按常规方法分析计算基底宽度：将纵横基础交叉点定义为节点，每个节点的范围为开间方向相邻墙体中心线间的距离及进深方向相邻墙体中心线间的距离。假定条形基础的中心线与各墙体的中心线重合，并把节点分类为角节点1、边节点2、中节点3，则按常规方法求得各墙段的基础宽度分别为Ｂ1＝1.39m，Ｂ2＝1.88m，Ｂ３＝0.31m，Ｂ4＝0.88m和Ｂ５＝1.48m。2：由Ｂ2、Ｂ4构成的节点基底面积Ａ１＝Ｂ2(2.25＋Ｂ4／2）＋Ｂ4（1.8－Ｂ2／2）×2＝1.88×(2.25＋0.88/2)＋0.88×(1.8－1.88/2)×2＝6.57m2；边节点范围内基础顶面荷载合力Ｐ＝1.8×106×2＋2.25×226＝890.1kN；Ｐ作用下边节点范围内实际所需的基底面积A＝P/f０＝890.1/120＝7.42m2。因此，按常规设计方法所得的基底面积与实际所需基底面积相比缺少ΔＡ＝Ａ－Ａ１＝7.42－6.57＝0.85m2，即有ΔＡ／Ａ＝0.85/7.42＝12%。3，可得其Ａ１＝8.59m2，Ｐ＝1227kN，Ａ＝10.23m2，因而ΔＡ＝1.64m2，ΔＡ／Ａ＝16%；对于角节点1，可得其Ａ１＝4.71m2，Ｐ＝566kN，Ａ＝4.71m2，因而ΔＡ＝0。由此可见，角节点的基底自然增补面积与重叠面积相等，所以按常规设计方法所得的角节点的基底面积与实际所需基底面积相等。在考虑基础宽度调整时，只需调整边节点和中节点即可。(3)基础宽度调整方法：由于条形基础纵横交叉处面积重叠，按常规方法计算的基底宽度所构成的基底面积比实际所需的基底面积减少了ΔＡ，应对基底宽度进行调整。一般情况下，砖混结构条形基础按地基反力均匀分布进行设计，且在设计中假定“基底总面积的形心与基底总荷载合力的重心相重合”，因此，不必考虑荷载偏心的影响，只需考虑力的竖向平衡。所以在A１中补足ΔA时，可根据竖向静力平衡的原理按节点各墙段的竖向荷载的合力与节点荷载总合力的比值将ΔA分配到各个墙段相应的基底面积中去。2、ΔA4：ΔA2＝(2.25×226)×ΔＡ／Ｐ＝(2.25×226)×0.85/890.1＝0.486m2，ΔＡ4＝(1.8×106)×ΔＡ／Ｐ＝(1.8×１０６）×0.85/890.1＝0.182m2；设上述补足的面积ΔＡ2、ΔＡ4转化为各墙段原有基础增加的宽度相应为ΔＢ2、ΔＢ4，则ΔＢ2(2.25－Ｂ4／2）＝ΔＡ2，得ΔＢ2＝0.27m，故ΔＢ2／Ｂ2＝0.27/1.88＝14%；(ΔＢ4／2）×(1.8＋1.8－B2/2)＝ΔＡ4，得ΔＢ4＝0.14m，故ΔＢ4／Ｂ4＝0.14/0.88＝16%。在用上述方法计算时，小黑块面积被重复计算，由于值很小，对工程设计影响不大，可忽略不计。调整后，边节点基底宽度分别为：Ｂ2′＝Ｂ2＋ΔＢ2＝1.88＋0.279＝2.15m，Ｂ4′＝Ｂ4＋ΔＢ4＝0.88＋0.14＝1.02m。12%，B2增加幅度为14%，B4增加幅度为16%。调整后边节点的基底面积Ａ′＝2.15×(2.25＋1.02/2)＋1.02×（1.8－2.15/2)＝7.413m2≈Ａ＝7.42m2，即调整后基底面积与实际所需的基底面积很接近。2＝0.68m2，ΔＡ５＝0.43m2，ΔＡ３＝0.10m2。将补足的面积转化为各墙段相应的增加宽度：ΔＢ2＝0.45m，ΔＢ2／Ｂ2＝0.45/1.88＝24%；ΔＢ３＝0.08m，ΔＢ３／Ｂ３＝0.08/0.31＝26%；ΔB５＝0.34m，ΔＢ５／Ｂ５＝0.34/1.48＝23%。3结论(1)由于角节点处按常规方法求得的基底宽度所构成的基底面积与实际所需的基底面积相等，因而不需调整，只需调整边节点和中节点即可。(2)边节点、中节点按常规方法求得的基底面积比实际所需基底面积分别缺少12%和16%；基底宽度的调幅对节边点15%左右，而对中节点的调幅23%左右，且并非原来宽度大的基础调整幅度也大。因此，按常规方法求得的砖混结构条形基础由于节点处纵横交叉重叠，使基底面积减少，应对基底宽度进行合理的调整。当地基承载力较低，基底宽度较大时，基底宽度调整问题更应引起重视。多层砖混结构房屋的抗震设计探讨2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)房屋类别最小厚度（毫米）烈度6789高度层数高度层数高度层数高度层数多层砌体普通砖多孔砖多孔砖小砌砖240240190190242121218777212118217767181815186656121244底部框架抗震墙多排柱内框架240240221675221675191364(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3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如2Φ6@500，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