淺談多層砌體結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)

　　關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu);抗震性能;抗震概念設(shè)計(jì);抗震構(gòu)造措施

　　在地震力作用下,多層砌體結(jié)構(gòu)由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其抗拉、抗剪、抗彎強(qiáng)度及變形能力都比較低。震害調(diào)查顯示,在地震烈度7、8度區(qū),甚至在9度區(qū),磚砌體房屋只受到輕微破壞,甚至基本完好的房屋也不少。雖然地震造成房屋破壞的因素較多,但總的來(lái)說(shuō)有兩方面:一是地震烈度和場(chǎng)地的地質(zhì)條件;二是建筑物本身的抗震能力。多層砌體結(jié)構(gòu)震害調(diào)查表明,只要經(jīng)過(guò)合理的抗震設(shè)防,構(gòu)造措施得當(dāng),保證施工質(zhì)量,多層砌體結(jié)構(gòu)仍具有一定的抗震能力。

　　一、限制房屋層數(shù)和總高,合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置

　　為降低房屋可能受到的震害,新修訂的“建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)首先對(duì)多層砌體房屋的總高度和層數(shù)作了嚴(yán)格而明確的規(guī)定,并且作為強(qiáng)制性條文。隨著房屋層數(shù)的增多、總高度的增加,使多層磚房的彎曲變形增加、剪切變形減小。作為以抵抗剪切變形為主的磚墻體,由于彎曲變形的增加,其上部墻體的抗震效果降低,下部墻體的抗剪能力下降。為解決上述問(wèn)題,目前設(shè)計(jì)中通常采用增加構(gòu)造柱數(shù)量,增大圈梁、構(gòu)造柱的斷面及配筋,以及采用配筋砌體等措施。

　　另一方面,為了提高多層砌體磚房的抗震能力,加強(qiáng)其抗側(cè)剛度,房屋的高寬比應(yīng)符合“建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)第7.1.4條的要求。因?yàn)楦邔挶冗^(guò)大的房屋,當(dāng)?shù)卣鹆叶容^高時(shí),由于傾覆力矩引起的彎曲應(yīng)力較大,當(dāng)彎曲應(yīng)力超過(guò)砌體的抗拉強(qiáng)度時(shí),外墻將出現(xiàn)水平裂縫。

　　二、房屋的體型應(yīng)力求規(guī)整

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　　一般房屋的平面最好為矩形,縱橫墻的設(shè)置盡可能對(duì)稱于房屋平面的兩個(gè)主軸,且上下層墻體應(yīng)對(duì)齊。這樣遇地震時(shí)可使房屋能較好地保持協(xié)調(diào)一致,減少抗震不利環(huán)節(jié),抗震效果較好。如果房屋的質(zhì)量中心和剛度中心不重合,地震時(shí)將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用,使房屋的震害加重。如因特殊需要,要求布置成較復(fù)雜平面時(shí),則應(yīng)設(shè)置防震縫,將房屋分隔成若干獨(dú)立的單元,以減輕震害。此外,對(duì)位于松軟地基和不均勻多層土地基上的房屋,為提高其豎向剛度,減小地基在震前和震后累計(jì)產(chǎn)生的不均勻沉降,房屋的長(zhǎng)寬比值應(yīng)控制在3～4之內(nèi)。

　�。ǘ�）立面

　　震害調(diào)查表明,建筑立面上的不規(guī)則要比平面上不規(guī)則帶來(lái)的震害更嚴(yán)重。立面上各部分高差過(guò)大,或有局部突出的小建筑物,或剛度突變、質(zhì)量懸殊,地震時(shí)都易造成嚴(yán)重震害,甚至引起房屋倒塌。在磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不應(yīng)過(guò)度追求大開間、大門洞、大懸挑及階梯形。

　　三、縱橫墻體的合理布置和連接

　　磚砌體房屋中縱橫向的墻體應(yīng)對(duì)齊,使之與樓(屋)蓋形成空間剛度大、整體性好的空間單元,以提高房屋的整體抗剪能力�？v、橫墻對(duì)齊貫通,還能減少磚墻、樓板等受力構(gòu)件的中間傳力環(huán)節(jié),受力明確。在進(jìn)行地震內(nèi)力分析時(shí),減少了誤差。

　�。ㄒ唬�橫墻間距的限制

　　磚墻在平面內(nèi)的抗剪強(qiáng)度較大,但平面外的抗剪強(qiáng)度很低。因此,多層磚房的水平剪力主要由橫墻承擔(dān)。為了使大部分地震荷載由樓板傳遞給橫墻,要求樓板有足夠的剛度。為了防止因?yàn)闄M墻過(guò)大的變形,引起縱墻的破壞,除對(duì)橫墻進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算外,還需根據(jù)“規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)第7.1.5條的規(guī)定,限制橫墻間距。對(duì)于橫墻間距大于4.2ｍ的房間超過(guò)了樓層總面積的40%,且房屋總高度和層數(shù)接近“規(guī)范”限定值的多層普通磚、多孔磚的住宅樓,應(yīng)采取下列加強(qiáng)措施:

　　1)房屋的最大開間尺寸不宜大于6.6ｍ。

　　2)同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)橫墻錯(cuò)位數(shù)量不宜超過(guò)橫墻總數(shù)的1/3,且連續(xù)錯(cuò)位不宜多于兩道;錯(cuò)位的墻體交接處均應(yīng)增設(shè)構(gòu)造柱,且樓、屋面板應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。

　　3)橫墻和內(nèi)縱墻上洞口的寬度不宜大于1.5ｍ,外縱墻上洞口的寬度不宜大于2.1ｍ或?yàn)殚_間尺寸的一半,且內(nèi)外墻上洞口的位置,不應(yīng)影響外縱墻與橫墻的整體連接。

　　4)所有的縱橫墻,均應(yīng)在樓、層蓋標(biāo)高處設(shè)置加強(qiáng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁。圈梁的截面高度不宜小于150ｍｍ,上下縱筋各不應(yīng)少于3φ10,箍筋不小于φ6@300。

　　5)所有縱橫墻交接處及橫墻的中部,均應(yīng)增設(shè)滿足下列要求的構(gòu)造柱:在橫墻內(nèi)的柱距不宜大于層高,在縱墻內(nèi)的柱距不宜大于4.2ｍ。最小截面尺寸不宜小于240ｍｍ×240ｍｍ,配筋宜符合表1的要求。

　　6)同一結(jié)構(gòu)單元的樓、屋面板,應(yīng)設(shè)置在同一標(biāo)高處。

　　7)房屋底層和頂層的窗臺(tái)標(biāo)高處,宜設(shè)置沿縱橫墻通長(zhǎng)的水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶,其截面高度不小于60ｍｍ,寬度不小于240ｍｍ,縱向鋼筋不少于3φ6。

　　表1增設(shè)構(gòu)造柱的縱筋和箍筋的設(shè)置要求

　　（二）縱橫墻的連接

　　縱橫墻連接處的豎向裂縫,在歷次地震中屢見不鮮,嚴(yán)重時(shí)縱墻脫離橫墻而倒塌。為避免這種破壞,除必須同時(shí)咬槎砌筑外,在地震烈度為7度的地區(qū),長(zhǎng)度大于7.2ｍ的大房間、以及烈度在8度和9度的地區(qū),外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻的交接處,當(dāng)未設(shè)置構(gòu)造柱時(shí),應(yīng)沿墻高每隔500ｍｍ配置2φ6拉結(jié)鋼筋,并伸入墻內(nèi)每邊不小于1ｍ。值得一提的是,經(jīng)常見到一些多層住宅的用戶,在房屋裝修中為了把小房間改成大房間,隨意拆除房屋內(nèi)的墻體,使原來(lái)完整的墻體結(jié)構(gòu)受損�；�?yàn)榱藬U(kuò)大室內(nèi)空間,封上陽(yáng)臺(tái),打掉外縱墻,甚至在窗間墻上拆磚來(lái)擴(kuò)大窗洞寬度,破壞了原來(lái)連續(xù)的墻體,這將大大削弱結(jié)構(gòu)的空間剛度和房屋的整體性,留下隱患,對(duì)抗震十分不利。

　　四、有效設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁

　　（一）構(gòu)造柱

　　震害分析和試驗(yàn)研究表明,在多層磚砌體房屋的適當(dāng)部位設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱,并與圈梁連接使之共同工作,便可增加房屋的延性,提高房屋的整體性,防止或延緩在地震作用下房屋的突然倒塌,減輕房屋的損害程度.為了提高多層磚房的抗倒塌能力,抗震規(guī)范中根據(jù)抗震設(shè)防烈度、房屋高度和抗震薄弱部位的不同,規(guī)定多層磚房在一般情況下應(yīng)按“規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)第7.3.1條規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱。

　　鋼筋混凝土構(gòu)造柱雖然對(duì)提高磚房的受剪承載力作用有限,僅提高約10%～30%,但是對(duì)于墻體的約束和防止墻體開裂后磚的散落起到非常顯著的作用。構(gòu)造柱應(yīng)當(dāng)設(shè)置在震害較重、連接構(gòu)造比較薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。

　　（二）圈梁

　　鋼筋混凝土圈梁是增加墻體的整體連接、提高樓(屋)蓋剛度、限制墻體裂縫延展、提高房屋抗震能力的有效構(gòu)造措施。

　　從抗震的觀點(diǎn)分析,圈梁有以下幾項(xiàng)作用:

　　1)增強(qiáng)房屋的整體性.由于圈梁的約束作用,使樓蓋與縱橫墻構(gòu)成整體的箱形結(jié)構(gòu),防止預(yù)制樓板散開和磚墻倒塌,充分發(fā)揮各片墻體的抗震能力;

　　2)作為樓蓋的邊緣構(gòu)件,對(duì)裝配式樓蓋在水平面內(nèi)進(jìn)行約束,提高了樓板的水平剛度。保證樓蓋起到整體橫隔板的作用,以傳遞并分配層間的地震剪力;

　　3)在豎向平面內(nèi)與構(gòu)造柱一起對(duì)墻體約束,限制墻體斜裂縫的延展,且不延伸超出兩道圈梁之間的墻體,并減小裂縫與水平的夾角,保證墻體的整體性和變形能力;

　　4)提高墻體的抗剪能力,減輕地震時(shí)地基不均勻沉降與地表裂縫對(duì)房屋的影響,特別是屋蓋處和基礎(chǔ)頂面處的圈梁,具有提高房屋的豎向剛度和抗御不均勻沉陷的能力。

　　五、附屬構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的連接和錨固

　　對(duì)于女兒墻、出屋面煙囪、屋頂間等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,這類出屋面的房屋附屬物,地震反應(yīng)強(qiáng)烈,破壞率極高。在地震烈度為6度的地區(qū),高出屋面的塔樓、樓梯間、水箱間的墻面上出現(xiàn)交叉裂縫;屋面小煙囪、女兒墻的根部出現(xiàn)水平裂縫、錯(cuò)動(dòng)、甚至倒塌。7度、8度烈度區(qū),上述震害更加普遍和嚴(yán)重。而在地震低烈度區(qū),地震時(shí)的人員傷亡主要是由于房屋附屬物倒塌所致。

　　因此對(duì)于女兒墻、雨棚、挑檐等附屬構(gòu)件,應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接和錨固,以免地震時(shí)倒塌傷人,產(chǎn)生附加災(zāi)害。特別在人流出入口、通道等處,應(yīng)注意加強(qiáng)抗震措施.對(duì)雨棚、陽(yáng)臺(tái)、挑檐及挑梁,應(yīng)進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。樓層、屋面挑梁的入墻長(zhǎng)度應(yīng)分別為其懸挑長(zhǎng)度的1.2倍至2倍。挑梁、板的上部筋,伸入頂層支座后水平段剛好滿足錨固要求時(shí),應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃箦^固長(zhǎng)度或增加10倍鋼筋直徑的垂直段。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　重視抗震概念設(shè)計(jì),在確定房屋總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造中,遵守抗震設(shè)計(jì)的有關(guān)要求和合理原則,進(jìn)行必要的抗震驗(yàn)算,采取適當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施,保證施工質(zhì)量,才能使多層磚砌體房屋的抗震能力有所提高。