摘要: 磚混結(jié)構(gòu)由于選材方便、施工簡單、工期短、造價低等特點, 多年來磚混房屋是我國當(dāng)前建筑中使用最廣范的一種建筑形式;其 中民用住宅建筑中約占90% 以上。磚混結(jié)構(gòu)多采用粘土磚和混合砂漿砌筑,通過內(nèi)外磚墻的咬砌達(dá)到具有一定整體連接性的目的。根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,結(jié)合自身設(shè)計的實踐經(jīng)驗,對當(dāng)前多層磚房抗震設(shè)計中存在的主要問題、設(shè)計要點作了簡要的分析。
關(guān)鍵詞:建筑磚混結(jié)構(gòu)、抗震設(shè)計要點、存在的問題
一、前言
多層磚混砌體房屋在歷次地震中的震害相當(dāng)嚴(yán)重,根據(jù)震害資料統(tǒng)計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此之大,主要是在強烈地震作用下,磚結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性剪切破壞,從而導(dǎo)致房屋的破壞和倒塌。因此,加強抗震設(shè)防地區(qū)建設(shè)工程的抗震設(shè)計,改善砌體結(jié)構(gòu)延性,提高房屋的抗震性能具有極其重要的意義,是減輕未來地震災(zāi)害損失最積極、最有效和最根本的措施。
二、目前多層磚房抗震設(shè)計中存在的主要問題
1)在城市住宅磚房建設(shè)中,房屋超高或超層時有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У?rdquo;的磚房高度超過限值1.0m以上。
2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結(jié)構(gòu)體系,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋混凝土內(nèi)框架結(jié)構(gòu),有的僅將構(gòu)造柱和圈梁局部加大,當(dāng)作框架結(jié)構(gòu)。
3)在住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺做成大懸挑(懸挑長度大于2.0m)以延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時也不采取加強措施。住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復(fù)雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等。
4)在多層磚房抗震設(shè)計中,未作抗震承載力計算,僅作工程類比,加之缺乏工程經(jīng)驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠(yuǎn)。
5)多層磚房抗震設(shè)計中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。
三、多層磚房抗震設(shè)計的要點
3.1 科學(xué)布局建筑平面和立面
建筑平面和立面的規(guī)整性是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個十分重要的內(nèi)容?拐鹪O(shè)計中,建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規(guī)則,結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。對于結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則的房屋重心與剛度中心往往不容易重合,在地震作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng),大大加劇地震的破壞力度。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕,房屋重心盡可能降低,避免采用錯落的立面,凸出屋面建筑部分的高度不應(yīng)過高,以免地震時發(fā)生鞭梢效應(yīng),同時應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)豎向強度和剛度的均勻性。在實際工程設(shè)計中,應(yīng)盡可能兼顧建筑造型,又滿足使用功能要求的前提下,將平面布置、立面外觀造型設(shè)計得較為規(guī)整、簡潔、美觀大方,同時又能有效地提高工程的抗震性能。
3.2 砌體房屋的總層數(shù)及總高度不應(yīng)該超限值
經(jīng)歷次震害證明,房屋的層數(shù)越多,高度越高,它的地震破壞程度越大,所以控制磚砌體房屋的總高度及總層數(shù)對減少地震時帶來的震害有很大的作用。根據(jù)GB50011-2010現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范對多層砌體房屋的總高度和總層數(shù)有了強制性規(guī)定。樓蓋重量占房屋總重的一半左右,房屋總高度相同時,多一層樓蓋就意味著增加半層樓的側(cè)向地震作用,同時加大對底部的傾覆力矩。在中、強地震作用下,因傾覆力矩過大,使得底部墻體產(chǎn)生過大的壓力或剪力而被破壞。故減輕自重、減少層數(shù)、降低層高是削弱地震影響的有效途徑之一。
3.3 增強砌體房屋的剛度及整體性
房屋是由縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系,其抗震能力的強弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。剛性樓蓋是各抗側(cè)力構(gòu)件按各自側(cè)移剛度分配地震作用的保證,F(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好、水平剛度大的優(yōu)點,是較理想的抗震構(gòu)件,不但可消除滑移、散落問題,增加房屋的整體性,增大樓板的剛度,而且對平面上墻體對齊的要求也可予以適當(dāng)放寬,因作為以剪切變形為主的砌體結(jié)構(gòu),層間變形是可控制的。較強的樓板及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件,在平面上,當(dāng)上下墻體不對齊時,現(xiàn)澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用,同時樓、屋蓋現(xiàn)澆增加了樓板對墻體的約束。
3.4 增加墻承載體面積和提高砂漿強度
多層磚混房屋的抗震能力與墻體面積大小及砂漿強度等級高低成正比,增加墻體承載面積、提高砂漿強度等級能有效地提高房屋的抗震能力,是減輕震害的有效途徑之一。特別是樓房底部第一層的地震作用力較大,是最薄弱層,應(yīng)注意增加墻體的承載面積或提高砂漿的強度等級,如將部分240mm寬的承重墻改為360mm寬的墻,或?qū)⑸皾{強度等級由M5提高到M10,則能明顯提高房屋的整體抗震能力。有資料表明,多層磚結(jié)構(gòu)房屋在8度,9度地區(qū),底層最低應(yīng)采用M10砂漿,在6度,7度地區(qū),底層最低應(yīng)采用M7.5砂漿。
3.5 有效設(shè)置房屋圈梁和構(gòu)造柱
圈梁是多層磚混結(jié)構(gòu)樓房提高抗震能力的又一有效技術(shù)措施。在多層磚混房屋中設(shè)置沿樓板標(biāo)高的水平圈梁,可加強內(nèi)外墻的連接,增強房屋的整體性。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),能有效地約束預(yù)制板的散落,使磚墻處平面倒塌的可能性大大降低,以充分發(fā)揮各片墻體的抗震能力。圈梁作為邊緣構(gòu)件,對裝配式樓、屋蓋在水平面內(nèi)進(jìn)行約束,可提高樓蓋、屋蓋的水平剛度,同時能保證樓蓋一整體橫隔板的作用。圈梁與構(gòu)造柱一起對墻體在豎向平面內(nèi)進(jìn)行約束,限制墻體裂縫的開展,且不延伸超出兩道圈梁之間的墻體,并減小裂縫與水平面的夾角,保證墻體的整體性和變形能力,提高墻體的抗剪能力。設(shè)置圈梁還可以減輕地震時地基不均勻沉陷與地表裂縫對房屋的影響,特別是屋蓋和基礎(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。磚墻增設(shè)構(gòu)造柱能提高磚混房屋的延性,發(fā)揮防止磚砌體側(cè)向擠出塌落的約束作用,使砌體的抗剪承載力提高10%~30%,提高砌體的變形能力,是有效的抗倒塌措施。另外,在多層磚混房屋中合理地設(shè)置構(gòu)造柱,能起到增強房屋整體性的作用,還可以利用其塑性變形和滑移摩擦來消耗地震能量,從而大大提高抗震能力。
四、 加強抗震構(gòu)造連接
1)構(gòu)造柱與樓、屋蓋連接。當(dāng)為裝配式樓、屋蓋時,構(gòu)造柱應(yīng)與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設(shè)圈梁);當(dāng)為現(xiàn)澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設(shè)240mm×120mm拉梁與構(gòu)造柱連接。2)構(gòu)造柱與磚墻連接。構(gòu)造柱與磚墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設(shè)拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1.0m。3)墻與墻的連接。層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處未設(shè)構(gòu)造柱時,應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1.0m。4)屋頂間的連接。突出屋面的樓梯間等,構(gòu)造柱應(yīng)從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構(gòu)造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。5)后砌體的連接。后砌的非承重砌體隔墻,應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)拉結(jié)鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內(nèi)不小于0.5m。
6)欄板的連接。磚砌欄板應(yīng)配水平鋼筋,且壓頂臥梁應(yīng)與混凝土立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構(gòu)造柱。7)構(gòu)造柱底端連接。構(gòu)造柱可不單獨設(shè)基礎(chǔ)(承重構(gòu)造柱除外),但應(yīng)伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
五、結(jié)語
多層磚混結(jié)構(gòu)房屋可以通過建筑上的合理布局,結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造措施等多種方法來彌補砌體房屋脆性材料在抗震方面的不足,從而滿足抗震要求。在抗震設(shè)計時體現(xiàn)以預(yù)防為主的設(shè)計思想,達(dá)到“小震不壞,中震可修,大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。