淺談多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì)

隋翔宇

1 概述

2010年 4月 14日早晨 7點(diǎn) 49分左右，青海省玉樹藏族自治州玉樹縣發(fā)生7.1級地震，這是 2008年汶川大地震后又一次大地震。中國地震臺網(wǎng)中心稱，這次地震的發(fā)生標(biāo)示著我國有可能進(jìn)入新的地震活躍時段。從這兩次地震的經(jīng)驗(yàn)告訴我們:抓好抗震設(shè)防地區(qū)建設(shè)工程的抗震設(shè)計(jì)，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。

目前，在我國城鎮(zhèn)民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的仍占90%以上;尤其鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的校舍多為多層磚混結(jié)構(gòu)，所以，砌體結(jié)構(gòu)房屋仍是我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋建筑的主體。從兩次地震報(bào)道中看，砌體房屋在地震中的震害又是極為嚴(yán)重的。砌體房屋之所以地震破壞比例如此大，主要原因是磚砌體是一種脆性結(jié)構(gòu)，其抗拉和抗剪能力均低，在強(qiáng)烈地震作用下，磚結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性的剪切破壞，從而導(dǎo)致房屋的破壞和倒塌。往往在多層砌體房屋的設(shè)計(jì)中，根據(jù)功能要求，又經(jīng)常要求大開間、大門洞、大懸挑，甚至通窗效果等，這又大大削弱了房屋的抗震能力。

2 目前多層磚房抗震設(shè)計(jì)中存在的一些問題

1)隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，臨街磚房為滿足商業(yè)功能要求，底層往往為“商業(yè)店鋪”，高度超限。

2)在多層砌體房屋中，底層或頂層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)磚混商品住宅中為追求較高的采光及通透性，往往布置大開間和大門洞，為增加客廳面積懸挑大陽臺;縱、橫墻沿平面布置無法對齊等。

3 多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)

1)加強(qiáng)多層砌體房屋的縱向抗震能力。

隨著住宅商品化和住宅功能要求的提高，使得一些多層砌體住宅房屋的客廳增大，個別的設(shè)計(jì)方案和實(shí)際工程在客廳開間的外縱墻沒有設(shè)置，形成構(gòu)造柱、圈梁與陽臺門相連，使得外縱墻的開洞率大于 55%。多層砌體房屋的抗震性能主要依靠砌體墻，而地震作用在水平面是兩個方向的，房屋的縱向相對于橫向弱的多，在地震作用下一般會率先破壞，而縱墻又是橫墻的支承體系，所以縱墻的破壞直接就會導(dǎo)致房屋的整體破壞;另外，在一個開間內(nèi)缺少了外縱墻，則會使在該外縱墻的傳力間斷，導(dǎo)致傳力二次分配，對該開間的其他縱墻也會形成增大地震作用等不利影響。

2)采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。

墻體布置應(yīng)滿足地震作用有合理的傳遞途徑。由于橫墻開洞少，又有縱墻作為側(cè)向支承，所以橫墻承重的多層砌體結(jié)構(gòu)具有較好的傳遞地震作用的能力。而縱橫墻共同承重的房屋既能比較直接的傳遞橫向地震力，也能直接或通過縱橫墻的連接傳遞縱向地震作用。所以，從合理的地震作用傳遞途徑分析，宜優(yōu)先采用縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，盡量避免采用縱墻承重的結(jié)構(gòu)體系。

3)合理布置平、立面，適當(dāng)設(shè)置防震縫。

在現(xiàn)實(shí)情況中，往往由于場地條件和功能要求的限制，合理的進(jìn)行平面立面布置就顯得尤為重要。建筑平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，平面形狀應(yīng)具有良好的整體作用，樓梯間不宜設(shè)在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處，建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，墻體沿豎向布置上下應(yīng)連續(xù)，避免抗側(cè)力構(gòu)件的承載力突變。8度和9度時，當(dāng)房屋的立面高差較大、錯層較大和質(zhì)量及剛度截然不同時，宜采用防震縫將結(jié)構(gòu)分割成平面和體形規(guī)則的獨(dú)立單元。當(dāng)建筑形狀復(fù)雜而又不設(shè)防震縫時，應(yīng)選取符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，認(rèn)真進(jìn)行抗震分析，對薄弱構(gòu)件及部位采取加強(qiáng)措施。

4)在多層砌體屋抗震設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行抗震計(jì)算。

抗震計(jì)算是抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分，是保證滿足抗震承載力的基礎(chǔ)。在多層磚房的抗震計(jì)算中，水平地震力作用計(jì)算可根據(jù)房屋的平、立面情況采用不同的方法。對于平、立面布置規(guī)則和結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件在平、立面布置均勻的可采用底部剪力法;對于立面布置不規(guī)則的宜采用振型分解反應(yīng)譜法;對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房，宜采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。

4 多層砌體房屋設(shè)計(jì)應(yīng)采取有效的抗震構(gòu)造措施

1)鋼筋混凝土構(gòu)造柱的設(shè)置。

構(gòu)造柱雖然對于提高磚墻的受剪承載力有限，據(jù)國內(nèi)外的模型試驗(yàn)，大體提高 10%～20%，但對墻體的約束和防止墻體開裂后磚的散落能起到非常顯著的作用，如果再和圈梁有效地結(jié)合起來，即通過構(gòu)造柱和圈梁把墻體分片約束，有效的限制開裂后砌體裂縫的延伸和砌體的錯位，使磚墻能維持豎向承載力，并能繼續(xù)吸收地震的能量，避免和延遲墻體的倒塌。構(gòu)造柱的設(shè)置部位截面尺寸應(yīng)按照烈度、高度以及結(jié)構(gòu)類型不同，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2008版)表 7.3.1的要求設(shè)置。鋼筋混凝土構(gòu)造柱與墻體的連接處宜砌成馬牙槎，并應(yīng)沿墻高每隔 500mm設(shè)拉結(jié)鋼筋，每邊伸入墻內(nèi)不宜小于 1m。構(gòu)造柱應(yīng)與圈梁連接，構(gòu)造柱的縱筋應(yīng)穿過圈梁的主筋，保證構(gòu)造柱縱筋上下貫通。構(gòu)造柱可不設(shè)單獨(dú)基礎(chǔ)，但應(yīng)伸入室外地面下 500mm，或錨入淺于 500mm的基礎(chǔ)圈梁內(nèi)。對于有個別情況基礎(chǔ)圈梁與防潮層相結(jié)合，其圈梁標(biāo)高已高出地面，在這種情況下構(gòu)造柱應(yīng)符合伸入地面下 500 mm的要求。

2)鋼筋混凝土圈梁的功能與要求。

鋼筋混凝土圈梁是多層砌體結(jié)構(gòu)房屋有效的抗震措施之一，尤其與構(gòu)造柱結(jié)合配置，能起到相當(dāng)?shù)淖饔?。第一，圈梁能夠增?qiáng)房屋的整體性，由于圈梁的約束，預(yù)制樓板以及磚墻平面倒塌的危險性大大減小了，而且通過圈梁，能夠使縱橫墻形成一個箱形結(jié)構(gòu)，充分的發(fā)揮各面磚墻的支承作用，提高在平面內(nèi)抗剪承載力;第二，圈梁作為樓屋蓋的邊緣構(gòu)件，提高了樓板的水平剛度，使局部地震作用能夠分配給較多的縱橫墻承擔(dān)，也減輕了大房間縱、橫墻平面外破壞的危險性;第三，圈梁還能和構(gòu)造柱一起限制墻體斜裂縫的開展和延伸，使磚墻裂縫僅在兩道圈梁之間的墻段發(fā)生，斜裂縫的水平夾角減小，磚墻的抗剪承載力得以充分的發(fā)揮和提高。為了更好的發(fā)揮鋼筋混凝土圈梁與構(gòu)造柱共同作用的效果，應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2008版)的要求，按照不同的烈度采取相應(yīng)的設(shè)置。另外，縱墻承重的多層砌體房屋中，圈梁沿抗震橫墻上的間距應(yīng)比橫墻承重的多層砌體房屋中的圈梁間距要適當(dāng)加密。

3)多層砌體房屋各構(gòu)件間的抗震構(gòu)造連接也是抗震的關(guān)鍵之一。

抗震構(gòu)造連接的部位較多，重要部位的連接措施有下列幾項(xiàng)。首先，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(配 4Φ10縱筋)與構(gòu)造柱連接。7度時長度大于 7.2m的大房間以及 8度和 9度時，外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處，當(dāng)未設(shè)構(gòu)造柱時，應(yīng)沿墻高每隔 500mm設(shè) 2φ6拉結(jié)鋼筋，每邊伸入墻內(nèi)不小于 1m。凸出屋面的樓梯間等，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，可采取上述抗震措施。

4)多層砌體房屋。

懸臂構(gòu)件的連接也是抗震的關(guān)鍵之一，6度～8度時，240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過 0.5m，當(dāng)超過時，女兒墻應(yīng)按抗震構(gòu)造圖集要求采取穩(wěn)定措施。女兒墻的計(jì)算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起，當(dāng)屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結(jié)時，計(jì)算高度可從板面算起。懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于 1.8m，不應(yīng)大于2m。不應(yīng)采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。

5 結(jié)語

多層砌體房屋目前在我國城鄉(xiāng)建設(shè)中仍占據(jù)很大部分，又是人類活動和生活的主要場所。因此，加強(qiáng)多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì)，重視多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì)中的各個環(huán)節(jié)，就能使多層砌體房屋在地震災(zāi)害來臨時，最大可能的減少生命和財(cái)產(chǎn)的損失。

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2008版)[S].

[2] 國振喜.混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[3] GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 周炳章.砌體房屋抗震設(shè)計(jì)[M].北京:地震出版社，1991.