淺談砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震措施

黃文哲

摘 要：2008年5月12日，汶川大地震造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，在地震中對(duì)各類房屋建筑震害的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在高烈度區(qū)，理論上抗震性能較好的鋼筋砼結(jié)構(gòu)倒塌了，而抗震性能相對(duì)較差的砌體結(jié)構(gòu)卻裂而不倒，筆者就砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震措施談?wù)効捶ā?/p>

關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu)；房屋；抗震；措施

砌體結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，是當(dāng)前建筑工程中常用的結(jié)構(gòu)形式之一，在我國的各類建筑中占據(jù)著75%以上的比例。由于其原材料來源廣泛易于就地取材，具有良好的耐火性和耐久性，且保溫、隔熱等性能較好，砌體結(jié)構(gòu)在一定的適用范圍內(nèi)具有優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和良好的使用性能，在各類建筑與構(gòu)筑物中得到廣泛的應(yīng)用。但是砌體砂漿和塊體間的粘結(jié)力較弱，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等相比其整體性差。所以在砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工中要采取一定的措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，提高其抗震性能，使其更好為我們服務(wù)。

1 地震對(duì)砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞分析。

地震對(duì)建筑物的破壞作用主要是由于地震波在土中傳播引起強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)而造成的。由地震引起的建筑物破壞情況主要有受震破壞，地基失效引起的破壞和次生效應(yīng)引起的破壞。砌體結(jié)構(gòu)房屋受震害破壞的情況是，地震時(shí)，在地震的作用下，主要是水平地震作用影響下，砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞情況隨著結(jié)構(gòu)類型和抗震措施的不同而不同。對(duì)于多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋，當(dāng)水平地震作用沿著房屋的橫向時(shí)，水平地震作用主要通過樓蓋傳至橫墻，再傳至基礎(chǔ)和地基，這時(shí)橫墻主要受到剪切，當(dāng)?shù)卣鹱饔迷趬?nèi)產(chǎn)生的剪力超過砌體所能承擔(dān)的抗剪承載力時(shí)，墻體就會(huì)產(chǎn)生斜裂縫或交叉裂縫。當(dāng)水平地震作用沿著房屋的縱向時(shí)，它主要通過樓蓋傳至縱墻，再傳至基礎(chǔ)和地基，如果窗間墻很寬，縱墻將以剪切破壞為主，如果窗間墻很窄，就可能產(chǎn)生壓彎破壞。以上破壞屬于第一類破壞，又如內(nèi)外墻之間以及樓板與墻體之間缺乏可靠的連接，在地震時(shí)連接破壞房屋喪失了整體性，墻體發(fā)生了“出平向”的傾倒，樓板隨之由墻上滑落等。這種現(xiàn)象在地震中也是常見的，這種破壞屬于第二類破壞。

2 砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震措施。

2.1 對(duì)地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)嚴(yán)格要求。

2.1.1 同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上。

2.1.2 同一結(jié)構(gòu)單元宜采用同一類型的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面宜埋置同一標(biāo)高上，不然因地面運(yùn)動(dòng)傳遞到基礎(chǔ)不同標(biāo)高處而造成害。如設(shè)置在同一標(biāo)高困難時(shí)，則應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁并應(yīng)按1：2的臺(tái)階逐步放坡過渡，高差不宜有過大的突變。

2.1.3 在軟弱地基上的房屋應(yīng)在外墻及所有承重墻下增設(shè)圈梁以加強(qiáng)抵抗不均勻沉陷和增強(qiáng)房屋基礎(chǔ)部分的整體性。

2.2 砌體房屋的高度，寬度及橫墻間距的限制。多層砌體房屋的總高度和層數(shù)不宜超過規(guī)定的限制。為保證房屋的剛度，多層砌體房屋的總高度與總寬度的最大比值應(yīng)符合規(guī)定。多層砌體房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔(dān)，不僅要求橫墻具有足夠的承載力，而且樓蓋必須具有足夠的水平剛度，以便將地震力傳給橫墻。因此對(duì)橫墻最大間距應(yīng)加以限制。以使樓蓋滿足傳遞水平地震力所需的剛度要求。

2.3 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置。

2.3.1 結(jié)構(gòu)平、立面布置。多層砌體房屋的平、立面布置力求簡單、規(guī)整、對(duì)稱，最好為矩形，盡量減少平、立面上的局部突出，這樣可避免水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。在平面和立面上縱橫墻布置要均勻?qū)ΨQ，盡量各自貫通、對(duì)齊，同一軸線上窗間墻宜均勻。

2.3.2 墻體的布置。承重墻布置要簡單、規(guī)則縱墻有拉還，避免斷開和轉(zhuǎn)折。磚墻沿平面內(nèi)對(duì)齊、貫通能減少磚墻、樓板等受力構(gòu)件的中間環(huán)節(jié)，使可能的震害部位減少，震害程度減輕，同時(shí)，由于地震作用傳力路線簡單，中間不間斷，構(gòu)件受力明確，其簡化的地震作用分析能較好地符合地震作用的實(shí)際。每隔一定距離位置設(shè)置一道橫墻，將內(nèi)外縱墻拉結(jié)在一起，形成空間受力體系，增加房屋的空間剛度。承重墻所承受的荷載力求明確，荷載傳遞的途徑應(yīng)簡捷、直接。當(dāng)墻體有門窗可各種管道的洞口時(shí)，應(yīng)使各層洞口上下對(duì)齊，有助于各層荷載的直接傳遞。結(jié)合樓蓋、屋蓋的布置，使墻體避免承受偏心距過大的荷載或過大的彎矩。房屋的縱向地震作用分至各縱軸后，其外縱墻的地震作用還要按各窗間墻的側(cè)移剛度再分配。由于寬窗間墻的剛度比窄窗間墻的剛度大很多，往往承受較多的地震作用而遭破壞，因高寬比大于4的墻垛其承載力更差，已先遭破壞，對(duì)于寬窄差異較大的外縱墻，易使窗間墻被各個(gè)擊破，降低了外縱墻和房屋縱向的抗震能力。因此，要求同一軸線的窗間墻寬度均勻，盡量做到等寬度。在陽臺(tái)和窗之間留一個(gè)240mm寬的墻垛等做法不利于抗震，宜采取門連窗的做法。縱橫墻豎向應(yīng)上、下連續(xù)，不宜采用上剛下柔的結(jié)構(gòu)。房屋的縱橫墻沿上下連續(xù)貫通，可使地震作用的傳遞路線更為直接合理。如果使用功能不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)將大房間布置在頂層。若大房間布置在下層，則相鄰上面橫墻承擔(dān)的地震剪力，只有通過圈梁傳遞至下層兩旁的橫墻。這就要求樓板有較大的剛度。從房屋縱橫墻的對(duì)稱要求來看，大房間宜布置在房屋的中部，不宜布置在端頭。

2.3.3 防震縫的設(shè)置。

當(dāng)房屋平面或立面形狀復(fù)雜時(shí)，可用防震縫把房屋分成若干個(gè)規(guī)則簡單的體系的組合。大量的震害表明，由于地震作用的復(fù)雜性，體形不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)遭受的破壞較體形對(duì)稱的結(jié)構(gòu)要重一些。但是，由于防震縫在不同程度上影響建筑立面的效果并影響工程造價(jià)，應(yīng)根據(jù)建筑的類型、結(jié)構(gòu)體系以及不同的地震烈度等區(qū)別對(duì)待。規(guī)范的原則確定為，當(dāng)建筑物形狀復(fù)雜而又不設(shè)防震縫時(shí)，應(yīng)選取符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行精細(xì)抗震分析，估計(jì)局部應(yīng)力和變形及扭轉(zhuǎn)影響。判別易損部位并采用加強(qiáng)措施。當(dāng)設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)將建筑物分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。對(duì)于多層砌體房屋，當(dāng)有下列情況之一時(shí)，宜設(shè)置防震縫。房屋的立面高差在6m以上的，房屋有錯(cuò)層，且樓板高差較大，各部分結(jié)構(gòu)剛度質(zhì)量截然不同。防震縫應(yīng)沿房屋全高設(shè)置，基礎(chǔ)可不分開。

2.3.4 樓梯間的設(shè)置。

樓梯間空間剛度較差，不宜設(shè)在房屋的盡端或平面轉(zhuǎn)角處。由于水平地震作用為橫向和縱向兩個(gè)方向，所以在多層砌體房屋轉(zhuǎn)角處縱橫兩個(gè)墻面常出現(xiàn)斜裂縫。不僅房屋兩端的兩個(gè)外墻角容易發(fā)生破壞，而且平面上的其他凸出部位的外墻陰角同樣容易破壞。樓梯間比較空敞，頂層外墻的無支承高度為一層半，在地震中的破壞比較嚴(yán)重，尤其是樓梯間設(shè)置在房屋盡端或房屋轉(zhuǎn)角部位時(shí)其震害更為劇烈。

2.4 鋼筋混凝土構(gòu)造柱設(shè)置。

在多層砌體結(jié)構(gòu)房屋中設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱是一項(xiàng)非常有效的抗震措施。構(gòu)造柱不但使砌體房屋承受變形的件大為改善，而且使已開裂的墻體的位移受到限制，從而提高房屋抗震性能。試驗(yàn)研究表明，構(gòu)造柱對(duì)墻體的開裂強(qiáng)度無明顯的提高 ，對(duì)墻體的抗剪強(qiáng)度約可提高10%-30%左右。提高幅度與墻高寬比，豎向壓力和開洞情況有關(guān)。但是直至破壞，構(gòu)造柱始終與墻體結(jié)合在一起共同工作。對(duì)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性效果良好；同時(shí)，構(gòu)造柱是在墻體破壞之后，水平地震又將大為降低。因此構(gòu)造柱也必使用大的截面， 或配置過多的鋼筋來提高它本身的抗剪能力。根據(jù)多層砌體磚房抗震實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)造柱一般應(yīng)設(shè)置在害較生、連接構(gòu)造比較薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。

2.5 鋼筋混凝土圈梁的設(shè)置。設(shè)置鋼筋混凝 圈梁可以加強(qiáng)多層磚房縱橫向各墻體間連接，增強(qiáng)房屋的整體性和剛度。圈梁形同一個(gè)箍緊樓、屋蓋水平橫箍；圈梁連同構(gòu)造柱一起，加強(qiáng)了樓屋蓋、墻體的整體性穩(wěn)定性，以約束墻體裂縫的開展，使之有較好的變形能力，有效提高了房屋的抗震性能。因此設(shè)置圈梁是多層磚砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震的重要措施。圈梁還可以緩解因地震和其他因素引起的不均勻沉降對(duì)房屋帶來的破壞。