多層砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計要求

毛光明 (荊州市江漢建筑工程施工圖設(shè)計審查事務(wù)所,湖北荊州434000)

1 地震對多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞分析

在地震作用 (主要是水平地震作用的影響)下,多層砌體結(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。主要有如下2種[1]。

1.1 由結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載力不足而引起的破壞

當水平地震作用沿著房屋的橫向?qū)Ψ课莓a(chǎn)生影響時,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,這時橫墻主要承受剪切,當?shù)卣鹱饔迷趬?nèi)產(chǎn)生的剪力超過砌體抗剪承載力時,墻體就會產(chǎn)生斜裂縫或交叉裂縫;當水平地震作用沿著房屋的縱向?qū)Ψ课莓a(chǎn)生影響時,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,就會產(chǎn)生壓彎破壞。

1.2 由構(gòu)件間連接不牢而引起的破壞

有些結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸并不小,承載力是足夠的,但由于連接不牢、支撐系統(tǒng)不完善,整體性差而導致破壞。這種現(xiàn)象在地震時也是常見的,如縱橫墻連接不牢以及樓板與墻體之間缺乏可靠的連接造成縱墻外閃,甚至成片塌落。

2 抗震設(shè)計要求

2.1 建筑體型和結(jié)構(gòu)布置

1)平、立面布置和防震縫的設(shè)置 多層砌體房屋的平、立面布置力求簡單、規(guī)整;盡量減少平面上凹凸曲折、立面上的高低錯落與局部的突出、錯層;縱橫墻要均勻、對稱、貫通,避免水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響和鞭梢效應(yīng)。

當房屋平面或立面形狀復(fù)雜時,可用防震縫把房屋分成若干個規(guī)則簡單的體系的組合。由于地震作用的復(fù)雜性,體形不對稱的結(jié)構(gòu)遭受的破壞較體形對稱的結(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,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)別對待。房屋的立面高差在6m以上,房屋有錯層,樓板高差較大,各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同時,宜設(shè)置防震縫。防震縫應(yīng)沿房屋全高設(shè)置。當建筑物形狀復(fù)雜而又不設(shè)防震縫時,應(yīng)選取符合實際的結(jié)構(gòu)計算模型,進行精細抗震分析,估計局部應(yīng)力和變形及扭轉(zhuǎn)影響,判別易損部位并采用加強措施。

2)承重結(jié)構(gòu)的布置 多層砌體房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔,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。

3)房屋的高度、層數(shù)及層高 多層砌體房屋的總高度和層數(shù)是業(yè)主和設(shè)計人員最關(guān)注的問題,但歷次地震的宏觀調(diào)查表明,房屋的總高度和層數(shù)與震害成正比。因此對房屋的總高度和層數(shù)作為強制性條文加以限制。對醫(yī)院、教學樓等橫墻較少 (同一樓層內(nèi)開間大于4.2m的房屋占該層總面積的40%以上)的多層砌體,要適當降低總高度,減少層數(shù);并規(guī)定多層砌體層高不宜超過3.6m,底框-抗震墻砌體房屋層高不應(yīng)超過4.5m。

4)房屋高寬比 抗震規(guī)范對多層砌體房屋不要求作整體彎曲的承載力驗算。為了使多層砌體房屋有足夠的穩(wěn)定性和整體抗彎能力,對房屋的高寬比進行限制。

5)樓梯間的布置 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2個方向,所以在多層砌體房屋轉(zhuǎn)角處縱橫2個墻面常出現(xiàn)斜裂縫。不僅房屋兩端的2個外墻角容易發(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重,尤其是樓梯間設(shè)置在房屋盡端或房屋轉(zhuǎn)角部位時其震害更為劇烈。

6)對地基和基礎(chǔ)的要求 同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上;同一結(jié)構(gòu)單元宜采用同一類型的基礎(chǔ);基礎(chǔ)底面宜埋設(shè)在同一標高上,如設(shè)置在同一標高處困難時,則基礎(chǔ)圈梁應(yīng)按1∶2的臺階逐步放坡過渡,高差不宜有過大的突變。在軟弱地基上的房屋應(yīng)在外墻及所有承重墻下增設(shè)圈梁以加強抵抗不均勻沉降和增強房屋基礎(chǔ)部分的整體性。

2.2 鋼筋混凝土構(gòu)造柱、芯柱的設(shè)置

鋼筋混凝土構(gòu)造柱雖然對墻體的抗剪強度提高有限,約為10%～20%左右,提高幅度與墻高寬比、豎向壓力和開洞情況有關(guān)[2],但對墻體的約束和防止墻體開裂后的散落起非常顯著的作用。構(gòu)造柱與圈梁一起形成帶鋼筋混凝土邊框的抗側(cè)力體系,大大增強了砌體結(jié)構(gòu)的整體作用。構(gòu)造柱一般應(yīng)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。

2.3 鋼筋混凝土圈梁的設(shè)置

設(shè)置鋼筋混凝土圈梁可以加強多層磚房縱橫向各墻體與樓蓋間連接,增強房屋的整體性和空間剛度。圈梁形同一個箍緊樓蓋、屋蓋的水平橫箍;圈梁連同構(gòu)造柱一起,不僅加強了樓屋蓋、墻體的整體性與穩(wěn)定性,還可以緩解因地震和其他因素引起的不均勻沉降對房屋帶來的破壞。

2.4 墻體的加強措施

對橫墻較少的多層砌體結(jié)構(gòu),當其總高度和層數(shù)接近或達到 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[3]的限值時,應(yīng)對墻體采取加強措施,如加大圈梁和構(gòu)造柱的配筋率,在房屋的底層和頂層窗臺標高處沿墻設(shè)置通長的水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶,截面高度不小于60mm,縱向鋼筋不少于3×?6mm等。

3 結(jié) 語

多層砌體結(jié)構(gòu)是我國建筑工程設(shè)計中應(yīng)用最廣泛和應(yīng)用數(shù)量最大的結(jié)構(gòu)形式,作為脆性材料,它又是抗震性能較差的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計與審查人員只有面對現(xiàn)實,在遵循各種規(guī)范的前提下,加強抗震設(shè)計措施,盡量合理地解決結(jié)構(gòu)上的技術(shù)問題,使之具有更好的抗震性與安全性。

[1]丁大鈞.砌體結(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50003-2001[S].

[3]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2001[S].