淺談多層磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計

高冬冬， 王 競

機械工業(yè)第六設(shè)計研究院（450007）

磚混結(jié)構(gòu)多采用粘土磚和混合砂漿砌筑,通過內(nèi)外磚墻的咬砌達到具有一定整體連接性的目的。在地震設(shè)防地區(qū)，多層磚混砌體房屋由于組成的基本材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì)，變形能力小，導(dǎo)致房屋的抗震性能較差；因此改善砌體結(jié)構(gòu)延性,提高房屋的抗震性能具有極其重要意義。

1 對建筑平面和立面進行科學(xué)布局

建筑平面和立面的規(guī)整性是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個十分基礎(chǔ)、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)整的房屋質(zhì)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；對體型不規(guī)則的房屋應(yīng)注意偏離結(jié)構(gòu)剛心遠端墻段的抗震驗算。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，突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。

建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案，即使不可避免，也應(yīng)盡量在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，將體型復(fù)雜、平面特別不規(guī)則的建筑布局分割成幾個相對規(guī)則的獨立單元。在實際工程設(shè)計中，應(yīng)盡可能在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。

2 砌體房屋的總高度、總層數(shù)不應(yīng)該超限值

歷次震害證明，砌體房屋的層數(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。

在設(shè)計中房屋總高度及總層數(shù)應(yīng)同時滿足上標(biāo)的限值,因為樓蓋重量占房屋總重的一半左右，房屋總高度相同，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)生過大的壓力或剪刀而被破壞，故此減輕自重、減少層數(shù)、降低層高是削弱地震影響的有效途徑之一。

3 增強砌體房屋的剛度和整體性

房屋是縱、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。現(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,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，同時樓板、屋蓋現(xiàn)澆增加了樓板對墻體的約束。因此，采用現(xiàn)澆樓板、屋蓋是一種較好的增強樓房結(jié)構(gòu)空間剛度和整體穩(wěn)定性的方法,在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)構(gòu)造柱，并配置些構(gòu)造鋼筋，也能達到增強結(jié)構(gòu)整體性的作用；另外，設(shè)置配筋圈梁可限制散落問題，增強空間剛度，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，從而提高房屋的抗震性能。

4 合理布置縱墻和橫墻，適當(dāng)增加墻體面積與合理提高砂漿強度

多層磚混房屋的主要承重構(gòu)件是縱、橫墻體，在地震中主要由于承重縱、橫墻在地震力作用下產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重者會出現(xiàn)傾斜、錯動、倒塌等現(xiàn)象，進而使房屋造到破壞；所以合理布置縱、橫墻對提高房屋抗震性能起到很大的作用。多層磚混房屋應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，縱、橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，同時一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。房屋的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性決定著房屋抗震能力的高低,多層磚混房屋一般采用縱墻或橫墻承重,由于非承重方向的約束墻體少，間距大，因而房屋該方向剛度較弱，空間剛度和整體性均較差，拉震能力低；在高烈度地區(qū)，墻體由于平面外的失穩(wěn)而先行破壞，進而引起整個房屋倒塌。而在兩個方向適當(dāng)布置縱、橫墻混合承重的房屋，由于其限制了縱、橫墻的側(cè)向變形，增強了空間剛度和整體性，對承受縱、橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。墻體布置時，應(yīng)盡量采用縱墻貫通的平面布置，當(dāng)縱墻不能貫通布置時，可在縱橫墻交接處采取加強措施，也可在縱、橫墻交接處增設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱，并適當(dāng)加強構(gòu)造配筋；必要時還可以每隔一定高度放置水平拉結(jié)構(gòu)筋如2Φ6@500,以加強房屋整體性，防止縱、橫墻交接處被拉開。對抗震橫墻最大間距的構(gòu)造規(guī)定就是為了滿足樓蓋對傳遞水平地震力所需的剛度要求?，F(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）規(guī)定：房屋抗震橫墻的間距不應(yīng)超過規(guī)范中7.1.5的要求，其中，8度設(shè)防時，現(xiàn)澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓、屋蓋的多層磚混房屋抗震橫墻最大間距為15m。當(dāng)橫墻間距過大時,縱向磚墻會因過大的層間變形而產(chǎn)生出平面的彎曲破壞,使樓蓋失去傳遞水平地震力的能力,從而導(dǎo)致地震力還未傳到橫墻，縱墻就已先破壞；所以有效地控制橫墻間距能提高房屋的抗震能力。

歷次震害表明,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，提高墻體面積、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。在6層磚混房屋的抗震驗算中，上面幾層的地震作用較小，容易滿足抗震承載力的要求，而底部一、二兩層特別是第一層的地震作用力較大，是薄弱層，往往不容易滿足要求；但若改變部分墻體的承載面積或適當(dāng)提高砂漿的強度等級，如將部分240mm寬的承重墻改為360 mm寬的墻，或?qū)⑸皾{強度等級由M5提高到M10，則在抗震結(jié)果中顯示滿足抗震要求?？梢娫谶M行6層磚混房屋的抗震驗算時，適當(dāng)增加底部1～2層墻體面積或提高砂漿強度能有效地提高房屋的整體抗震能力。

對于相同類別的砌體,燒結(jié)普通磚或燒結(jié)多孔磚用不同強度等級的砂漿砌筑，其抗壓強度設(shè)計值、軸心抗拉強度設(shè)計值、彎曲抗拉強度設(shè)計值和抗剪強度設(shè)計值是不同的，隨著砂漿強度等級的提高,同類別砌體的以上各設(shè)計強度也相應(yīng)提高，所以可見提高砂漿強度等級，能有效提高砌體的強度，增加砌體的承載力，從而達到提高磚混房屋抗震性能的目的。

5 有效設(shè)置房屋圈梁和構(gòu)造柱，在合理位置的墻段內(nèi)設(shè)置水平鋼筋

多次震害調(diào)查表明,圈梁是多層磚房的一種經(jīng)濟有效的措施，可提高房屋的抗震能力，減輕震害。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，使磚墻出現(xiàn)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)進行約束，可提高樓蓋、屋蓋的水平剛度，同時能保證樓蓋起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)進行約束，限制墻體裂縫的開展，且不沿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?，F(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求，現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁應(yīng)閉合，遇有洞口應(yīng)上下搭接，圈梁宜與預(yù)制板設(shè)在同一標(biāo)高處或緊靠板底。

在抗震驗算中,多層磚混房屋底層往往不容易滿足抗震要求,即使有時在適當(dāng)部位加設(shè)構(gòu)造柱也不能完全滿足抗震承力驗算。為了提高墻體的抗震能力，可在抗震力不夠的承重墻段內(nèi)配置水平鋼筋,使地震力由砌體及水平鋼筋共同承擔(dān)。一些試驗表明，配筋多孔磚墻體可以有效地提高墻段的抗震性能，減少脆性，增加延性，增強磚混房屋的抗震性能。水平配筋磚砌體的砌筑砂漿強度等級不應(yīng)低于M7.5,水平鋼筋宜采用HPB235、HRB335鋼筋，配筋率不應(yīng)小于0.07%,也不宜大于0.17%，間距不應(yīng)大于400mm；鋼筋錨固長度不宜小于180mm。