淺析配筋磚砌體與磚房抗震能力提高機(jī)理

鄭 江

震害表明，砌體房屋的抗震性能差，故改善砌體結(jié)構(gòu)的延性，保證結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)能夠抵御出現(xiàn)的各種作用，并在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體性，對(duì)提高房屋的抗震能力具有重要意義。

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)多家科研、高校的試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)底框結(jié)構(gòu)抗震性能作較為深入的分析，新規(guī)范在原規(guī)范基礎(chǔ)上，對(duì)底部框架承托上部磚部的層數(shù)限制，各相應(yīng)烈度均放寬了一層，同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)，將底部框架擴(kuò)展為底部?jī)蓪涌蚣埽赃m應(yīng)建設(shè)的需要。在砌體中配置鋼筋或鋼筋混凝土構(gòu)件的配筋砌體，以其有利于砌體結(jié)構(gòu)受力變形的約束和承載力的提高，而在工程上得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)目前主要采用網(wǎng)狀配筋磚砌體和組合磚砌體作為砌體結(jié)構(gòu)的主要承力構(gòu)件。

組合砌體能充分發(fā)揮各組成材料的特點(diǎn)，讓鋼筋混凝土柱主要抗彎，砌體材料主要承壓，從而彌補(bǔ)了砌體材料抗彎，抗剪性能差的缺點(diǎn)，讓鋼筋混凝土柱和砌體材料同時(shí)抵抗水平地震剪力和房屋在垂直荷載下的壓力，試驗(yàn)研究表明:配筋砌體由于砌體中壓筋帶及圈梁，鋼筋混凝土柱等抗彎能力較好的構(gòu)件的存在，使其延性也能達(dá)到一般的抗震要求，并且該結(jié)構(gòu)物造價(jià)分析在價(jià)格上占優(yōu)，因此配筋組合砌體在現(xiàn)在以至將來(lái)都會(huì)是一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)體系。

1 網(wǎng)狀配筋磚砌體對(duì)房屋抗震能力的提高機(jī)理

網(wǎng)狀配筋砌體和無(wú)筋砌體在受壓性能上之所以有較大區(qū)別，主要是因?yàn)榕渲迷谄鲶w內(nèi)鋼筋網(wǎng)的作用，當(dāng)砌體受壓時(shí)不僅產(chǎn)生縱向壓縮變形，同時(shí)還產(chǎn)生橫向變形，而鋼筋網(wǎng)與灰縫砂漿之間的摩擦力和粘結(jié)力能承受較大的橫向拉應(yīng)力，使鋼筋參與砌體共同工作，力和粘結(jié)力能承受較大的橫向拉應(yīng)力，使鋼筋參與砌體共同工作，而且鋼筋的彈性模量較砌體的高得多，從而約束了砌體的橫向變形，使縱向裂縫與分開(kāi)的小柱體不致過(guò)早失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致間接提高了砌體的抗壓強(qiáng)度。表1為試驗(yàn)的無(wú)筋和配筋磚砌體軸主受壓從開(kāi)始直至破壞裂縫出現(xiàn)，發(fā)展等特點(diǎn)的比較。

為使網(wǎng)狀配筋磚砌體安全而可靠地工作，除保證其承載力外，構(gòu)造要求是必不可少的，我們常說(shuō)“三分計(jì)算，七分構(gòu)造”其實(shí)不無(wú)道理:《山西省陽(yáng)泉市底部框墻磚房和配筋砌體房屋試點(diǎn)工程抗震設(shè)計(jì)與施工暫行規(guī)定》4.2.3～4.2.9有七條就是關(guān)于總層數(shù)為八層的配筋砌體磚房設(shè)置水平網(wǎng)狀配筋的構(gòu)造措施，通過(guò)分析可得如下結(jié)論:

1)配筋墻體水平鋼筋在端部采取錨固措施后，對(duì)墻體的延性、承載力和破壞都有影響，錨固鋼筋主要表現(xiàn)在:a.墻體開(kāi)裂后，由于端部錨固筋鉤住墻體，可以進(jìn)一步發(fā)揮水平筋承受側(cè)向荷載的作用;b.約束開(kāi)裂墻體，減少側(cè)向位移的擴(kuò)展，延緩墻體破壞過(guò)程，盡管《規(guī)定》只要求第一層的水平配筋宜設(shè)備為網(wǎng)片形式，但我認(rèn)為一般墻體的長(zhǎng)寬比對(duì)主要承重橫墻，就普通住宅按進(jìn)深4.2 m，墻厚240。對(duì)抗震能力好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范和構(gòu)造還要求簡(jiǎn)支梁的高度尺寸為(1/8，1/12)L，更何況對(duì)抗震、抗彎性能均差的磚砌體，應(yīng)采用細(xì)而密的措施即沿墻高@250，240墻設(shè)5φ4，370墻設(shè)6φ4，沿水平@250～300設(shè) φ4鋼筋并點(diǎn)焊成網(wǎng)(采用綁扎會(huì)加厚砌體內(nèi)水平灰縫，使砂漿橫向交形太大，在磚內(nèi)產(chǎn)生較大橫向拉應(yīng)力，加劇砌體內(nèi)的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，而降低砌體強(qiáng)度)。在施工中水平灰縫厚度應(yīng)控制在8mm～12mm之間，并應(yīng)保證在鋼筋上下至少各有2mm厚的砂漿層，這樣240墻設(shè)5φ4@52.5，370墻設(shè)6φ4@68灰縫砂漿密實(shí)度不受影響，而增加了鋼筋的橫向約束。

表1 無(wú)筋砌體與網(wǎng)狀配筋砌體比較結(jié)果

2)網(wǎng)狀配筋砌體所選用砌體材料強(qiáng)度等級(jí)不宜過(guò)低，磚不應(yīng)低于MU10，砂漿不應(yīng)低于M5，采用高強(qiáng)砂漿，砂漿與鋼筋有較大粘結(jié)力，對(duì)鋼筋的保護(hù)也有利，因此在設(shè)計(jì)工作中，我們除滿足砌體抗壓承載力要求，對(duì)底部三層砂漿的要求提高到M10就基于這個(gè)原因。

3)增加樓板水平方向配筋現(xiàn)澆帶數(shù)量，是我們?cè)谛￡?yáng)泉住宅小區(qū)推廣應(yīng)用的又一項(xiàng)抗震舉措，在預(yù)制空心樓板間增設(shè)120厚，110～150 寬，開(kāi)間 3.0 m 內(nèi)配 2φ10@110，開(kāi)間 3.3 m 內(nèi)配2φ10@110，開(kāi)間3.6 m內(nèi)配2φ12@H10鋼筋混凝土現(xiàn)澆板帶，不僅加強(qiáng)了樓板的整體剛度，也提高了房屋空間工作功能系數(shù)，這是一項(xiàng)安全儲(chǔ)備的提高，在建筑結(jié)構(gòu)作為特殊商品的時(shí)代，我們對(duì)城區(qū)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商，對(duì)其出售建筑物的安全質(zhì)量負(fù)責(zé)，在影響售價(jià)不多的情況下盡可能提高安全度，特別是看不見(jiàn)摸不著的抗震能力給予了高度的評(píng)價(jià)。

2 組合砌體對(duì)房屋抗震能力的提高機(jī)理

這是由磚砌體和鋼筋混凝土或鋼筋砂漿構(gòu)成的砌體結(jié)構(gòu)，通常將鋼筋混凝土或鋼筋砂漿作面層，這種砌體可用作承受偏心壓力的墻、柱，在墻體轉(zhuǎn)角和交接處設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱也是一種組合磚砌體。

構(gòu)造柱不但使砌體結(jié)構(gòu)房屋承受變形的性能大為改善，而且使已開(kāi)裂的墻體位移受到限制，從而提高房屋的抗震性能。

磚砌體是脆性材料，震害和試驗(yàn)都表明，在水平地震剪力作用下，通常墻面的中部會(huì)突然出現(xiàn)裂縫，隨著地震作用的加大，裂縫快速沿灰縫呈階梯形斜向延伸，直至貫通整個(gè)墻體，交叉的裂縫將墻面分割成上、下、左、右四塊對(duì)頂三角形塊體，在反復(fù)的水平力作用下，兩側(cè)的三角形塊體不斷地左右晃動(dòng)而破壞。當(dāng)上下兩邊設(shè)置鋼筋混凝土圈梁時(shí)，雖然破壞過(guò)程和上述相同，但由構(gòu)造混凝土與圈梁形成的閉合框架，猶如對(duì)墻體加以豎向和橫向的箍一樣，對(duì)破裂后的墻體起約束的作用，使墻體不致散落解體，仍然具有相當(dāng)?shù)某惺茇Q向荷載的能力和承受水平地震作用的抗震能力，只要構(gòu)造柱的縱筋不斷裂的墻體就依舊能夠在原來(lái)的平面內(nèi)來(lái)回滑移、摩擦變形，從而耗散大量的地震能量，達(dá)到大震時(shí)保持房屋裂而不倒的目的，在這個(gè)意義上說(shuō)，構(gòu)造柱對(duì)在地震區(qū)建造磚砌體結(jié)構(gòu)房屋所起的作用是重大的。

若無(wú)筋砌體受壓構(gòu)件截面尺寸受限制，以及當(dāng)軸向力偏距超過(guò)e＞0.7y(為截面重心至軸向力所在偏心方向截面邊緣的距離)，為控制截面受拉區(qū)邊緣拉應(yīng)力不超過(guò)砌體彎曲抗拉強(qiáng)度限值，可采用磚砌體和鋼筋混凝土面層或鋼筋砂漿面層組成的組合砌體，這種組合砌體中，磚能吸收混凝土或(鋼筋砂漿面層中)混凝土及砂漿多余的水分，使組合砌體中的混凝土(砂漿面層)較一般情況下的混凝土(砂漿)能提前發(fā)揮受力作用，在軸向力作用下，兩側(cè)的鋼筋混凝土(或鋼筋砂漿)對(duì)磚砌體有橫向約束作用，從而使砌體內(nèi)裂縫的發(fā)展較為緩慢，由于環(huán)箍效應(yīng)，使砌體和面層混凝土(面層砂漿)具有良好的整體性和共同工作的能力，從而提高整個(gè)砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力，實(shí)際工程中，我們采用鋼筋砂漿面層來(lái)加固砌體的工程設(shè)計(jì)，具體做法是將原砌體表面抹灰層鏟除，剔鑿砌體水平灰縫約10mm～15mm，并清洗干凈，在墻體中設(shè)置貫通構(gòu)件，或膨脹螺栓，然后采用在砌體兩側(cè)外掛鋼筋網(wǎng)片并將其固定，最后做不低于M7.5水泥砂漿面層30厚，效果甚好。

無(wú)論是網(wǎng)狀配筋，還是組合磚砌體，對(duì)多層磚房抗震能力的提高有明顯作用和效果，提高抗震設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)自己對(duì)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和新技術(shù)學(xué)習(xí)，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)受力性能與力學(xué)性質(zhì)，對(duì)不斷提高房屋建筑自身抗震能力具有現(xiàn)實(shí)的意義。

［1］ 馮 波.既有砌體結(jié)構(gòu)的抗震缺陷與加固方法綜述［J］.山西建筑，2010，36(21):57-58.