談砌體抗震研究

朱德平

摘 要：提高砌體的抗震能力，混凝土多孔磚作為一種新型墻體材料，自生產(chǎn)應(yīng)用以來去得良好的經(jīng)濟(jì)與使用效果。該產(chǎn)品是以水泥為膠結(jié)材料，與砂、石（輕集料）等經(jīng)加水?dāng)嚢琛⒊尚秃宛B(yǎng)護(hù)而制成的一種具有多排小孔的混凝土制品。

關(guān)鍵詞：砌體；抗震；研究

我國大多數(shù)地區(qū)都處于地震破壞的威脅之中。特別是1976年唐山大地震和2008年5月12日的汶川大地震給我們慘重的教訓(xùn)。地震后擺在我們面前有兩條出路：一是淘汰磚砌體，一律使用其他材料建造房屋。但是，顯然不符合我國國情。因此，只能走另一途徑，即改進(jìn)砌體的抗震性能，提高它的延性和抗倒塌能力，使之能滿足裂而不倒的要求。

一、砌體抗震在工程中存在的問題

1、施工方面存在的問題。縱向鋼筋上下錯位，由于柱筋定位放線時偏離設(shè)計(jì)位置或磚砌體預(yù)留柱位時上下樓層位置偏差，其結(jié)果是構(gòu)造柱上下軸心不對位，違反了規(guī)范要求，嚴(yán)重影響了抗震功能；鋼筋搭接不規(guī)范，很多工程的柱筋搭接隨意；箍筋施工存在問題較多，如綁扎間距過大或大小間距不等。在砌體施工期間，由于成品保護(hù)不好，造成嚴(yán)重滑移、歪斜、松散、合模板前也未修理；不按規(guī)定加密箍筋，按規(guī)范要求，柱與圈梁相交時，節(jié)點(diǎn)處一定范圍內(nèi)應(yīng)加密箍筋。而造成了質(zhì)量隱患，還有箍筋彎鉤長度及角度不規(guī)范及拉結(jié)筋的擺放問題等。

2、混凝土施工存在的問題。在骨料級配，許多施工現(xiàn)場對骨料選配很不認(rèn)真，往往由于骨料過大而出現(xiàn)不密實(shí)和斷條情況；坍落度上施工中因混凝土坍落度過小，流動性不好，加之振搗不良，造成混凝土內(nèi)部出現(xiàn)孔洞，表面出現(xiàn)蜂窩、麻面，特別是根部易出現(xiàn)爛根情況；根部清理不凈，很多施工現(xiàn)場不留清掃口或清理不凈，結(jié)果是層層柱根隔層，整個構(gòu)造柱實(shí)質(zhì)是一個多處斷條的鋼筋連體柱，且斷點(diǎn)又均在樓面上鋼筋搭接處，這樣柱子不但無法起抗震作用；新老混凝土結(jié)合不良，施工時這道工序往往被取消，致使新老混凝土界面結(jié)合不良，形成暗縫內(nèi)傷。

3、砌體施工存在的問題。馬牙槎留設(shè)不規(guī)范，先進(jìn)后退，槎口高度、深度不一，遇內(nèi)外墻丁字砌體節(jié)點(diǎn)時，內(nèi)墻只留直槎，個別工程干脆取消馬牙槎；砌體施工時，擠揉出的砂漿掛在磚口上，往往不清理。由于每行磚或大或小都有砂漿擠出，相當(dāng)于減小了構(gòu)造柱的有效斷面尺寸。

4、圈梁施工存在問題。圈梁澆筑不久，強(qiáng)度未達(dá)到規(guī)范要求，而進(jìn)行預(yù)制板的安裝，出現(xiàn)圈梁被踏酥和壓裂現(xiàn)象，影響圈梁質(zhì)量；圈梁在轉(zhuǎn)角處，鋼筋搭接方式錯誤，出現(xiàn)“浮筋”或不滿足錨固長度要求；圈梁在樓面或屋面與預(yù)制混凝土梁相交處，鋼筋和圈梁截面均發(fā)生變化（鋼筋數(shù)量減少和圈梁截面尺寸減少）或出現(xiàn)圈梁斷開；圈梁箍筋間距大于規(guī)范要求的箍筋間距，錯誤理解保護(hù)層厚度為箍筋外皮到混凝土外皮的距離，導(dǎo)致保護(hù)層過大，截面變些保護(hù)層應(yīng)從主筋外皮算起；圈梁在樓梯間窗洞口等部位出現(xiàn)截?cái)啵礃?gòu)造要求設(shè)置搭接圈梁，使圈梁不閉合；未按設(shè)計(jì)要求施工，出現(xiàn)漏加圈梁或加大圈梁布置間距，超出規(guī)范規(guī)定的圈梁間距要求。

二、 砌體抗震設(shè)計(jì)的基本理論

砌體是脆性材料，變形能力差，抗震潛力小，在地震作用下墻體容易產(chǎn)生開裂。墻體開裂后，持續(xù)的地面運(yùn)動就可能使破裂的墻體發(fā)生平面錯動，因而大幅度地降低墻體的豎向承載力。當(dāng)上部的層數(shù)多且重量大時，已破碎的墻體可能被壓垮，導(dǎo)致房屋整體倒塌。

根據(jù)國內(nèi)外地震震害調(diào)查，多層砌體房屋的抗震能力與房屋的總高度和層數(shù)有直接聯(lián)系，房屋的破壞程度隨高度的增大和層數(shù)的增多而加重，其倒塌率幾乎與房屋的高度與層數(shù)成正比，因此限制多層砌體房屋的高度和層數(shù)是減輕地震的災(zāi)害經(jīng)濟(jì)而有效的措施。多層砌體房屋，總高度的層數(shù)的限制。

砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度較低，抗彎能力更差，因此房屋在地震作用下的破壞應(yīng)是剪切型，以墻體的受剪承載力來抵抗水平地震作用，不得出現(xiàn)過大的整體彎曲變形。為了簡化計(jì)算，在多層砌體房屋不做整體彎曲驗(yàn)算條件下，為了保證房屋的整體穩(wěn)定性，減輕彎曲造成的破壞，對房屋的高度和總寬度的比值應(yīng)有所限制。

混凝土多孔磚是一種新型墻體材料，是以水泥為膠結(jié)材料，以砂、石等為主要集料，加水?dāng)嚢琛⒊尚?、養(yǎng)護(hù)制成的一種多排小孔的混凝土磚。也就是說，混凝土多孔磚外形特征是燒結(jié)多孔磚，而材料性能應(yīng)歸于普通混凝土小型空心砌塊。用混凝土多孔磚代替實(shí)心黏土磚、燒結(jié)多孔磚，可以不占耕地，節(jié)省黏土；不用焙燒設(shè)備、節(jié)省能耗；制作工藝簡單，施工方便。

混凝土多孔磚的適用范圍，該產(chǎn)品兼具粘土磚和砼小砌塊的特點(diǎn)，外形特征屬于燒結(jié)多孔磚，材料與砼小砌塊類同，符合磚砌體施工習(xí)慣，各項(xiàng)物理、力學(xué)和砌體性能均可具備燒結(jié)粘土磚的條件。其使用范圍、設(shè)計(jì)方法、施工和工程驗(yàn)收等可參照現(xiàn)行砌體標(biāo)準(zhǔn)，可直接替代燒結(jié)粘土磚用于各類承重、保溫承重和框架填充等不同建筑墻體結(jié)構(gòu)中，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

三、有限元理論及其在工程中的應(yīng)用

隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，早就用于建筑工程的復(fù)雜剛架和航空工程的蒙皮骨架等結(jié)構(gòu)的分析。但這些結(jié)構(gòu)本身都是明顯地由元件組成，元件的特征可通過經(jīng)典的分析來建立。雖然整個分析方法和步驟都與有限單元法相似，也有用矩陣來表達(dá)、用計(jì)算機(jī)來求解，但它與目前廣泛應(yīng)用的有限單元法是有區(qū)別的。目前只能分析桿系結(jié)構(gòu)，而不能分析本身沒有明顯元件的連續(xù)體。

有限單元法由解決具體工程問題開始，但很快就認(rèn)識到它是彈性力學(xué)中變分問題里茲（Ritz）解決的一種特殊應(yīng)用。在里茲法中因?yàn)橐谡麄€求解域中建立試函數(shù)，因此只能解決規(guī)則區(qū)域的少量簡單問題。而有限單元法是通過分片插值建立整個求解域的分片連續(xù)函數(shù)，所以具有廣泛的適用性。也正因?yàn)榇耍邢拊ㄑ杆俚乇煌茝V應(yīng)用于由辯分原理控制的各種連續(xù)域求解問題。

隨著有點(diǎn)單元法理論的發(fā)展與完善，以開發(fā)了許多大型通用有限程序、他們一般包括結(jié)構(gòu)的靜、動力分析和穩(wěn)定、非線性分析等功能，有的還包括熱傳導(dǎo)、熱應(yīng)力、流體分析等功能、有齊全的單元庫。利用通用程序，一般的工程問題均可獲得解決。但這些通用程序常常需要在大型機(jī)上或工作站上運(yùn)行，掌握其應(yīng)用比較困難，某些新研究內(nèi)容可能還不能解決。因此針對某一特定內(nèi)容開發(fā)各種特殊問題的專用軟件，在充分考慮“可重用性”的前提下，積累與組成有限單元法分析程序庫和可重用“構(gòu)件”庫，對工程應(yīng)用和加快軟件開發(fā)時很有實(shí)際意義的。