淺談砌體結(jié)構(gòu)抗震方法
2015-04-29 00:00:00李宗翱
【摘 要】砌體結(jié)構(gòu)是我國傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，有著悠久的歷史，占我國建筑結(jié)構(gòu)的78%以上，有著非常重要的地位。但是在長期的使用過程中暴露了許多問題，如何提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能也是值得思考的。隨著技術(shù)的發(fā)展砌體結(jié)構(gòu)也涌現(xiàn)出了很多新型材料，也促進(jìn)了砌體結(jié)構(gòu)抗震的發(fā)展。本文通過分析不同材料的特點(diǎn)，綜合闡述了砌體結(jié)構(gòu)抗震的方法。
【關(guān)鍵詞】砌體結(jié)構(gòu)；抗震；新型材料
1.砌體結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn)
1.1新型材料特點(diǎn)
砌體材料作為一種地方性材料，具有取材容易、加工簡單、砌筑工藝易于掌握，因而被廣泛采用。并且經(jīng)過長時間的改進(jìn)和發(fā)展，形成了具有各地特色的傳統(tǒng)制作方式和砌筑方法，是一種生命力極強(qiáng)、應(yīng)用最廣泛的建筑材料。砌體材料在我國大體可分為粘土類制品、蒸壓類制品、混凝土類制品和以各類工業(yè)廢料制成的墻體材料等。目前常見的新型材料主要有：陶粒砌塊、小型混凝土空心砌塊、加氣混凝土砌塊等。
當(dāng)前各地除沿用傳統(tǒng)材料粘土制品以外，也相繼制成以頁巖、煤矸石和粉煤灰為主要原料的燒結(jié)磚；以白灰砂、粉煤灰為主要原料的蒸壓磚；以及以細(xì)石砼（或輕質(zhì)骨料）為材料的砼小型空心砌塊等墻體材料。大部分地區(qū)有逐步替代粘土制品的趨勢。
1.2蒸壓粉煤灰磚和蒸壓砂磚的特點(diǎn)
蒸壓粉煤灰磚和蒸壓砂磚在生產(chǎn)上采用了不同的原料，其中蒸壓粉煤灰磚主要以電廠的工業(yè)廢料粉煤灰為主，而蒸壓灰砂磚主要以砂和石灰為主，然后再經(jīng)過機(jī)械壓制和高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)制成的砌體材料，通過這種特別的制作和養(yǎng)護(hù)過程，提高了砌體材料的抗壓強(qiáng)度、表面光滑度和收縮比。但是也出現(xiàn)了因表面光、收縮率大等因素引發(fā)的一系列不利于抗震的問題，比如摩擦系數(shù)小，與砂漿的粘結(jié)性差；受溫度影響大，墻體容易出現(xiàn)變形和裂縫。
1.3混凝土砌塊墻體材料的特點(diǎn)
砼砌塊墻體材料是利用自然和蒸汽養(yǎng)護(hù)，在經(jīng)過機(jī)械運(yùn)動把細(xì)石、輕骨料以及水泥等材料壓制而成的的砌體材料。砼砌塊墻體材料制作有比較節(jié)能的制作過程，取材優(yōu)勢也比較明顯，其中輕骨料可以就地取材，水泥又具有普遍性，可以根據(jù)不同的的標(biāo)準(zhǔn)來配置不同強(qiáng)度的砼砌塊墻體材料，其中的孔洞又為鋼筋等材料的配置提供了得天獨(dú)厚的條件，這不僅是提高砌體結(jié)構(gòu)抗震性的有效途徑，也是一種使砌體結(jié)構(gòu)走向整體結(jié)構(gòu)的良好方式。
2.砌體結(jié)構(gòu)抗震的發(fā)展
我國是一個多地震國家，六度及六度以區(qū)地震區(qū)占全國面積的三分之二以上，歷次地震表明，砌體結(jié)構(gòu)的震害比較嚴(yán)重，砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展主要就是抗震技術(shù)的發(fā)展，必須改進(jìn)砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，包括延性性能和抗倒塌能力。
從提高砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的角度來看，大致可將砌體結(jié)構(gòu)形式劃分為三類：
無筋砌體：這類結(jié)構(gòu)的墻體配筋率在0.07%以下，抗震性能較差，不宜在地震區(qū)建造。 約束砌體：墻體配筋率在0.07%以上，0.2%以下，這類砌體結(jié)構(gòu)抗震性能較好，適于在地震區(qū)建造多層砌體結(jié)構(gòu)。在這類結(jié)構(gòu)體系中，大家較為熟悉的就是構(gòu)造柱體系。
構(gòu)造柱的試驗(yàn)研究表明：砌體中的構(gòu)造柱對初裂荷載影響不大，提高不多；對砌體的剛度增加也很少；對提高承載能力約在10%-30%左右；但對延性的提高十分明顯，可比無構(gòu)造柱墻體提高3-5倍；特別是對防止房屋突然塌落起到?jīng)Q定性作用。
實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也證明：按照唐山地震以后的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的，砌體中帶有構(gòu)造柱做法的房屋，己在多次地震中得到了考驗(yàn)，烈度最高時達(dá)到9度，震后墻體有開裂，但無一倒塌。因此，宏觀震害調(diào)查表明：鑰筋硅構(gòu)造柱，對減輕砌體結(jié)構(gòu)震害，防止房屋倒塌具有明顯的抗震作用。
目前在我國，構(gòu)造柱的構(gòu)造做法為一種有效、經(jīng)濟(jì)而成功的抗震措施已廣泛用于各類砌體結(jié)構(gòu)。七十年代開始被列入抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，八、九十年代進(jìn)一步得到充實(shí)和發(fā)展。如組合柱體系，即在砌體墻中段設(shè)置鋼筋砼組合柱，在墻體平面內(nèi)每間隔一定距離設(shè)置鋼筋混凝土組合柱，其寬度一般同墻厚、長度和間距根據(jù)設(shè)計(jì)要求。此類設(shè)置有組合柱的墻體一般在兩端均有按規(guī)定設(shè)置的構(gòu)造柱。以這類組合柱組成的墻體稱為組合墻體，其抗震性能，特別是墻體的抗剪能力有較大幅度的提高，并對整個建筑的整體彎曲十分有利，是較多層數(shù)的砌體結(jié)構(gòu)的一種較好的做法。
在提高砌體結(jié)構(gòu)抗震性能、改善砌體脆性性質(zhì)方面，我國還進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作和試點(diǎn)實(shí)踐。砌體墻中配置水平鋼筋，利用實(shí)心或多孔磚中沿墻的高度方向相隔60-300mm配置水平鋼筋，砌體墻中設(shè)置混凝土水平條帶。即在沿砌體墻每隔一定高度上，以現(xiàn)澆細(xì)石混凝土60-100mm厚并配置若干根細(xì)鋼筋或鋼筋網(wǎng)。這種做法可以改善磚砌體的脆性性質(zhì)，使砌體墻裂縫不出現(xiàn)對角主拉應(yīng)力軌跡的主裂縫，并且使裂縫比較均勻地分布在整個墻面。這樣，對砌體墻的抗剪強(qiáng)度可提高15%-30%左右，延性的改善方面也很明顯。水平配筋作用的發(fā)揮與鋼筋兩端的錨固程度有直接關(guān)系，錨固可靠時，其抗剪性能可比無錨固再提高13%左右。
約束砌體結(jié)構(gòu)體系主要用于多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要突破抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對砌體結(jié)構(gòu)高度的限制時，可以采用配筋砌體體系，從墻體配筋率來衡量，在0.2%以上。近年來以混凝土小型空心砌塊為代表的配筋砌體結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，在北京、上海、遼寧等地建成了層數(shù)達(dá)18層的中高層建筑。此類結(jié)構(gòu)從墻體材料、配筋情況來看，完全可納入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之列，只是從塊材型式及砌筑方式，仍將其看作砌體結(jié)構(gòu)。
幾年來的工程實(shí)踐表明，采用配筋砌塊砌體，同現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)相比具有更多的優(yōu)越性。一是降低配筋率，節(jié)約鋼材近一半；二是在一定程度上減輕結(jié)構(gòu)自重（15%）；三是降低造價(jià)（工程造價(jià)可減少10～20%、工效提高50%）；四是改善了變形和延性性能。因此，是一種可供推廣應(yīng)用的新結(jié)構(gòu)體系。
對于中高層配筋砌塊結(jié)構(gòu)，其地震作用計(jì)算及結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算同以往砌體結(jié)構(gòu)均有所不同。由于高度增加，其計(jì)算模型也不能再沿用以剪切變形為主的多層砌體結(jié)構(gòu)，而必須考慮結(jié)構(gòu)的彎曲影響。同時，由于高度增加，結(jié)構(gòu)的自振周期變長，也不能再按多層砌塊結(jié)構(gòu)一律假設(shè)其基頻處于反應(yīng)譜平臺段，應(yīng)通過計(jì)算確定。在內(nèi)力和位移計(jì)算時，如果房屋高度不超過40m，以剪切變形為主，且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時，可采用底部剪力法進(jìn)行地震作用的簡化計(jì)算，反之就應(yīng)該采用振型分解反應(yīng)譜法。
在配筋混凝土砌塊結(jié)構(gòu)的承載力計(jì)算時，也不單是計(jì)算砌塊墻的受剪承載力，而應(yīng)按剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算在偏心受壓和偏心受拉時砌塊砌體剪力墻的斜截面受剪承載能力；配筋砌塊砌體剪力墻過梁的斜截面受剪承載能力等。同時，對配筋砌體剪力墻結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造措施，也有了更高的要求。
3.砌體結(jié)構(gòu)抗震發(fā)展展望
在我國當(dāng)前和今后的發(fā)展趨勢中，砌體結(jié)構(gòu)仍將是一種重要的結(jié)構(gòu)形式，砌體材料也將仍為我國建筑的主要墻體材料，并且在以下幾方面可作進(jìn)一步深入的研發(fā)：
砌體結(jié)構(gòu)材料方面：開展高強(qiáng)材料（如高強(qiáng)砌塊（下轉(zhuǎn)第197頁）（上接第114頁）及塊型）、高性能砂漿和注芯混凝土的基本材料研究。
在砌體結(jié)構(gòu)體系方面：開展砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)、整體結(jié)構(gòu)動力性能研究、房屋抗震性能包括彈塑性性能研究。
完善標(biāo)準(zhǔn)體系：在上述研究的基礎(chǔ)上編制出有關(guān)砌塊結(jié)構(gòu)的材料標(biāo)準(zhǔn)，配筋砌塊建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工規(guī)范，還必須編制配筋砌塊建筑設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖軟件，以及配筋砌塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造圖集等。
科技投入方面：建議政府部門加大科技投入。
4.結(jié)語
砌體結(jié)構(gòu)作為建筑中最普遍的一種結(jié)構(gòu)形式，在抗震性能上仍存在諸多不足，需要我們不斷賦予新的內(nèi)容、新的理念，對地震進(jìn)行深入的研究，能夠更好地提高砌體的抗震性和安全性，我們對砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和發(fā)展需要不斷突破與創(chuàng)新。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]胡克旭，郭斌.砌體結(jié)構(gòu)抗震加固的一種新材料與新技術(shù).土木工程與管理學(xué)報(bào)，2011，（3）.
[2]王濤，呂家璇，于理娜.淺談砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震措施.山東煤炭科技，2012，（4）.
[3]張岐勝，梁永俊.淺談砌體結(jié)構(gòu)抗震的新方向.中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，（6）.
