砌體結(jié)構(gòu)抗震措施探討

顧赫巍

[摘 要]砌體結(jié)構(gòu)作為我國最普遍的結(jié)構(gòu)形式，在抗震性能方面存在諸多不足，通過分析砌體結(jié)構(gòu)的主要震害形態(tài)，論述了增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的幾點(diǎn)措施。

[關(guān)鍵詞]砌體結(jié)構(gòu) 抗震措施 構(gòu)造柱 圈梁

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0276-01

引言

砌體結(jié)構(gòu)因其材料選擇及施工的方便性，長期以來是我國應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，其抗震性能的好壞直接影響著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。然而，無論是從稍遠(yuǎn)時(shí)期的唐山大地震，還是幾年前的汶川、玉樹震后統(tǒng)計(jì)來看，受破壞最嚴(yán)重的無一例外均是砌體結(jié)構(gòu)，而且遙遙領(lǐng)先于其他結(jié)構(gòu)形式。究其原因，由于砌體材料本身的脆性以及砌塊與砂漿間的粘結(jié)力較弱，砌體結(jié)構(gòu)抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度均較低，只有合理設(shè)計(jì)，采取有效的抗震措施，才能保證結(jié)構(gòu)的抗震性能，抵抗突如其來的地震作用。

1 砌體結(jié)構(gòu)主要震害形態(tài)

1.1 整體或局部倒塌

地震作用下，底層墻體受剪最大，如若強(qiáng)度不足，底層會先倒塌而使整個(gè)結(jié)構(gòu)倒塌。地基不均勻時(shí)，可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)一端倒塌而另一端不倒；屋面為預(yù)制板的結(jié)構(gòu)，混凝土梁與橫向承重墻體振動不一致，搭在上面的預(yù)制板容易脫落；樓梯間、女兒墻以及其它平立面上的突變部位，在地震作用下也容易發(fā)生倒塌。

1.2 裂縫

在水平地震力作用下，砌體房屋縱向窗間墻部位較易發(fā)生剪切破壞而出現(xiàn)斜裂縫，之后在地震的反復(fù)作用下，墻體同時(shí)還受到拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎折作用而產(chǎn)生交叉裂縫。當(dāng)房屋采用縱墻承重，橫墻間距過大而屋蓋剛度又較弱時(shí)，垂直于縱墻方向的地震力會迫使縱墻在剛度小的方向上發(fā)生橫向彎曲，使得縱墻窗戶的上、下皮磚砌體處產(chǎn)生水平裂縫。墻體豎向裂縫主要發(fā)生在縱橫墻交接處，在豎向地震作用下，縱橫墻體因荷載不同引起豎向變形差，使墻體在連接處產(chǎn)生剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力超過砌體強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生豎向裂縫。

1.3 變形縫處墻體破壞

在較強(qiáng)的水平地震作用下，墻體的水平振幅較大，設(shè)計(jì)中變形縫的縫距太小或者其被建筑垃圾等封堵住時(shí)，兩側(cè)墻體較易因互相碰撞、擠壓而受到破壞。

2 砌體結(jié)構(gòu)抗震措施

2.1 合理布置建筑平立面

研究表明，簡單規(guī)則的建筑物在地震中最不容易發(fā)生破壞。因此，無論在建筑平面還是立面上，均應(yīng)力求質(zhì)量、剛度均勻、對稱分布，避免剛度突變或開設(shè)過大洞口。建筑平面上宜規(guī)則、簡潔，使房屋質(zhì)量中心與剛度中心盡可能一致，保證在地震作用下不發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。立面上應(yīng)盡量降低房屋中心，避免頭重腳輕。突出屋面部分不宜過高，避免發(fā)生鞭梢效應(yīng)。

2.2 嚴(yán)格控制總層數(shù)及總高度

砌體結(jié)構(gòu)中樓板重量近乎占到房屋總重量的一半，房屋總高度一定的情況下，多一層樓板意味著增加半層樓的地震作用。歷次震害結(jié)果顯示，砌體結(jié)構(gòu)房屋層數(shù)越多，高度越高，地震中破壞程度越大，因此，有必要對砌體房屋總層數(shù)及總高度進(jìn)行嚴(yán)格控制。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中7.1.2條規(guī)定了我國在不同砌體材料、不同抗震烈度下的總高度和層數(shù)限值。同時(shí)，橫墻較少的多層砌體房屋，總高度應(yīng)比規(guī)定降低3m，層數(shù)相應(yīng)減少1層；各層橫墻很少的多層砌體房屋，還應(yīng)再較少一層。

2.3 合理布置樓梯間

樓梯間作為人員疏散通道，在緊急情況發(fā)生時(shí)，大量人員集中，如果在地震時(shí)破壞，極有可能造成傷亡，也使救援工作無法順利進(jìn)行。建筑物的四角是保證結(jié)構(gòu)整體性的重要部位，地震時(shí)水平兩個(gè)方向地震作用通過墻體傳遞，在角部形成合力，造成應(yīng)力集中，故不宜在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處設(shè)置樓梯間。

2.4 合理設(shè)置伸縮縫

砌體材料與鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)不同，墻體和屋蓋的剛度不同，當(dāng)溫度變化時(shí)，砌體墻體與鋼筋混凝土屋蓋將產(chǎn)生不同的變形。由于墻體變形受屋蓋變形的制約，墻體中會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，一定程度下會生成斜裂縫和水平裂縫。為防止砌體由溫差和墻體干縮引起的裂縫，可在產(chǎn)生裂縫可能性較大的地方設(shè)置伸縮縫，如房屋平面轉(zhuǎn)折處、體型變化處及錯(cuò)層處等。此外，在屋蓋上設(shè)置保溫、隔熱層，或在屋面與墻體相接觸的部位設(shè)置滑動層，也可有效防止溫度裂縫。

2.5 重視構(gòu)造柱與圈梁的設(shè)置

在多層砌體房屋中設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，能約束墻體變形，提高砌體抗剪強(qiáng)度，更重要的作用是增強(qiáng)墻體之間的連接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，防止房屋在大震時(shí)的突然倒塌。構(gòu)造柱須與各層縱橫墻的圈梁或現(xiàn)澆樓板連接，才能發(fā)揮約束作用。構(gòu)造柱的設(shè)置部位因地震烈度、房屋高度的不同而異，具體可見《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）7.3.1條的規(guī)定。

圈梁也是多層砌體房屋中重要的抗震構(gòu)造措施，圈梁的設(shè)置可以防止因地基不均勻沉降或較大振動荷載對結(jié)構(gòu)的不利影響。圈梁與構(gòu)造柱相結(jié)合，對各層構(gòu)造柱起到支撐點(diǎn)的作用，共同作為多層砌塊房屋的約束邊緣構(gòu)件，限制開裂后砌體裂縫的延伸和砌體的錯(cuò)位，使磚墻有較大的延性和變形能力，繼續(xù)吸收地震能量，避免墻體倒塌。

2.6 采用隔震結(jié)構(gòu)

砌體結(jié)構(gòu)中采用隔震措施可以有效抗震，即在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層，延長整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期，增大阻尼，減小傳到上部結(jié)構(gòu)的地震作用。從抗震性和經(jīng)濟(jì)性考慮，建在高烈度區(qū)的建筑更適合采用隔震結(jié)構(gòu)。

結(jié)論

砌體結(jié)構(gòu)是我國歷史較長、應(yīng)用普遍的結(jié)構(gòu)形式，并且必將在今后很長一段時(shí)間內(nèi)仍然廣泛使用。由于砌體材料的抗拉和抗剪強(qiáng)度都很低，抗震性能較差，在抵御側(cè)向水平地震作用時(shí)，在變形極小的情況就會開裂，進(jìn)而倒塌，造成巨大損失。加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，對保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)具有十分重要的意義。