摘要:砖混结构多层砌体结构由于其构件组成和连接方式的内在原因,抗震性能较差。但抗震分析研究和震害调查表明,只要在多层砌体结构的设计中,进行合理的抗震设防,采取适当的构造措施,经过必要的抗震验算,切实保证施工质量,则多层砌体结构仍可满足抗震的要求。在分析砌体结构抗震性能的基础上,本文对多层砌体结构的抗震概念设计进行了论述。
关键词:砌体结构;抗震性能;抗震概念设计;抗震构造措施
在地震力作用下,多层砌体结构由于其本身的结构特点,其抗拉、抗剪、抗弯强度及变形能力都比较低。震害调查显示,在地震烈度7、8度区,甚至在9度区,砖砌体房屋只受到轻微破坏,甚至基本完好的房屋也不少。虽然地震造成房屋破坏的因素较多,但总的来说有两方面:一是地震烈度和场地的地质条件;二是建筑物本身的抗震能力。多层砌体结构震害调查表明,只要经过合理的抗震设防,构造措施得当,保证施工质量,多层砌体结构仍具有一定的抗震能力。
一、限制房屋层数和总高,合理进行结构布置
为降低房屋可能受到的震害,新修订的“建筑抗震设计规范”(ＧＢ50011—2001)首先对多层砌体房屋的总高度和层数作了严格而明确的规定,并且作为强制性条文。随着房屋层数的增多、总高度的增加,使多层砖房的弯曲变形增加、剪切变形减小。作为以抵抗剪切变形为主的砖墙体,由于弯曲变形的增加,其上部墙体的抗震效果降低,下部墙体的抗剪能力下降。为解决上述问题,目前设计中通常采用增加构造柱数量,增大圈梁、构造柱的断面及配筋,以及采用配筋砌体等措施。
另一方面,为了提高多层砌体砖房的抗震能力,加强其抗侧刚度,房屋的高宽比应符合“建筑抗震设计规范”(ＧＢ50011—2001)第7.1.4条的要求。因为高宽比过大的房屋,当地震烈度较高时,由于倾覆力矩引起的弯曲应力较大,当弯曲应力超过砌体的抗拉强度时,外墙将出现水平裂缝。
二、房屋的体型应力求规整
（一）平面
一般房屋的平面最好为矩形,纵横墙的设置尽可能对称于房屋平面的两个主轴,且上下层墙体应对齐。这样遇地震时可使房屋能较好地保持协调一致,减少抗震不利环节,抗震效果较好。如果房屋的质量中心和刚度中心不重合,地震时将产生扭转作用,使房屋的震害加重。如因特殊需要,要求布置成较复杂平面时,则应设置防震缝,将房屋分隔成若干独立的单元,以减轻震害。此外,对位于松软地基和不均匀多层土地基上的房屋,为提高其竖向刚度,减小地基在震前和震后累计产生的不均匀沉降,房屋的长宽比值应控制在3～4之内。
（二）立面
震害调查表明,建筑立面上的不规则要比平面上不规则带来的震害更严重。立面上各部分高差过大,或有局部突出的小建筑物,或刚度突变、质量悬殊,地震时都易造成严重震害,甚至引起房屋倒塌。在砖混结构设计中不应过度追求大开间、大门洞、大悬挑及阶梯形。
三、纵横墙体的合理布置和连接
砖砌体房屋中纵横向的墙体应对齐,使之与楼(屋)盖形成空间刚度大、整体性好的空间单元,以提高房屋的整体抗剪能力。纵、横墙对齐贯通,还能减少砖墙、楼板等受力构件的中间传力环节,受力明确。在进行地震内力分析时,减少了误差。
（一）横墙间距的限制
砖墙在平面内的抗剪强度较大,但平面外的抗剪强度很低。因此,多层砖房的水平剪力主要由横墙承担。为了使大部分地震荷载由楼板传递给横墙,要求楼板有足够的刚度。为了防止因为横墙过大的变形,引起纵墙的破坏,除对横墙进行抗剪强度验算外,还需根据“规范”(ＧＢ50011—2001)第7.1.5条的规定,限制横墙间距。对于横墙间距大于4.2ｍ的房间超过了楼层总面积的40%,且房屋总高度和层数接近“规范”限定值的多层普通砖、多孔砖的住宅楼,应采取下列加强措施:
1)房屋的最大开间尺寸不宜大于6.6ｍ。
2)同一结构单元内横墙错位数量不宜超过横墙总数的1/3,且连续错位不宜多于两道;错位的墙体交接处均应增设构造柱,且楼、屋面板应采用现浇钢筋混凝土板。
3)横墙和内纵墙上洞口的宽度不宜大于1.5ｍ,外纵墙上洞口的宽度不宜大于2.1ｍ或为开间尺寸的一半,且内外墙上洞口的位置,不应影响外纵墙与横墙的整体连接。
4)所有的纵横墙,均应在楼、层盖标高处设置加强的现浇钢筋混凝土圈梁。圈梁的截面高度不宜小于150ｍｍ,上下纵筋各不应少于3φ10,箍筋不小于φ6@300。
5)所有纵横墙交接处及横墙的中部,均应增设满足下列要求的构造柱:在横墙内的柱距不宜大于层高,在纵墙内的柱距不宜大于4.2ｍ。最小截面尺寸不宜小于240ｍｍ×240ｍｍ,配筋宜符合表1的要求。
6)同一结构单元的楼、屋面板,应设置在同一标高处。
7)房屋底层和顶层的窗台标高处,宜设置沿纵横墙通长的水平现浇钢筋混凝土带,其截面高度不小于60ｍｍ,宽度不小于240ｍｍ,纵向钢筋不少于3φ6。
表1增设构造柱的纵筋和箍筋的设置要求
（二）纵横墙的连接
纵横墙连接处的竖向裂缝,在历次地震中屡见不鲜,严重时纵墙脱离横墙而倒塌。为避免这种破坏,除必须同时咬槎砌筑外,在地震烈度为7度的地区,长度大于7.2ｍ的大房间、以及烈度在8度和9度的地区,外墙转角及内外墙的交接处,当未设置构造柱时,应沿墙高每隔500ｍｍ配置2φ6拉结钢筋,并伸入墙内每边不小于1ｍ。值得一提的是,经常见到一些多层住宅的用户,在房屋装修中为了把小房间改成大房间,随意拆除房屋内的墙体,使原来完整的墙体结构受损。或为了扩大室内空间,封上阳台,打掉外纵墙,甚至在窗间墙上拆砖来扩大窗洞宽度,破坏了原来连续的墙体,这将大大削弱结构的空间刚度和房屋的整体性,留下隐患,对抗震十分不利。
四、有效设置构造柱和圈梁
（一）构造柱
震害分析和试验研究表明,在多层砖砌体房屋的适当部位设置钢筋混凝土构造柱,并与圈梁连接使之共同工作,便可增加房屋的延性,提高房屋的整体性,防止或延缓在地震作用下房屋的突然倒塌,减轻房屋的损害程度.为了提高多层砖房的抗倒塌能力,抗震规范中根据抗震设防烈度、房屋高度和抗震薄弱部位的不同,规定多层砖房在一般情况下应按“规范”(ＧＢ50011—2001)第7.3.1条规定设置钢筋混凝土构造柱。
钢筋混凝土构造柱虽然对提高砖房的受剪承载力作用有限,仅提高约10%～30%,但是对于墙体的约束和防止墙体开裂后砖的散落起到非常显著的作用。构造柱应当设置在震害较重、连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。
（二）圈梁
钢筋混凝土圈梁是增加墙体的整体连接、提高楼(屋)盖刚度、限制墙体裂缝延展、提高房屋抗震能力的有效构造措施。
从抗震的观点分析,圈梁有以下几项作用:
1)增强房屋的整体性.由于圈梁的约束作用,使楼盖与纵横墙构成整体的箱形结构,防止预制楼板散开和砖墙倒塌,充分发挥各片墙体的抗震能力;
2)作为楼盖的边缘构件,对装配式楼盖在水平面内进行约束,提高了楼板的水平刚度。保证楼盖起到整体横隔板的作用,以传递并分配层间的地震剪力;
3)在竖向平面内与构造柱一起对墙体约束,限制墙体斜裂缝的延展,且不延伸超出两道圈梁之间的墙体,并减小裂缝与水平的夹角,保证墙体的整体性和变形能力;
4)提高墙体的抗剪能力,减轻地震时地基不均匀沉降与地表裂缝对房屋的影响,特别是屋盖处和基础顶面处的圈梁,具有提高房屋的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。
五、附属构件与主体结构应有可靠的连接和锚固
对于女儿墙、出屋面烟囱、屋顶间等非结构构件,这类出屋面的房屋附属物,地震反应强烈,破坏率极高。在地震烈度为6度的地区,高出屋面的塔楼、楼梯间、水箱间的墙面上出现交叉裂缝;屋面小烟囱、女儿墙的根部出现水平裂缝、错动、甚至倒塌。7度、8度烈度区,上述震害更加普遍和严重。而在地震低烈度区,地震时的人员伤亡主要是由于房屋附属物倒塌所致。
因此对于女儿墙、雨棚、挑檐等附属构件,应与主体结构有可靠的连接和锚固,以免地震时倒塌伤人,产生附加灾害。特别在人流出入口、通道等处,应注意加强抗震措施.对雨棚、阳台、挑檐及挑梁,应进行抗倾覆验算。楼层、屋面挑梁的入墙长度应分别为其悬挑长度的1.2倍至2倍。挑梁、板的上部筋,伸入顶层支座后水平段刚好满足锚固要求时,应适当地增大锚固长度或增加10倍钢筋直径的垂直段。
六、结束语
重视抗震概念设计,在确定房屋总体方案、材料使用和细部构造中,遵守抗震设计的有关要求和合理原则,进行必要的抗震验算,采取适当的抗震构造措施,保证施工质量,才能使多层砖砌体房屋的抗震能力有所提高。
