多層砌體結構抗震設計淺析

張本一

摘要：提高砌體結構的抗震性能，應從構造上加強抗震構造措施。對多層砌體的層數(shù)和高度進行控制；對房屋高寬比、抗震橫墻最大間距等進行控制；并加強抗震構造措施，有效的設置構造柱及圈梁，使得砌體結構的整體抗震性能得以加強。

關鍵詞：高度和高度限制；高寬比限制；抗震構造措施

砌體結構是磚砌體、砌塊砌體、石砌體建造的結構的統(tǒng)稱。眾所周知，磚、石是地方材料，用其建造的房屋符合“因地制宜，就地取材”的原則。砌體結構房屋由于其造價低廉、工藝操作簡單、施工速度快，在我國建筑工程中，尤其是中小城市被廣泛使用著。但是由于砌體的強度較低，并且屬于脆性材料，因此就決定了其抗震性能較差的缺點。而我國的國土面積，有三分之二以上被規(guī)劃為抗震設防6度及6度以上地區(qū)，這就說明我國的砌體結構建筑物將受到不同的烈度的地震的考驗。根據(jù)國內(nèi)外多次地震的證明：砌體結構在強烈地震中的破壞是極其嚴重的。2008年汶川地震、2010年玉樹地震，都造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。和混凝土及鋼相比，砌體材料的拉壓承載力特性相差甚遠，嚴格意義上來說砌體不是理想的彈性材料，更不適合作為抗震結構材料。但是考慮到我國的基本國情，取消或淘汰砌體結構是不現(xiàn)實的。因此加強砌體結構的抗震能力，成為現(xiàn)階段砌體設計中的關鍵。砌體結構的抗震設計，主要是抗震構造問題。

我國砌體結構的抗震構造大多是實際的震害中總結得來的，根據(jù)新版《抗震規(guī)范》及《砌體規(guī)范》，設計是應著重注意以下幾點：

1.多層砌體房屋的層數(shù)和高度控制

根據(jù)國內(nèi)震害調(diào)查統(tǒng)計并參考國內(nèi)有關規(guī)范，作為砌體結構的重要抗震措施之一就是限制房屋建造的層高及高度。根據(jù)不同的烈度區(qū)的同類結構震害統(tǒng)計，房屋的層數(shù)與震害程度成正比。對于房屋高度與震害程度并不十分明確，但是，一般砌體結構房屋的層高較規(guī)律，因此，以3m為基準的層高作為高度的控制是恰當?shù)摹２煌N類的砌體材料，在限制高度上也是有所區(qū)別的。多孔磚在相同的烈度下，較實心磚在層數(shù)與高度上有一定的減小，這是由于多孔磚砌體房屋具有比實心磚砌體更大的脆性，進而會發(fā)展成突然破壞倒塌，這是我們要求避免的。即使多孔磚砌體在砌筑時進行灌孔，能夠提高砌體的抗剪強度有利于抗震，但砌筑時灰漿不易飽和，對于多孔磚砌體也是不利的一面。因此對于多孔磚砌體的層數(shù)和高度限制，比實心磚有所降低是合適的。

2.多層砌體房屋的高寬比的控制

多層砌體房屋的層高和高度受到限制后，基本是剪切型的剛性建筑，因此其破壞模式呈剪切型。但是當高寬比過大時，其破壞模式可能會呈現(xiàn)彎曲型破壞，甚至出現(xiàn)整體傾覆的可能。例如單面走廊的學校教學樓、辦公樓等，或單邊挑廊的建筑，其房屋進深較小而高度則較高時，地震時極易發(fā)生整體傾覆破壞，而這是我們最不愿意出現(xiàn)的震害破壞。因此，為了保證砌體結構在水平地震作用時不產(chǎn)生彎曲破壞，甚至整體傾覆破壞的現(xiàn)象，必須嚴格的控制房屋的最大高度比。

2.建筑平面接近正方形時，其高寬比宜適當減小。

3.抗震橫墻的最大間距限制

多層砌體房屋的承重墻體為抗側力構件，地震作用下兩個主軸方向上的水平地震作用，分別由兩個主軸方向上的墻體來承擔。一般情況下，房屋的縱向墻體間距不會過大，因此對于縱墻的間距沒有加以限制。但是橫墻的間距有時可能較大，在整個橫向水平地震作用下，可能無法滿足強度要求，或產(chǎn)生較大的震害。因此多層砌體房屋的橫墻間距應當由兩個因素控制即強度與抗震措施，強度要求一般情況下均能滿足，抗震措施對與橫墻的間距限制是由從地震區(qū)的震害調(diào)研結果中得出的。研究結果表明：多層砌體房屋橫墻的多少，間距的大小，直接會影響砌體房屋的抗側力能力及震害的嚴重性。一般住宅建筑的橫墻間距較小，其震害相對表現(xiàn)較??；而一些公共建筑的橫墻間距較大，其震害相對表現(xiàn)較重。因此，對于多層砌體房屋必須限制其橫墻的最大間距，以保證地震作用下的安全。

4.多層砌體房屋結構體系的選擇

多層砌體房屋結構體系包括：橫墻承重、縱墻承重和縱橫墻混合承重。在這三種結構體系中，縱墻承重的結構體系在地震時破壞比較嚴重，這是因為地震水平力主要是由橫墻來承擔，縱墻承重其橫墻必然較少，故抗側力能力較差；縱墻承重的結構體系其抗震能力較好，橫墻直接承擔地震水平作用力，且滿足橫墻最大間距限制，橫墻承重的結構布置是最有利于抗震的；縱橫墻混合承重的結構體系，是目前廣泛采用的結構布置方式，樓板多采用現(xiàn)澆板，現(xiàn)澆板使縱向和橫向墻體能夠聯(lián)合承重，從墻體受力的均勻性上是有利于抗震的，因此可以采用。無論采用哪種結構布置形式，抗側力的主要構件均為墻體，故墻體必須同時滿足強度及抗震構造措施的要求。

5.多層砌體房屋的抗震構造措施

抗震構造措施是為了彌補抗震驗算的不足及無法計算的部分，更是用來滿足“大震不倒”的設防目標要求的。對于砌體結構來說，這點顯得尤其重要。主要的抗震構造措施有以下幾點：

1）.多層砌體房屋構造柱設置要求

磚砌墻體為脆性材料，其抗震性能、變形能力及延性較差，為增加多層砌體房屋的整體性，提高其抗震性能、承載能力及抵抗墻體因溫度變形而產(chǎn)生的裂縫，在多層砌體房屋中設置鋼筋混凝土構造柱是一項很有效的措施。鋼筋混凝土構造柱從概念上不應理解為柱，它是一種約束砌體的邊緣構件。其截面較小、剛度比重較小、不能單獨承受垂直荷載，對砌體結構初始的抗側力能力貢獻很小。但是，一旦墻體產(chǎn)生裂縫甚至裂縫貫通時，構造柱的作用就開始完全發(fā)揮。

內(nèi)墻的局部較小墻垛處；

內(nèi)縱墻與橫墻（軸線）交接處

2）.多層砌體房屋圈梁設置要求

抗震圈梁與鋼筋混凝土構造柱共同組成一種“弱框架”式的圍合結構，從縱橫兩個方向上形成約束，能有效的形成有邊緣約束的整體砌體結構?？拐鹑α鹤鳛樗郊s束構件，其在加強房屋整體性和提高砌體結構抗震能力方面，與構造柱的重要性是一樣的。設置抗震圈梁的位置詳見表5，圈梁的設置強調(diào)每層均在同一標高，并且每層圈梁均應封閉交圈，形成閉合的邊緣構件。多層磚砌體房屋的圈梁應采用現(xiàn)澆混凝土圈梁，并且與樓面板、屋面板有可靠的連接。

3）.多層砌體房屋連接要求

多層砌體結構的各個部分要通過相互連接來達到加強整體性，發(fā)揮整體功能，滿足房屋抗震性能的要求。在地震作用下，構件之間的可靠連接是非常必要的，具體部位之間的連接要求如下：

（1）構造柱與墻連接處應砌成馬牙槎，沿墻高每隔500mm設2Φ6水平鋼筋和Φ4分布短筋平面內(nèi)點焊組成的拉結網(wǎng)片或Φ4點焊鋼筋網(wǎng)片，每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1m。6、7度時底部1/3樓層，8度時底部1/2樓層，9度時全部樓層，上述拉結鋼筋網(wǎng)片應沿墻體水平通常設置。

（2）構造柱與圈梁連接處，構造柱的縱筋應在圈梁縱筋內(nèi)側穿過，保證構造柱縱筋上下貫通。

（3）現(xiàn)澆混凝土樓板或屋面板伸進縱、橫墻內(nèi)的長度均不應小于120mm。

（4）裝配式鋼筋混凝土樓板或屋面板，當圈梁未設在板的同一標高時，板段伸進外墻的長度不應小于120mm，伸進內(nèi)墻的長度不應小于100mm或采用硬架支模連接，在梁上不應小于80mm或采用硬架支模連接。

（5）當板的跨度大于4.8m并與外墻平行時，靠外墻的預制板側邊應與墻或圈梁拉結。

（6）房屋端部大房間的樓蓋，6度時房屋的屋蓋和7～9度時樓房的樓、屋蓋，當圈梁設在板底時，鋼筋混凝土預制板應相互拉結，并應于梁、墻或圈梁拉結。

（7）樓、屋蓋的鋼筋混凝土梁或屋架應與墻、柱（包括構造柱）或圈梁可靠連接；不得采用獨立磚柱。跨度不小于6m大梁的支承構件應采用組合砌體等加強措施，并滿足承載力要求。

想要更好的利用砌體材料建造造價低、抗震性能好的砌體結構房屋，除必要的強度驗算之外，更應當重視結構的抗震措施，即抗震的概念設計和具體的抗震構造措施。通過上述構造措施的加強，可以使砌體滿足抗震設防要求“小震不壞、中震可修、大震不倒”，保證人民生命、國家財產(chǎn)不受損失。