磚砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)的問題探析

馬恩品

阜陽市建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽阜陽 236010

1 磚砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力

汶川地震后總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，凡嚴(yán)格執(zhí)行抗震規(guī)范，由正規(guī)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、正規(guī)施工單位施工的多層砌體房屋基本經(jīng)受住了設(shè)防烈度的考驗(yàn)，即使在高于設(shè)防烈度的“大震”情況下，也有70%～80%的房屋實(shí)現(xiàn)了“大震不倒”。這就證明了我國多層磚砌體房屋具有較強(qiáng)的抗震能力，但在遭遇強(qiáng)地震時，仍有少部分砌體結(jié)構(gòu)房屋破壞和倒塌。

地震中經(jīng)受住考驗(yàn)的多層砌體房屋，均采取了有效的抗震構(gòu)造措施，如合理設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱，采取配筋和約束砌體等。震害證明，砌體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施對提高砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能至關(guān)重要。

地震中破壞嚴(yán)重的薄弱部位，如樓梯間墻、房屋底部墻體、底框過渡層和底部框架柱等，新規(guī)范GB 50011—2010均采取了進(jìn)一步的加強(qiáng)措施。

2 樓梯間墻的抗震構(gòu)造措施

樓梯間墻體缺少各層樓板的側(cè)向支承，樓梯間頂層墻體相當(dāng)于一層半高，屬抗震薄弱部位。汶川地震中，磚砌體結(jié)構(gòu)樓梯間破壞嚴(yán)重。樓梯間作為主要的逃生通道，必須保證安全，樓梯間應(yīng)符合以下要求：

（1）樓梯間不宜布置在房屋的盡端或轉(zhuǎn)角處。功能需要布置在端部時，須采取專門的加強(qiáng)措施。

（2）樓梯間除在四角設(shè)置構(gòu)造柱外，還要求在樓梯斜段上下端對應(yīng)墻體處增設(shè)四根構(gòu)造柱，即樓梯間一般需設(shè)置八根構(gòu)造柱。

（3）在樓梯間頂層加強(qiáng)配筋約束，在樓層半高處設(shè)置鋼筋混凝土帶，與八根構(gòu)造柱連接，組成應(yīng)急逃生安全島。新抗震規(guī)范第7.3.8條對頂層和其他各層樓梯間墻體通長配置鋼筋網(wǎng)片及鋼筋混凝土板帶分別作出相應(yīng)規(guī)定，用以加強(qiáng)對磚砌體的約束。

（4）突出屋頂?shù)臉请娞蓍g，由于鞭稍效應(yīng)，地震中受到較大的地震作用，構(gòu)造措施上需要特別加強(qiáng)。突出屋頂?shù)臉翘蓍g的抗震加強(qiáng)措施除要求構(gòu)造柱伸至頂部并與圈梁連接外，墻體拉結(jié)筋加強(qiáng)做法與樓梯間頂層做法基本一致。

3 房屋底部構(gòu)造柱和拉結(jié)筋設(shè)置要求

震害經(jīng)驗(yàn)表明，超過設(shè)防烈度時，多層砌體房屋底部墻體連同構(gòu)造柱發(fā)生破壞，通常發(fā)生在房屋底層和底部數(shù)層、盡端轉(zhuǎn)角處等部位。原因是房屋底部剪力過大，同時也說明了底部構(gòu)造柱間距過大對墻體缺乏足夠的約束。為增強(qiáng)配筋對墻體的約束作用，提高構(gòu)造柱作為墻體約束邊緣構(gòu)件的作用，新規(guī)范第7.3.2條對房屋底部各層構(gòu)造柱間距和拉結(jié)鋼筋網(wǎng)片設(shè)置作出下列規(guī)定：

（1）6、7度時底部1/3樓層，8度時底部1/2樓層，墻體與構(gòu)造柱之間的拉結(jié)鋼筋網(wǎng)片應(yīng)沿墻體水平通常設(shè)置。

（2）當(dāng)房屋高度和層數(shù)接近限值時，橫墻內(nèi)的構(gòu)造柱間距不宜大于層高的兩倍，下部1/3樓層的構(gòu)造柱間距適當(dāng)減?。划?dāng)外縱墻開間大于3.9m時，應(yīng)另設(shè)加強(qiáng)措施。內(nèi)縱墻的構(gòu)造柱間距不宜大于4.2m。

4 單面走廊房屋不再允許采用懸挑梁式結(jié)構(gòu)

汶川地震以前，由于氣候原因，我國南方地區(qū)多層辦公樓、教學(xué)樓等房屋常采用懸挑南向外廊的結(jié)構(gòu)布置，只設(shè)兩道抗震縱墻，類似于框架結(jié)構(gòu)中的單跨框架，且縱墻開洞率較大，抗震十分不利。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2010第7.1.7-6款規(guī)定：在房屋寬度方向的中部應(yīng)設(shè)置內(nèi)縱墻，其累計(jì)長度不宜小于房屋總長度的60%（高寬比大于4的墻段不計(jì)入）。該條款也是根據(jù)本規(guī)范第3.5.3條結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向震動特性不宜相差過大的要求作出此相應(yīng)規(guī)定。

這就表明，單面懸挑外廊結(jié)構(gòu)房屋不再允許采用，建議采用設(shè)縱墻封閉外廊或鋼筋混凝土柱外廊，使縱向有三道墻（或柱）承擔(dān)地震作用，雖然三道縱墻（或柱）可能剛度有所差異從而引起扭轉(zhuǎn)，可從墻柱布置上適當(dāng)調(diào)整加以平衡。同時也考慮到縱向墻體一般較長，縱向的扭轉(zhuǎn)不大，不會因此造成破壞。

另外，新規(guī)范規(guī)定，外廊式和單面走廊式多層房屋，應(yīng)根據(jù)房屋增加一層的層數(shù)設(shè)置構(gòu)造柱，且單面走廊兩側(cè)的縱墻，均應(yīng)按外墻處理，對這類房屋采取了加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。

5 乙類橫墻很少房屋的高度和層數(shù)限值

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2010第7.1.2條對房屋的層數(shù)和總高度規(guī)定了限值。同時規(guī)定：乙類的多層砌體房屋其層數(shù)應(yīng)減少一層，且總高度應(yīng)降低3m；對橫墻較少的多層砌體房屋總高度降低3m，層數(shù)相應(yīng)減少一層；各層橫墻很少的多層砌體房屋，層數(shù)還應(yīng)再減少一層。

值得注意的是，對于各層橫墻很少的砌體房屋，規(guī)范要求層數(shù)再減少一層，但未要求總高度再減少3m，實(shí)際上，由于層高的限值，總高度也有所降低。

根據(jù)以上規(guī)定，對于中小學(xué)教學(xué)樓等屬于乙類、橫墻又很少的房屋高度和層數(shù)按表1確定。

從表1中看出，中小學(xué)教學(xué)樓等橫墻很少的房屋層數(shù)，6、7度區(qū)一般不應(yīng)超過四層（采用多孔磚、基本地震加速度0.15g時為三層），而8度區(qū)不應(yīng)超過三層。

另外，新規(guī)范規(guī)定：對各層橫墻很少的房屋，應(yīng)按增加二層的層數(shù)設(shè)置構(gòu)造柱。

6 一、二層房屋層高超限處理

公共廁所、配電房、社區(qū)活動用房等一、二層低層建筑，由于功能和造型需要，這類房屋層高較大，且很多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土坡屋面，建筑層高應(yīng)計(jì)算至坡屋面山尖墻的1/2高度處，一般均在4.0m以上，超過抗震規(guī)范規(guī)定的層高3.6m和采取約束砌體等加強(qiáng)措施后的3.9m。這類房屋采用砌體結(jié)構(gòu)是否能做，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常產(chǎn)生疑問。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2010第7.1.3條規(guī)定：多層砌體承重房屋的層高，不應(yīng)超過3.6m，當(dāng)使用功能有需要時，采用約束砌體（水平配筋、增設(shè)構(gòu)造柱）等加強(qiáng)措施的普通磚房屋，層高不應(yīng)超過3.9m。但抗震規(guī)范中的規(guī)定的砌體結(jié)構(gòu)，一般適用于三層及以上房屋。對于一二層砌體結(jié)構(gòu)房屋，抗規(guī)未作明確規(guī)定。筆者認(rèn)為，可參照《鎮(zhèn)（村）鄉(xiāng)建筑抗震技術(shù)規(guī)程》JGJ 161—2008執(zhí)行。

規(guī)程JGJ 161—2008第1.0.2條規(guī)定：該規(guī)程適用于村鎮(zhèn)建筑中層數(shù)為一、二層的一般民用建筑。其中第5.1.2條規(guī)定：房屋的層高，單層房屋層高不應(yīng)大于4.0m；兩層房屋其各層層高不應(yīng)大于3.6m。但該規(guī)程中未提及采用約束砌體等加強(qiáng)措施后的適用層高。

筆者認(rèn)為，對于一、二層的低層房屋，歷次地震的宏觀調(diào)查資料說明，相對于多層房屋震害明顯輕得多，雖然由于功能需要，層高超過4.0m，但通過增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱、配筋砌體等約束加強(qiáng)措施，仍可采用砌體結(jié)構(gòu)。一、二層房屋的層高，可在單層房屋層高4.0m；兩層房屋各層層高3.6m的基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬。

7 底部框架砌體房屋結(jié)構(gòu)布置及抗震構(gòu)造要求

汶川地震中，大量底部框架-抗震墻砌體房屋倒塌破壞，有的是底層框架薄弱倒塌，還有的是底部框架加強(qiáng)后，薄弱層轉(zhuǎn)移上一層，上一層倒塌。主要原因是上下剛度不均勻。

底部框架-抗震墻磚砌體房屋在縱橫兩個方向上的上部砌體過渡層計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與下一層框架的側(cè)向剛度之比不應(yīng)小于1.0，底部一層框架時也不應(yīng)大于2.5（6、7度）和2.0（8度）、底部兩層框架時則不應(yīng)大于2.0（6、7度）和1.5（8度），且底層和底部第二層框架的側(cè)向剛度應(yīng)接近。

對于底部框架-抗震墻磚砌體房屋，底部側(cè)向剛度既不能過柔，形成薄弱底層，也不能過剛，剛度過大會吸引過多的地震力而造成破壞。

托墻梁抗震構(gòu)造措施可參照GB 50011—2010第7.5.8條，特別要求梁的縱向受力鋼筋和腰筋應(yīng)按受拉鋼筋的要求錨固在柱內(nèi)，且支座上部的縱向鋼筋在柱內(nèi)的錨固長度應(yīng)符合鋼筋混凝土框支梁的有關(guān)要求。

8 結(jié)語

砌體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施，主要是嚴(yán)格控制總高度和層數(shù)，合理設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱等。對抗震薄弱部位，如樓梯間墻、房屋底部墻體、底框過渡層和底部框架柱等，通過加強(qiáng)砌體配筋和約束，控制上下層側(cè)向剛度比值，使多層砌體房屋和底部框架砌體房屋的整體抗震能力顯著增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修、大震不倒”的最終目標(biāo)。