摘要：針對砌體結(jié)構(gòu)房屋的震害，介紹多層砌體房屋抗震設(shè)計的一般規(guī)定、設(shè)計要點及抗震設(shè)計構(gòu)造措施，以提高砌體結(jié)構(gòu)房屋的最大抗震能力。

關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu);震害;抗震設(shè)計

Abstract: In view of the masonry structure building seismic damage of multistory masonry buildings, the seismic design general requirements, design key points and construction measures of seismic design of masonry structure building, in order to increase the maximum seismic capacity.

Key words: masonry structure; earthquake; seismic design

中圖分類號：TU2文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104(2012)06-0020-02

多層砌體房屋是我國居住、辦公、學校和醫(yī)院等建筑中最為普遍的結(jié)構(gòu)形式。5～6層高的房屋，采用以磚砌體承重的混合結(jié)構(gòu)非常普遍，不少城市建到7～8層;重慶市70年代建成了高達12層的以砌體承重的住宅;在工業(yè)廠房建筑中，通常用砌體砌筑圍墻;中、小型廠房和多層輕工業(yè)廠房，以及小型影劇院、食堂、倉庫等建筑的承重結(jié)構(gòu)亦采用砌體。和混凝土及鋼相比，砌體材料的抗壓承載力特性相差甚遠，因此嚴格意義上說砌體不是理想的彈性材料，也不適合作為抗震結(jié)構(gòu)的材料。但是砌體在我國的應(yīng)用非常普遍，約占民用建筑總量得70%。為滿足使用要求可以采取相應(yīng)的抗震措施來滿足抗震要求。對砌體結(jié)構(gòu)抗震，規(guī)范以抗震構(gòu)造措施為主，通過對砌體結(jié)構(gòu)的約束，實現(xiàn)抗震的目的。

總結(jié)多層砌體房屋的震害經(jīng)驗，房屋結(jié)構(gòu)體系不合理或存在缺陷是多層砌體房屋產(chǎn)生震害的主要原因之一。因此多層砌體房屋合理的抗震結(jié)構(gòu)體系，和必要的構(gòu)造措施對于提高房屋的抗震能力是非常必要的，也是房屋抗震設(shè)計中應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題。因此在進行多層砌體房屋抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)體系和抗震構(gòu)造問題應(yīng)從以下幾個方面進行重點考慮。

一、應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫共同承重

縱墻承重的砌體結(jié)構(gòu)，由于樓板的側(cè)邊一般不嵌入橫墻內(nèi)，橫向地震作用有很少部分通過板的側(cè)邊直接傳至橫墻，而大部分通過縱墻經(jīng)由縱橫墻交接面?zhèn)髦翙M墻。因而，地震時外縱墻因板與墻體的拉結(jié)不良而成片向外倒塌，樓板也隨之墜落。橫墻由于為非承重墻，受剪承載能力降低，其破壞程度也比較重。

而橫墻開洞較少，又有縱墻作為側(cè)向支承，所以橫墻承重的多層砌體結(jié)構(gòu)具有較好的傳遞地震作用的能力。

縱橫墻共同承重的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋可分為兩種：一種是采用現(xiàn)澆板，另一種為采用預(yù)制短向板的大房間。其縱橫墻共同承重的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋既能比較直接地傳遞橫向地震作用，也能直接或通過縱橫墻的連結(jié)傳遞縱向地震作用。

二、縱橫墻的布置應(yīng)均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻，同時應(yīng)盡量減少復(fù)雜立面所造成的附加震害

多層砌體房屋的平、立面布置應(yīng)規(guī)則對稱，最好為矩形，這樣可避免水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。然而對于避免水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)僅房屋平面布置規(guī)則還是不夠的，還應(yīng)做到縱橫墻的布置均勻?qū)ΨQ。

磚墻沿平面內(nèi)對齊、貫通，能減少磚墻、樓板等受力構(gòu)件的中間環(huán)節(jié)，使震害部位減少，使震害程度減輕;同時，由于地震作用傳力路線簡單，中間不間斷，構(gòu)件受力明確，其簡化的地震作用分析能較好地符合地震作用的實際。

房屋的縱向地震作用分至各縱軸后，其外縱墻的地震作用還要按各窗間墻的側(cè)移剛度再分配。由于寬的窗間墻的剛度比窄窗間墻的剛度大得多，必然承受較多的地震作用而破壞，而高度比大于4的墻垛其承載力更差已率先破壞，則對于寬窄差異較大的外縱墻，就會造成窗間墻的各個擊破，降低了外縱墻和房屋縱向的抗震能力。因此，要求同一軸線的窗間墻寬度宜均勻，盡量做到等寬度。對于一些建筑陽臺和窗之間留一個240mm寬的墻垛等做法不利于抗震，宜采取門連窗的做法。

三、縱橫墻豎向應(yīng)上、下連續(xù)，不宜采用上剛下柔的結(jié)構(gòu)

房屋的縱橫墻沿上下連續(xù)貫通，可使地震作用的傳遞路線更為直接合理。如果因使用功能不能滿足上述要求時，應(yīng)將大房間布置在頂層。若大房間布置在下層，則相鄰上面橫墻承擔的地震剪力，只有通過大梁傳遞至下層兩旁的橫墻，這就要求樓板有較大的水平剛度。而從房屋縱橫墻的對稱要求來看，大房間宜布置在房屋的中部，而不宜布置在端頭。而上剛下柔的房屋也只有通過大梁傳遞至下層兩旁的橫墻，這就要求樓板有較大的水平剛度。

四、抗震地區(qū)不宜采用墻梁

因墻梁是上部墻體與鋼筋混凝土托梁一同進行協(xié)調(diào)工作。而在地震作用下，上部墻體開裂使墻體與鋼筋混凝土托梁不能一同進行協(xié)調(diào)工作，因此而使結(jié)構(gòu)變得不安全。

五、防震縫的設(shè)置

大量的震害表明，由于地震作用的復(fù)雜性，體形不對稱的結(jié)構(gòu)的破壞較體形均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)要重一些。但是，由于防震縫在不同程度上影響建筑立面的效果各增加工程造價等，應(yīng)根據(jù)建筑的類型、結(jié)構(gòu)體系各建筑狀態(tài)以及不同的地震烈度等區(qū)別對待。規(guī)范的原則規(guī)定為：當建筑形狀復(fù)雜而又不設(shè)防震縫時，應(yīng)選取符合實際的結(jié)構(gòu)計算模型，進行精細抗震分析，估計局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)影響，判別易損部位并采用加強措施;當設(shè)置防震縫時，應(yīng)將建筑分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。對于多層砌體房屋，當有下列情況之一時宜設(shè)置防震縫：(1)房屋的立面高差在6m以上

(2)房屋有錯層，且樓板高差較大

(3)各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同

六、樓梯間不宜設(shè)在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處

由于水平地震作用為橫向和縱向兩個方向，所以在多層砌體房屋轉(zhuǎn)角處縱橫兩個墻面常出現(xiàn)斜裂縫。不僅房屋兩端的四個外墻角容易發(fā)生破壞，而且平面上的其他凸出部位的外墻陰角同樣容易破壞。

樓梯間比較空敞和頂層外墻的無支承高度為一層半，在地震中的破壞比較嚴重。尤其是樓梯間設(shè)置在房屋盡端或房屋轉(zhuǎn)角部位時，其震害更為加劇。

七、煙道、風道、垃圾道及配電箱洞口等不應(yīng)削弱墻體

墻體是多層砌體房屋承重和抗側(cè)力的主要構(gòu)件。局部削弱的墻體，不僅在削弱處率先開裂，還將產(chǎn)生內(nèi)力重分布。因此，規(guī)范規(guī)定煙道、風道、垃圾道和配電箱洞口不應(yīng)削弱墻體;當墻體被削弱時，應(yīng)對墻體采取水平配筋等加強措施，對附墻煙囪及出屋面煙囪采用豎向配筋。

八、砌體結(jié)構(gòu)的材料強度、層高、總高及構(gòu)造柱

砌體規(guī)范對砌體結(jié)構(gòu)采取以限制層高及房屋高度為基本出發(fā)點的相關(guān)構(gòu)造措施，對層高和房屋高度的限制必須遵守，一般不允許超過。五層及以上的房屋的墻體所用材料最低強度等級為：磚MU10、砂漿M5。結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)嚴格按規(guī)范要求在砌體中設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁，使砌體墻成為約束砌體，來保證砌體結(jié)構(gòu)“大震不倒”的設(shè)計目標。

砌體結(jié)構(gòu)的脆性性質(zhì)可以通過配筋或加強邊緣約束來改善。1976年唐山大地震后，總結(jié)地震中八棟裂而不倒的砌體房屋的經(jīng)驗，提出了在承重墻體中設(shè)置邊緣約束構(gòu)件的規(guī)定。經(jīng)過二十多年的實踐考驗證明，設(shè)有構(gòu)造柱的砌體房屋，在經(jīng)受九度地震后未發(fā)現(xiàn)有倒塌的實例，此種做法是安全的。但應(yīng)注意以下幾點：

1、 約束墻體的構(gòu)造柱截面不宜過大，配筋不宜過多。且必須是先砌墻后澆混凝土構(gòu)造柱，使柱與墻體能夠緊密結(jié)合，共同工作。此類構(gòu)造柱在墻體受水平地震作用初期應(yīng)力極小,剛度也不大。但當墻體開裂后柱內(nèi)應(yīng)力逐步增大,直到裂縫貫通墻體,構(gòu)造柱才明顯受力直到鋼筋屈服。此時的墻體已破碎,構(gòu)造柱的約束使得墻體破碎而不至于倒塌,從而達到“裂而不到”的目標。如果構(gòu)造柱截面和配筋過大，由于混凝土剛度遠大于砌體墻體，所以構(gòu)造柱會吸收大多數(shù)的地震力，結(jié)果構(gòu)造柱先于墻體破壞，起不到約束墻體的作用。

2、 構(gòu)造柱的設(shè)置不能改變砌體剛性的性質(zhì)

墻體在豎向和水平地震作用下首先沿45°主拉應(yīng)力的軌跡開裂，并逐步延伸，形成對角的“x”形裂縫;如果墻段的高寬比較大，則在墻體中段會出現(xiàn)水平裂縫段。因此構(gòu)造柱的間距不能過大，否則將會消弱對墻段砌體的約束作用，基本上是縱墻內(nèi)每開間均設(shè)，橫墻內(nèi)間距不大于層高的兩倍。

3、構(gòu)造柱必須依靠樓層上下樓蓋圈梁的拉結(jié)

構(gòu)造柱作為一種豎向構(gòu)件，一般沿墻截面不變，配筋也少有變化。因此，在各樓層柱高處必須有圈梁作為錨固點，以形成上下和左右墻段的約束作用。

4、 樓蓋圈梁在多層結(jié)構(gòu)中很難準確計算

它的作用是多方面的，如增強拉接，提高結(jié)構(gòu)的整體性，抵御地基的不均勻沉降，加強樓板與墻體的連接等。而構(gòu)造柱的作用也是如此，它在加強墻體之間的連接方面是明顯的，但它的約束作用一般要在墻體開裂以后才能發(fā)揮，這是構(gòu)造柱的特點之一。

5、設(shè)置構(gòu)造柱之后，墻體的抗剪能力一般提高20%左右，因此應(yīng)當認為提高砌體抗剪強度不是在墻兩端設(shè)置構(gòu)造柱的主要目的，構(gòu)造柱的主要作用在于較大幅度的增大墻體的變形能力，特別是對墻段塑性變形后的約束作用。墻段兩端的構(gòu)造柱既不能阻止墻體裂縫的出現(xiàn)，也不能大幅度的提高墻段的抗剪能力，但它使墻段和房屋取得了較大的延性，從而減小了突然發(fā)生倒塌的危險性。

6、構(gòu)造柱間距應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對待。一種是單一作為約束邊緣構(gòu)件的構(gòu)造柱，此類構(gòu)造柱的設(shè)置主要考慮約束墻段的長度需要，以往抗震規(guī)范中尚不明確，無論在砌體橫墻或縱墻中均為提出間距的要求。事實證明構(gòu)造柱的約束作用是有限的。例如在以往的縱墻中設(shè)置構(gòu)造柱時只要求在兩端設(shè)構(gòu)造柱，數(shù)十米長的構(gòu)造柱難以約束墻段的破壞此時構(gòu)造柱的數(shù)量是遠遠不夠的。即使橫墻中的構(gòu)造柱間距一般可能達到11~12米，構(gòu)造柱作用也難以完全發(fā)揮。 根據(jù)工程實踐經(jīng)驗和有關(guān)試驗研究資料分析結(jié)果，新規(guī)范對此做了補充和完善： a) 當層數(shù)和房屋高度接近或者達到砌體結(jié)構(gòu)限定高度時橫墻內(nèi)的構(gòu)造柱間距不宜大于層高的2倍，即一般不宜超過5.4米;縱墻內(nèi)的構(gòu)造柱一般不超過3.9米(外縱墻)和4.2米(內(nèi)縱墻)，即大致每開間均應(yīng)設(shè)置一根構(gòu)造柱。如此要求是十分必要的，實驗證明墻段的寬高比超過2時，構(gòu)造柱的約束作用降低。 b) 在開間較大、橫墻較少的多層住宅中，當層數(shù)和房屋高度接近和達到砌體高度限定高度時對構(gòu)造柱的設(shè)置間距要求更高。在橫墻內(nèi)的柱間距不宜大于層高，在縱墻內(nèi)的柱間距不宜大于4.2米;同時在所有縱橫墻交接處及橫墻的中部也均應(yīng)設(shè)有構(gòu)造柱以約束相應(yīng)墻段的砌體。通過上面規(guī)定可以看出構(gòu)造柱作為一種約束邊緣構(gòu)件限定其最大間距是十分必要的，否則將難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用，新規(guī)范完善了對多層砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱設(shè)置的規(guī)定，在一定程度上也提高了砌體結(jié)構(gòu)的抗震安全性，有效的保證了大震不倒的抗震設(shè)防的總目標的實現(xiàn)。

7、構(gòu)造柱的計算

按照提高墻段的抗剪強度要求，設(shè)置構(gòu)造柱是對構(gòu)造柱作用的一種新發(fā)展。設(shè)置構(gòu)造柱的目的不同因此設(shè)置部位也不同，此類構(gòu)造柱一般均布置在墻段中段。當房屋的設(shè)防烈度要求較高或橫墻較少，墻段不能承受所承擔的地震作用時可采用增設(shè)構(gòu)造柱的做法來提高墻段的抗剪強度，滿足抗震設(shè)防地區(qū)對多層砌體結(jié)構(gòu)的抗剪要求，因此中段構(gòu)造柱的作用不同與設(shè)置在墻段邊緣的約束構(gòu)造柱，兩者從概念上不能混為一談。

對于配筋砌體，主要是對于當房屋層數(shù)比較高時應(yīng)用，對于大量的民用建筑中，應(yīng)用還不是很廣泛，在此我們就不多談了。但對于青島地區(qū)而言，氣候潮濕、抗震設(shè)防六度，住宅建設(shè)中的通常做法是在地面設(shè)架空層或半地下室，坡屋頂，實際層數(shù)達到8層，已超出規(guī)范限值。規(guī)范中的用詞為“不宜”超過7層，也就是說只要采取合理有效的措施，還是可以實現(xiàn)的。具體做法是:

(1)樓層圈梁層層設(shè)置，截面適當加大

(2)墻體交接處均設(shè)置構(gòu)造柱

(3)構(gòu)造柱間距不大于4米

(4)大于米的洞口兩側(cè)設(shè)構(gòu)造柱;

這樣處理的中心意思就是按組合砌體來考慮這類情況。但這樣處理后，因為現(xiàn)在的住宅設(shè)計要求較高，平面一般情況下都比較復(fù)雜，縱墻很少有連通的，所以墻體內(nèi)的構(gòu)造柱數(shù)量較大，對砌體本身而言是不利的，所以構(gòu)造柱的截面不能過大，否則達不到我們要求的結(jié)果。

結(jié)語

使砌體結(jié)構(gòu)適應(yīng)可持續(xù)性發(fā)展的要求。傳統(tǒng)的小塊粘土磚以其耗能大、毀田多，運輸量大的缺點越來越不適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的要求。對其改革勢在必行。發(fā)展趨勢是充分利用工業(yè)廢料和對方性材料。例如，用粉煤灰、爐渣、礦渣等垃圾或廢料制磚或者板材，可變廢為寶，用河泥、湖泥、海泥制磚等。發(fā)展高強、輕質(zhì)的空心塊體，發(fā)展高強度、高粘結(jié)膠合力的砂漿，有效的提高砌體的強度和抗震性能。

參考文獻:

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