砌体结构抗震设计

摘 要:砌体结构是建筑工程中使用最广泛的结构形式之一,它在我国住宅建筑中所占比例高达80%,尤其是在乡镇及小城市中,砌体结构的应用更为广泛.由于我国位于世界两大地震构造体系的交汇区域,历史上就是地震多发的国家之一,“512”汶川大地震给我们带来血的教训,因此,砌体结构的抗震设计尤应受到重视.

关 键 词:砌体结构概念设计构造设计

据我国近现代历史上的历次重大地震震害调查统计说明,未经抗震设防的多层砌体结构,在6度区主体结构一般处于基本完好的状态,宏观震害主要出现在女儿墙、出屋面小烟囱等部位,7度区,主体出现轻微破坏,小部分达到中等破坏,9度区内,多数结构出现严重损毁.上述事实说明,多层砖房的抗震能力较低,但仍具有抗倒塌的能力.实际上,对近年来发生的地震震害调查表明,经过抗震设计并且施工质量得到保证的多层砌体结构,其平均震害程度可比前述未经抗震设计的结构震害减轻1～2个等级.这说明经过抗震设计“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则是可以实现的.

砌体结构的抗震设计主要包括:概念设计、抗震计算以及构造措施.本文仅对概念设计及构造措施作简要概述.

一、概念设计

概念设计是指人们通过对砌体结构房屋抗震原理及抗震性能的研究,总结出许多关于房屋抗震的正确思想和思维方法,用这种正确思想和思维方式指导实际称为概念设计.概念设计不是一成不变的,而是在人们与地震这种自然现象不断抗衡和斗争的过程中,逐渐提高和深化的.如后,国家就当前的抗震设计规范作了调整和修改.就当前的认识水平,概念设计主要包括以下几个方面:

1.建筑平面、立面及结构布置

建筑平面、立面宜规则、对称,防止局部有过大的突出或凹进.建筑物的质量分布和刚度变化宜均匀,楼层不宜错层,当建筑或使用要求必须将平面设计成较复杂的体型时,可将房屋自下而上用抗震缝分开,将房屋分成若干个简单结构刚度均匀的独立单元.《建筑抗震设计规范》(GB50011―2001)(以下简称《抗震规范》)对砌体结构规定:设防烈度为8度和9度且有以下情况之一的宜设防震缝:①房屋里面高差在6m以上,②房屋有错层,且楼板高差较大,③各部分结构刚度、质量截然不同.防震缝两侧均应布设墙体,缝宽取50～100mm.

砌体结构布置非常重要,根据地震震害调查说明,采用纵横墙承重的多层砖房,因横向支撑少,纵墙极易受平面外弯曲破坏而导致结构倒塌.因此,对多层砌体结构房屋,应优先采用横墙承重的结构布置方案,其次考虑采用纵横墙共同承重的结构布置方案,避免采用纵墙承重.

2.房屋的总高度和层数

历史地震表明,在一般地基条件下,砌体结构房屋层数越多,高度越高,震害越严重.因此,限制砌体结构房屋层数和高度,是一条既经济又有效的抗震措施.后国家对抗震设计规范作了局部调整,其中对多层房屋层数和高度要求强制性执行,其要求见表一.

其中在说明中新增加了两条:①乙类的多层砌体房屋应允许按本地区设防烈度查表,但层数应减少一层且总高度应降低3m,②当使用功能确有需要时,采用约束砌体等加强措施的普通砖墙体的层高不应超过3.9m.

3.房屋的高宽比

当房屋的高宽比大时,地震时易于发生整体弯曲破坏.多层砌体房屋不作整体弯曲验算,但为了保证房屋的稳定性,房屋高度和总宽度的最大比值应满足表二要求.

4.房屋的局部尺寸

要避免出现薄弱部位,防止因局部的破坏发展成为整栋房屋的破坏,多层砌体房屋的局部尺寸,应符合表三尺寸.

二、抗震构造措施

结构抗震构造措施的主要目的在于加强结构的整体性,保证抗震计算目的的实现,弥补抗震计算的不足.对于多层砌体结构,由于抗震验算仅对承受水平地震剪力的墙体进行,因而砌体结构的抗震构造措施尤为重要.抗震构造措施主要包括以下几个方面:

1.设置钢筋混凝土构造柱

在多层砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱或芯柱,可以部分提高墙体的抗剪强度,尤其是可以大大增强房屋的变形能力.在墙体开裂后,构造柱与圈梁所形成的约束体系可以有效地限制墙体的散落,使开裂墙体以滑移、摩擦等方式大量消耗地震能量,保证房屋不致倒塌.多层砖房应按表四(见文后)要求设置现浇混凝土构造柱:

构造柱最小截面应采用240×180,纵向钢筋可采用4Φ12,箍筋间距不宜大于250mm,且在柱下端适当加密.在7度区超过六层,8度区超过五层和9度区,构造柱纵筋宜采用4Φ14,箍筋间距不宜大于200mm.

对混凝土构造柱的施工,应要求先砌墙、后浇筑,墙、柱连接处宜砌成马牙槎,并应沿墙高每隔0.5m设2Φ6拉结筋,每边伸入墙内不少于1m.

2.合理布置圈梁

圈梁在气体结构抗震中可以发挥多方面的作用.它可以加强纵横墙的连接、增强楼盖的整体性、增加墙体的稳定性,它可以有效约束墙体裂缝的延展,从而提高墙体的抗震能力,它还可以有效抵抗由于地震或其他原因所引起的地基不均匀沉降对房屋的破坏作用.

砌块房屋采用装配式钢筋混凝土楼盖时,每层均设置圈梁.现浇钢筋混凝土圈梁应在设防烈度的基础上提高一度后按表五(见文后)相应要求设置.

圈梁应闭合,遇有洞口应上下搭接,不宜采用现浇圈梁与门窗过梁合二为一的构造措施.圈梁的截面高度不应小于120mm,配筋应符合表六要求.为加强基础整体性刚性而设置的基础圈梁,其截面高度不应小于180mm,配筋不应少于4Φ12.圈梁配筋要求见表六(见文后).

3.重视楼梯间的设计

楼梯间的震害往往较重,而地震时楼梯间是疏散人员和进行救灾的要道.因此,对其抗震构造措施要给予足够的重视.

8度和9度时,顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔0.5m设2Φ6通常钢筋.9度时其他各层楼梯间可在休息平台或半高处设置60mm厚的配筋砂浆带,砂浆强度等级不应低于M7.5,钢筋不宜少于2Φ10.

8度和9度时,楼梯间及门厅阳角处的大梁支承长度不应小于0.5m,并应与圈梁连接.

装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接,不应采用墙中悬挑式踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯,也不应采用无筋砖砌栏板.

突出屋顶的楼梯、电梯间,构造柱应伸到顶部,并与顶部圈梁连接.内外墙交接处应沿墙高布置构造拉结钢筋.

上述抗震设计措施是人们在建筑结构设计中最常考虑也是最基本的措施,随着人们与地震不断抗衡和斗争,这些措施已不断地被验证.同时也出现了其他一些新的抗震思维与方法,例如结构隔震和减震措施等,相信在人们对地震的不断研究和斗争中,建筑抗震功效会不断提高.