淺談多層砌體結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計

 淺談多層砌體結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計

　　關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu);抗震性能;抗震概念設(shè)計;抗震構(gòu)造措施

　　在地震力作用下,多層砌體結(jié)構(gòu)由于其本身的結(jié)構(gòu)特點,其抗拉、抗剪、抗彎強度及變形能力都比較低。震害調(diào)查顯示,在地震烈度7、8度區(qū),甚至在9度區(qū),磚砌體房屋只受到輕微破壞,甚至基本完好的房屋也不少。雖然地震造成房屋破壞的因素較多,但總的來說有兩方面:一是地震烈度和場地的地質(zhì)條件;二是建筑物本身的抗震能力。多層砌體結(jié)構(gòu)震害調(diào)查表明,只要經(jīng)過合理的抗震設(shè)防,構(gòu)造措施得當(dāng),保證施工質(zhì)量,多層砌體結(jié)構(gòu)仍具有一定的抗震能力。

　　一、限制房屋層數(shù)和總高,合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置

　　為降低房屋可能受到的震害,新修訂的“建筑抗震設(shè)計規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)首先對多層砌體房屋的總高度和層數(shù)作了嚴(yán)格而明確的規(guī)定,并且作為強制性條文。隨著房屋層數(shù)的增多、總高度的增加,使多層磚房的彎曲變形增加、剪切變形減小。作為以抵抗剪切變形為主的磚墻體,由于彎曲變形的增加,其上部墻體的抗震效果降低,下部墻體的抗剪能力下降。為解決上述問題,目前設(shè)計中通常采用增加構(gòu)造柱數(shù)量,增大圈梁、構(gòu)造柱的斷面及配筋,以及采用配筋砌體等措施。

　　另一方面,為了提高多層砌體磚房的抗震能力,加強其抗側(cè)剛度,房屋的高寬比應(yīng)符合“建筑抗震設(shè)計規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)第7.1.4條的要求。因為高寬比過大的房屋,當(dāng)?shù)卣鹆叶容^高時,由于傾覆力矩引起的彎曲應(yīng)力較大,當(dāng)彎曲應(yīng)力超過砌體的抗拉強度時,外墻將出現(xiàn)水平裂縫。

　　二、房屋的體型應(yīng)力求規(guī)整

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　　一般房屋的平面最好為矩形,縱橫墻的設(shè)置盡可能對稱于房屋平面的兩個主軸,且上下層墻體應(yīng)對齊。這樣遇地震時可使房屋能較好地保持協(xié)調(diào)一致,減少抗震不利環(huán)節(jié),抗震效果較好。如果房屋的質(zhì)量中心和剛度中心不重合,地震時將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用,使房屋的震害加重。如因特殊需要,要求布置成較復(fù)雜平面時,則應(yīng)設(shè)置防震縫,將房屋分隔成若干獨立的單元,以減輕震害。此外,對位于松軟地基和不均勻多層土地基上的房屋,為提高其豎向剛度,減小地基在震前和震后累計產(chǎn)生的不均勻沉降,房屋的長寬比值應(yīng)控制在3～4之內(nèi)。

　�。ǘ�）立面

　　震害調(diào)查表明,建筑立面上的不規(guī)則要比平面上不規(guī)則帶來的震害更嚴(yán)重。立面上各部分高差過大,或有局部突出的小建筑物,或剛度突變、質(zhì)量懸殊,地震時都易造成嚴(yán)重震害,甚至引起房屋倒塌。在磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計中不應(yīng)過度追求大開間、大門洞、大懸挑及階梯形。

　　三、縱橫墻體的合理布置和連接

　　磚砌體房屋中縱橫向的墻體應(yīng)對齊,使之與樓(屋)蓋形成空間剛度大、整體性好的空間單元,以提高房屋的整體抗剪能力。縱、橫墻對齊貫通,還能減少磚墻、樓板等受力構(gòu)件的中間傳力環(huán)節(jié),受力明確。在進(jìn)行地震內(nèi)力分析時,減少了誤差。

　�。ㄒ唬�橫墻間距的限制

　　磚墻在平面內(nèi)的抗剪強度較大,但平面外的抗剪強度很低。因此,多層磚房的水平剪力主要由橫墻承擔(dān)。為了使大部分地震荷載由樓板傳遞給橫墻,要求樓板有足夠的剛度。為了防止因為橫墻過大的變形,引起縱墻的破壞,除對橫墻進(jìn)行抗剪強度驗算外,還需根據(jù)“規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)第7.1.5條的規(guī)定,限制橫墻間距。對于橫墻間距大于4.2ｍ的房間超過了樓層總面積的40%,且房屋總高度和層數(shù)接近“規(guī)范”限定值的多層普通磚、多孔磚的住宅樓,應(yīng)采取下列加強措施:

　　1)房屋的最大開間尺寸不宜大于6.6ｍ。

　　2)同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)橫墻錯位數(shù)量不宜超過橫墻總數(shù)的1/3,且連續(xù)錯位不宜多于兩道;錯位的墻體交接處均應(yīng)增設(shè)構(gòu)造柱,且樓、屋面板應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。

　　3)橫墻和內(nèi)縱墻上洞口的寬度不宜大于1.5ｍ,外縱墻上洞口的寬度不宜大于2.1ｍ或為開間尺寸的一半,且內(nèi)外墻上洞口的位置,不應(yīng)影響外縱墻與橫墻的整體連接。

　　4)所有的縱橫墻,均應(yīng)在樓、層蓋標(biāo)高處設(shè)置加強的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁。圈梁的截面高度不宜小于150ｍｍ,上下縱筋各不應(yīng)少于3φ10,箍筋不小于φ6@300。

　　5)所有縱橫墻交接處及橫墻的中部,均應(yīng)增設(shè)滿足下列要求的構(gòu)造柱:在橫墻內(nèi)的柱距不宜大于層高,在縱墻內(nèi)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)同一結(jié)構(gòu)單元的樓、屋面板,應(yīng)設(shè)置在同一標(biāo)高處。

　　7)房屋底層和頂層的窗臺標(biāo)高處,宜設(shè)置沿縱橫墻通長的水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶,其截面高度不小于60ｍｍ,寬度不小于240ｍｍ,縱向鋼筋不少于3φ6。

　　表1增設(shè)構(gòu)造柱的縱筋和箍筋的設(shè)置要求

　�。ǘ�）縱橫墻的連接

　　縱橫墻連接處的豎向裂縫,在歷次地震中屢見不鮮,嚴(yán)重時縱墻脫離橫墻而倒塌。為避免這種破壞,除必須同時咬槎砌筑外,在地震烈度為7度的地區(qū),長度大于7.2ｍ的大房間、以及烈度在8度和9度的地區(qū),外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻的交接處,當(dāng)未設(shè)置構(gòu)造柱時,應(yīng)沿墻高每隔500ｍｍ配置2φ6拉結(jié)鋼筋,并伸入墻內(nèi)每邊不小于1ｍ。值得一提的是,經(jīng)常見到一些多層住宅的用戶,在房屋裝修中為了把小房間改成大房間,隨意拆除房屋內(nèi)的墻體,使原來完整的墻體結(jié)構(gòu)受損�；驗榱藬U大室內(nèi)空間,封上陽臺,打掉外縱墻,甚至在窗間墻上拆磚來擴大窗洞寬度,破壞了原來連續(xù)的墻體,這將大大削弱結(jié)構(gòu)的空間剛度和房屋的整體性,留下隱患,對抗震十分不利。

　　四、有效設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁

　�。ㄒ唬�構(gòu)造柱

　　震害分析和試驗研究表明,在多層磚砌體房屋的適當(dāng)部位設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱,并與圈梁連接使之共同工作,便可增加房屋的延性,提高房屋的整體性,防止或延緩在地震作用下房屋的突然倒塌,減輕房屋的損害程度.為了提高多層磚房的抗倒塌能力,抗震規(guī)范中根據(jù)抗震設(shè)防烈度、房屋高度和抗震薄弱部位的不同,規(guī)定多層磚房在一般情況下應(yīng)按“規(guī)范”(ＧＢ50011—2001)第7.3.1條規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱。

　　鋼筋混凝土構(gòu)造柱雖然對提高磚房的受剪承載力作用有限,僅提高約10%～30%,但是對于墻體的約束和防止墻體開裂后磚的散落起到非常顯著的作用。構(gòu)造柱應(yīng)當(dāng)設(shè)置在震害較重、連接構(gòu)造比較薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。

　�。ǘ�）圈梁

　　鋼筋混凝土圈梁是增加墻體的整體連接、提高樓(屋)蓋剛度、限制墻體裂縫延展、提高房屋抗震能力的有效構(gòu)造措施。

　　從抗震的觀點分析,圈梁有以下幾項作用:

　　1)增強房屋的整體性.由于圈梁的約束作用,使樓蓋與縱橫墻構(gòu)成整體的箱形結(jié)構(gòu),防止預(yù)制樓板散開和磚墻倒塌,充分發(fā)揮各片墻體的抗震能力;

　　2)作為樓蓋的邊緣構(gòu)件,對裝配式樓蓋在水平面內(nèi)進(jìn)行約束,提高了樓板的水平剛度。保證樓蓋起到整體橫隔板的作用,以傳遞并分配層間的地震剪力;

　　3)在豎向平面內(nèi)與構(gòu)造柱一起對墻體約束,限制墻體斜裂縫的延展,且不延伸超出兩道圈梁之間的墻體,并減小裂縫與水平的夾角,保證墻體的整體性和變形能力;

　　4)提高墻體的抗剪能力,減輕地震時地基不均勻沉降與地表裂縫對房屋的影響,特別是屋蓋處和基礎(chǔ)頂面處的圈梁,具有提高房屋的豎向剛度和抗御不均勻沉陷的能力。

　　五、附屬構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的連接和錨固

　　對于女兒墻、出屋面煙囪、屋頂間等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,這類出屋面的房屋附屬物,地震反應(yīng)強烈,破壞率極高。在地震烈度為6度的地區(qū),高出屋面的塔樓、樓梯間、水箱間的墻面上出現(xiàn)交叉裂縫;屋面小煙囪、女兒墻的根部出現(xiàn)水平裂縫、錯動、甚至倒塌。7度、8度烈度區(qū),上述震害更加普遍和嚴(yán)重。而在地震低烈度區(qū),地震時的人員傷亡主要是由于房屋附屬物倒塌所致。

　　因此對于女兒墻、雨棚、挑檐等附屬構(gòu)件,應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接和錨固,以免地震時倒塌傷人,產(chǎn)生附加災(zāi)害。特別在人流出入口、通道等處,應(yīng)注意加強抗震措施.對雨棚、陽臺、挑檐及挑梁,應(yīng)進(jìn)行抗傾覆驗算。樓層、屋面挑梁的入墻長度應(yīng)分別為其懸挑長度的1.2倍至2倍。挑梁、板的上部筋,伸入頂層支座后水平段剛好滿足錨固要求時,應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃箦^固長度或增加10倍鋼筋直徑的垂直段。

　　六、結(jié)束語

　　重視抗震概念設(shè)計,在確定房屋總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造中,遵守抗震設(shè)計的有關(guān)要求和合理原則,進(jìn)行必要的抗震驗算,采取適當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施,保證施工質(zhì)量,才能使多層磚砌體房屋的抗震能力有所提高。