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摘要：砌體房屋是我國傳統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)形式，也是我國尚處于發(fā)展中國家的水平所致、應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。歷次地震特別是2008年5月12日發(fā)生在汶川的8級大地震，砌體房屋倒塌和破壞的比例最高。對大量砌體房屋倒塌和破壞的震害調(diào)查分析顯示，凡經(jīng)過抗震設(shè)防，遵守我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的一些標(biāo)準(zhǔn)和措施，砌體房屋也能達(dá)到抗御大地震的目的。...

淺談多層砌體房屋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

趙 渭 玲

(陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司  郵編 710003)

    砌體結(jié)構(gòu)材料一般屬脆性材料，砌筑而成的結(jié)構(gòu)也是脆性結(jié)構(gòu)，因此砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能是很差的，特別是在抵御側(cè)向水平地震作用時，在變形極小的情況下就會發(fā)生開裂，進(jìn)而突然倒塌。歷次地震震害證明，給人民的生命安全及財(cái)產(chǎn)造成不可挽回的巨大損失。砌體結(jié)構(gòu)這一結(jié)構(gòu)形式，抗震還是有出路的。地震后總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)說明，凡按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行正規(guī)設(shè)計(jì)的多層砌體房屋基本經(jīng)受住了設(shè)防烈度的考驗(yàn)。事實(shí)說明，只要精心設(shè)計(jì)、精心施工，嚴(yán)格遵循客觀規(guī)律，應(yīng)用已獲得的科學(xué)成果和成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，砌體結(jié)構(gòu)房屋也能達(dá)到抗御地震的目的。用一定方式在砌體結(jié)構(gòu)中配置適量的鋼筋或鋼筋混凝土構(gòu)件，就能夠大大提高砌體結(jié)構(gòu)的變形能力，增強(qiáng)其抗震性能。

    砌體結(jié)構(gòu)可以劃分為無筋砌體、約束砌體和配筋砌體三類。如果按墻體的體積配筋率來大致界定：配筋率>0.2%時為配筋砌體；配筋率在0.07%~0.2%范圍時為約束砌體；僅配少量構(gòu)造拉結(jié)鋼筋時為無筋砌體。

    本文主要為無筋多層砌體房屋結(jié)構(gòu)的震害及原因分析及抗震設(shè)計(jì)對策。

一、多層砌體房屋結(jié)構(gòu)的震害及原因分析

    近10年來，國內(nèi)外發(fā)生多起較大地震，特別是2008年5月12日，我國四川省汶川縣發(fā)生了里氏8.0級特大地震，除極震區(qū)外，人口相對密集的綿陽市、德陽市、都江堰市等地倒塌和破壞嚴(yán)重的房屋以砌體結(jié)構(gòu)為主。就砌體房屋而言，破壞程度也隨建造年代的推移明顯減輕，完好率明顯增強(qiáng)。說明隨著《抗規(guī)》的實(shí)施與不斷完善，只要做到合理設(shè)計(jì)、按規(guī)范采取有效的抗震措施，精心施工，在地震區(qū)可以采用并能夠達(dá)到相應(yīng)的抗震設(shè)防要求。多層砌體房屋結(jié)構(gòu)的震害及原因主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

    1、較高層數(shù)砌體結(jié)構(gòu)的破壞：6層及6層以上的砌體房屋地震時震害明顯加重。歷次地震總結(jié)得出砌體房屋的層數(shù)和高度與地震震害成正比的結(jié)論。

    2、平、立面布置要規(guī)則：震害表明平、立面簡單規(guī)則者，其震害程度要比平、立面復(fù)雜者輕的多。

    3、承重墻體的破壞：墻體高寬比接近1時，地震反復(fù)作用下產(chǎn)生斜向交叉裂縫；墻體高寬比更小時，墻體中間部位出現(xiàn)水平裂縫；有破壞嚴(yán)重者，喪失豎向承載能力，導(dǎo)致樓（屋）蓋倒塌。

    4、轉(zhuǎn)角處墻體破壞：由于剛度大，吸收地震力就大，且受到兩個方向的地震作用，出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)角墻體首先破壞。

    5、內(nèi)外墻交接處破壞：由于內(nèi)外墻不同時施工，未按放坡留槎，未按要求設(shè)置拉結(jié)筋或抗震設(shè)計(jì)未設(shè)置足夠圈梁、構(gòu)造柱等因連接不足產(chǎn)生的破壞。

    6、房屋端部破壞：由于端部墻體依靠較少，出現(xiàn)邊端效應(yīng)，是應(yīng)力集中的一種表現(xiàn)形式，導(dǎo)致墻體破壞甚至局部倒塌。

    7、縱墻承重房屋外縱墻的破壞：由于地震時外縱墻與樓板的拉結(jié)不良，容易產(chǎn)生彎曲破壞而向外倒塌，樓板也隨之墜落。

    8、窗間墻、窗下墻和墻垛的破壞：比較細(xì)高的窗間墻受剪彎雙重作用，產(chǎn)生交叉裂縫或水平裂縫。

    9、樓梯間等墻體剛度變化和應(yīng)力集中的部位的破壞和倒塌：由于樓梯間墻體缺少與各層樓板的側(cè)向支撐，特別是樓梯間頂層墻體的無支承高度為一層半，在地震中的破壞比較嚴(yán)重。

    10、出屋面附屬結(jié)構(gòu)的破壞：由于鞭梢效應(yīng)引起地震力的放大，若連接構(gòu)造不力，地震時容易破壞。

二、多層砌體房屋結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)

    1、多層砌體房屋總高度和總層數(shù)必須嚴(yán)格執(zhí)行《抗規(guī)》第7.1.2條強(qiáng)制性條文。我國規(guī)定的多層砌體結(jié)構(gòu)的高度和層數(shù)，已是世界之最。因此，不可以盲目再提高砌體房屋的層數(shù)和高度，否則就是對人民缺乏責(zé)任心甚至是犯罪。

    2、多層砌體房屋的層高不應(yīng)超過3.6m。當(dāng)使用功能確有需要時，采用約束砌體等加強(qiáng)措施的普通磚房屋，層高不應(yīng)超過3.9m。這里的層高應(yīng)為建筑層高，對底層為首層地面至上層樓面的高度；對其他層，可取上、下結(jié)構(gòu)面距離。不應(yīng)將層高與計(jì)算高度混淆。

    3、多層砌體房屋抗震墻的間距必須嚴(yán)格執(zhí)行《抗規(guī)》第7.1.5條強(qiáng)制性條文。

    4、多層磚砌體房屋中砌體墻段局部尺寸限值宜按《抗規(guī)》第7.1.6條執(zhí)行。墻段局部尺寸的限制，其目的是為了防止這些部位的墻體在地震時破壞，影響結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，從而導(dǎo)致房屋破壞甚至倒塌；限制女兒墻的最大高度則是為了避免女兒墻在地震時破壞，女兒墻在地震時破壞，跌落傷人，在歷次地震中屢次發(fā)生。當(dāng)房屋的局部尺寸不滿足規(guī)范要求時，應(yīng)采取局部加強(qiáng)措施彌補(bǔ)，且最小寬度不宜于1/4層高和表列數(shù)值的80%。局部加強(qiáng)措施采用設(shè)置構(gòu)造柱時，應(yīng)當(dāng)注意以下問題：

    1）窗間墻的尺寸不足時，為了保證窗間墻的抗震能力，其最小尺寸不應(yīng)小于800mm，構(gòu)造柱沿墻長方向的截面尺寸不宜大于300mm。

    2）外墻盡端至門窗洞邊的尺寸不足時，其最小尺寸不應(yīng)小于800mm，構(gòu)造柱任一方向的截面尺寸不宜大于300mm。

    3）多層砌體房屋的墻段的最小寬度不應(yīng)小于層高的1/4；當(dāng)內(nèi)墻的局部較小墻段不大于800mm時，應(yīng)采取設(shè)置構(gòu)造柱等加強(qiáng)措施。 內(nèi)墻陽角至門窗洞邊的尺寸不應(yīng)小于800mm，并采取設(shè)置構(gòu)造柱等加強(qiáng)措施。

    4）墻段尺寸限值，當(dāng)采取構(gòu)造柱等加強(qiáng)措施時，可適當(dāng)放寬限制。但絕不能將局部小墻垛以現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱來代替，避免形成混凝土墻與砌體墻組成的混合結(jié)構(gòu)體系，防止不同材料性能的墻體被各個擊破的情況發(fā)生。因?yàn)椋�砌體和混凝土在剛度、承載力和延性等方面的差別很大，其協(xié)同工作性能差。

    5、多層砌體房屋的建筑布置和結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.1.7條執(zhí)行。合理的抗震結(jié)構(gòu)體系，對于提高其整體抗震能力是非常重要的，是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題。

    1）應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。地震震害表明，由于橫墻開洞少，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接傳遞縱向地震作用。

    2）縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上、下連續(xù)，同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。這樣的布置，使結(jié)構(gòu)受力均勻且明確，傳力簡捷，各墻段或墻垛之間，不容易因剛度和承載力相差懸殊，在地震發(fā)生時產(chǎn)生各個擊破的連鎖效應(yīng)，從而避免較大的震害。

    為保證房屋縱向的抗震能力，《規(guī)范》規(guī)定多層砌體的縱橫墻體數(shù)量不宜相差過大。同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻，墻面洞口的面積，6、7度時不宜大于墻面總面積的55%，8、9度時不宜大于墻面總面積的50%；在房屋寬度的中部（約1/3寬度范圍）應(yīng)有內(nèi)縱墻，且多道內(nèi)縱墻開洞后累計(jì)長度不宜小于房屋縱向長度的60%（高寬比大于4的墻段不計(jì)入）。

    3）防震縫的設(shè)置。《抗規(guī)》規(guī)定對于多層砌體房屋有下列情況之一時宜設(shè)置防震縫：①房屋立面高差在6m以上；②房屋有錯層，且樓板高差大于層高的1/4；③各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同。設(shè)置防震縫的目的在于將不規(guī)則的結(jié)構(gòu)分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，以減輕其震害。所設(shè)置的縫寬需滿足中震情況下各單元不碰撞的要求，同時應(yīng)滿足伸縮縫、沉降縫和防震縫的最大值要求。

    《抗規(guī)》對平面布置不甚規(guī)則的多層砌體房屋在設(shè)置防震縫問題上有所放松，可盡量不設(shè)縫，但應(yīng)對各部分之間加強(qiáng)連接處理。

    4）樓梯間不宜設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處。因?yàn)榉课莸谋M端和轉(zhuǎn)角處是應(yīng)力比較集中且對扭轉(zhuǎn)較為敏感的部位，地震時容易產(chǎn)生震害。當(dāng)必須在房屋盡端和轉(zhuǎn)角處設(shè)置樓梯間時，宜采取在必要部位增設(shè)構(gòu)造柱、增設(shè)圈梁和加強(qiáng)墻體配筋等加強(qiáng)措施。

    5）房屋轉(zhuǎn)角處不應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)角窗，避免局部破壞嚴(yán)重。

    6）進(jìn)一步加強(qiáng)樓、屋蓋的整體性。樓、屋蓋是房屋的重要橫隔，除了保證本身剛度和整體性外，必須與墻體有足夠支承長度和可靠的拉結(jié)，才能正常傳遞地震作用和保證房屋的整體性。《抗規(guī)》規(guī)定，橫墻較少、跨度較大的房屋，宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓、屋蓋，以加強(qiáng)該類房屋的樓、屋蓋的整體性。

三、多層磚砌體房屋結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算

    因砌體房屋層數(shù)不多，剛度沿高度分布一般比較均勻，并以剪切為主，因此可采用底部剪力法計(jì)算。但值得注意的是，不能將抗震承載力驗(yàn)算不滿足要求的墻段改為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻，因?yàn)檫@種做法使砌體房屋結(jié)構(gòu)形成混凝土墻與砌體墻組成的混合結(jié)構(gòu)體系，屬超規(guī)范、規(guī)程設(shè)計(jì)。

四、多層磚砌體房屋結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

    1、鋼筋混凝土構(gòu)造柱

    1）抗震設(shè)計(jì)時，構(gòu)造柱在多層磚砌體房屋中的主要作用：

    ①構(gòu)造柱能提高砌體的受剪承載力，提高幅度與墻體高寬比、豎向壓力和開洞情況有關(guān)，約為10%~30%；

    ②構(gòu)造柱主要對砌體起約束作用，使之具有較高的側(cè)向變形能力；

    ③構(gòu)造柱設(shè)置在連接構(gòu)造比較薄弱和應(yīng)力與變形易于集中的部位，能夠提高這些部位的防倒塌能力。

    2）構(gòu)造柱的設(shè)置原則應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.1和7.3.2 -5條執(zhí)行。

    3）構(gòu)造柱的截面、配筋、與墻體的拉結(jié)、與圈梁的連接及基礎(chǔ)做法應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.2條執(zhí)行。   

    4）梁下構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)原則：不論墻垛大小，均不能按一般構(gòu)造柱要求對待。梁下構(gòu)造柱承擔(dān)梁傳來的彎矩作用，應(yīng)考慮柱在壓、彎、剪聯(lián)合作用下的受力狀態(tài)，因此應(yīng)通過設(shè)計(jì)計(jì)算對墻垛和柱的配筋作出規(guī)定，而僅按一般構(gòu)造柱設(shè)置配筋是不夠的。

    2、鋼筋混凝土圈梁：抗震設(shè)計(jì)時，圈梁與構(gòu)造柱連接在一起，形成多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的水平箍帶和豎向箍帶，可大大加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)房屋的整體性，提高砌體結(jié)構(gòu)房屋在地震時的變形能力和防倒塌能力，是抗震的有效措施。

    1）圈梁的設(shè)置原則應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.3條執(zhí)行。

    2）圈梁的截面、配筋及構(gòu)造要求應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.4條執(zhí)行。

    3、樓、屋蓋的抗震構(gòu)造要求，包括樓板擱置長度，樓板與圈梁、墻體的拉結(jié)，屋架（梁）與墻、柱的錨固、拉結(jié)等等，是保證樓、屋蓋與墻體整體性的重要措施，應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.5、7.3.6條執(zhí)行。

    4、樓梯間：樓梯間作為地震疏散通道，而且地震時受力比較復(fù)雜，容易造成破壞。抗震設(shè)計(jì)時應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.8強(qiáng)制性條文執(zhí)行。

    5、墻體拉結(jié)鋼筋的設(shè)置及做法應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》第7.3.2、7.3.7條執(zhí)行。較大的房間在地震中的會加重破壞程度，需要局部加強(qiáng)墻體的連接構(gòu)造要求，本次規(guī)范修訂，將拉結(jié)筋的長度改為通長，并明確為拉結(jié)網(wǎng)片。

    6、基礎(chǔ)：《抗規(guī)》規(guī)定，同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)宜采用同一類型的基礎(chǔ)，底面宜埋置在同一標(biāo)高上，否則應(yīng)增設(shè)基礎(chǔ)圈梁并應(yīng)按1:2的臺階逐步放坡。

    7、丙類的多層磚墻體房屋，當(dāng)橫墻較少且總高度和總層數(shù)接近或達(dá)到《抗規(guī)》表7.1.2條規(guī)定限值時，應(yīng)按《抗規(guī)》第7.3.14條采取加強(qiáng)措施。

五、結(jié)束語

    基于我國國情，多層砌體房屋的應(yīng)用還很廣泛。如何使這一傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式安全可靠地服務(wù)于人民，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師責(zé)無旁貸的天職。《抗規(guī)》GB50011-2010是在原《抗規(guī)》的基礎(chǔ)上，結(jié)合對2008.5.12汶川地震的震害分析及研究，進(jìn)一步加強(qiáng)和提高了多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震要求及構(gòu)造措施。對于砌體房屋的抗震設(shè)計(jì)，主要以抗震構(gòu)造措施為主，《抗規(guī)》采取的各項(xiàng)措施主要是為了加強(qiáng)配筋和增強(qiáng)約束以改善和彌補(bǔ)砌體結(jié)構(gòu)本身的脆性性質(zhì)，從而提高這類房屋的整體性能及其薄弱部位和重要部位砌體構(gòu)件的抗震能力，達(dá)到抗震的目的。《抗規(guī)》所采取的措施細(xì)致且可操作性強(qiáng)，設(shè)計(jì)時必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行，是實(shí)現(xiàn)多層砌體房屋提高整體抗震能力的基本前提。

參考文獻(xiàn)：

1、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010；

2、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010統(tǒng)一培訓(xùn)教材；

3、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010疑問解答（五）；

4、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5003-2001；

5、《建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)文件審查常見問題分析》姜學(xué)詩編著；

6、《建筑震害與設(shè)計(jì)對策》全國注冊結(jié)構(gòu)工程師繼續(xù)教育必讀系梁教材（之五）。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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