淺談砌體結構抗震設計

摘要:砌體結構是建筑工程中使用最廣泛的結構形式之一，它在我國住宅建筑中所占比例高達80%，尤其是在鄉鎮及小城市中，砌體結構的應用更為廣泛。由于我國位于世界兩大地震構造體系的交匯區域，歷史上就是地震多發的國家之一，“5·12”汶川大地震給我們帶來血的教訓，因此，砌體結構的抗震設計尤應受到重視。

關鍵詞:砌體結構 概念設計 構造設計

據我國近現代歷史上的歷次重大地震震害調查統計說明，未經抗震設防的多層砌體結構，在6度區主體結構一般處于基本完好的狀態，宏觀震害主要出現在女兒墻、出屋面小煙囪等部位;7度區，主體出現輕微破壞，小部分達到中等破壞;9度區內，多數結構出現嚴重損毀。上述事實說明，多層磚房的抗震能力較低，但仍具有抗倒塌的能力。實際上，對近年來發生的地震震害調查表明，經過抗震設計并且施工質量得到保證的多層砌體結構，其平均震害程度可比前述未經抗震設計的結構震害減輕1～2個等級。這說明經過抗震設計“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計原則是可以實現的。

砌體結構的抗震設計主要包括:概念設計、抗震計算以及構造措施。本文僅對概念設計及構造措施作簡要概述。

一、概念設計

概念設計是指人們通過對砌體結構房屋抗震原理及抗震性能的研究，總結出許多關于房屋抗震的正確思想和思維方法，用這種正確思想和思維方式指導實際稱為概念設計。概念設計不是一成不變的，而是在人們與地震這種自然現象不斷抗衡和斗爭的過程中，逐漸提高和深化的。如汶川地震后，國家就當前的抗震設計規范作了調整和修改。就當前的認識水平，概念設計主要包括以下幾個方面:

1.建筑平面、立面及結構布置

建筑平面、立面宜規則、對稱，防止局部有過大的突出或凹進。建筑物的質量分布和剛度變化宜均勻，樓層不宜錯層，當建筑或使用要求必須將平面設計成較復雜的體型時，可將房屋自下而上用抗震縫分開，將房屋分成若干個簡單結構剛度均勻的獨立單元。《建筑抗震設計規范》(GB50011—2001)(以下簡稱《抗震規范》)對砌體結構規定:設防烈度為8度和9度且有以下情況之一的宜設防震縫:①房屋里面高差在6m以上;②房屋有錯層，且樓板高差較大;③各部分結構剛度、質量截然不同。防震縫兩側均應布設墻體，縫寬取50～100mm。

砌體結構布置非常重要，根據地震震害調查說明，采用縱橫墻承重的多層磚房，因橫向支撐少，縱墻極易受平面外彎曲破壞而導致結構倒塌。因此，對多層砌體結構房屋，應優先采用橫墻承重的結構布置方案;其次考慮采用縱橫墻共同承重的結構布置方案，避免采用縱墻承重。

2.房屋的總高度和層數

歷史地震表明，在一般地基條件下，砌體結構房屋層數越多，高度越高，震害越嚴重。因此，限制砌體結構房屋層數和高度，是一條既經濟又有效的抗震措施。汶川地震后國家對抗震設計規范作了局部調整，其中對多層房屋層數和高度要求強制性執行，其要求見表一。

其中在說明中新增加了兩條:①乙類的多層砌體房屋應允許按本地區設防烈度查表，但層數應減少一層且總高度應降低3m;②當使用功能確有需要時，采用約束砌體等加強措施的普通磚墻體的層高不應超過3.9m。

3.房屋的高寬比

當房屋的高寬比大時，地震時易于發生整體彎曲破壞。多層砌體房屋不作整體彎曲驗算，但為了保證房屋的穩定性，房屋高度和總寬度的最大比值應滿足表二要求。

4.房屋的局部尺寸

要避免出現薄弱部位，防止因局部的破壞發展成為整棟房屋的破壞，多層砌體房屋的局部尺寸，應符合表三尺寸。

二、抗震構造措施

結構抗震構造措施的主要目的在于加強結構的整體性，保證抗震計算目的的實現，彌補抗震計算的不足。對于多層砌體結構，由于抗震驗算僅對承受水平地震剪力的墻體進行，因而砌體結構的抗震構造措施尤為重要。抗震構造措施主要包括以下幾個方面:

1.設置鋼筋混凝土構造柱

在多層砌體結構中設置鋼筋混凝土構造柱或芯柱，可以部分提高墻體的抗剪強度，尤其是可以大大增強房屋的變形能力。在墻體開裂后，構造柱與圈梁所形成的約束體系可以有效地限制墻體的散落，使開裂墻體以滑移、摩擦等方式大量消耗地震能量，保證房屋不致倒塌。多層磚房應按表四(見文后)要求設置現澆混凝土構造柱:

構造柱最小截面應采用240×180，縱向鋼筋可采用4Φ12，箍筋間距不宜大于250mm，且在柱下端適當加密。在7度區超過六層，8度區超過五層和9度區，構造柱縱筋宜采用4Φ14，箍筋間距不宜大于200mm。

對混凝土構造柱的施工，應要求先砌墻、后澆筑，墻、柱連接處宜砌成馬牙槎，并應沿墻高每隔0.5m設2Φ6拉結筋，每邊伸入墻內不少于1m。

2.合理布置圈梁

圈梁在氣體結構抗震中可以發揮多方面的作用。它可以加強縱橫墻的連接、增強樓蓋的整體性、增加墻體的穩定性;它可以有效約束墻體裂縫的延展，從而提高墻體的抗震能力;它還可以有效抵抗由于地震或其他原因所引起的地基不均勻沉降對房屋的破壞作用。

砌塊房屋采用裝配式鋼筋混凝土樓蓋時，每層均設置圈梁。現澆鋼筋混凝土圈梁應在設防烈度的基礎上提高一度后按表五(見文后)相應要求設置。

圈梁應閉合，遇有洞口應上下搭接，不宜采用現澆圈梁與門窗過梁合二為一的構造措施。圈梁的截面高度不應小于120mm，配筋應符合表六要求。為加強基礎整體性剛性而設置的基礎圈梁，其截面高度不應小于180mm，配筋不應少于4Φ12。圈梁配筋要求見表六(見文后)。

3.重視樓梯間的設計

樓梯間的震害往往較重，而地震時樓梯間是疏散人員和進行救災的要道。因此，對其抗震構造措施要給予足夠的重視。

8度和9度時，頂層樓梯間橫墻和外墻宜沿墻高每隔0.5m設2Φ6通常鋼筋。9度時其他各層樓梯間可在休息平臺或半高處設置60mm厚的配筋砂漿帶，砂漿強度等級不應低于M7.5，鋼筋不宜少于2Φ10。

8度和9度時，樓梯間及門廳陽角處的大梁支承長度不應小于0.5m，并應與圈梁連接。

裝配式樓梯段應與平臺板的梁可靠連接，不應采用墻中懸挑式踏步或踏步豎肋插入墻體的樓梯，也不應采用無筋磚砌欄板。

突出屋頂的樓梯、電梯間，構造柱應伸到頂部，并與頂部圈梁連接。內外墻交接處應沿墻高布置構造拉結鋼筋。

上述抗震設計措施是人們在建筑結構設計中最常考慮也是最基本的措施，隨著人們與地震不斷抗衡和斗爭，這些措施已不斷地被驗證。同時也出現了其他一些新的抗震思維與方法，例如結構隔震和減震措施等，相信在人們對地震的不斷研究和斗爭中，建筑抗震功效會不斷提高。

參考文獻:

[1]李國強，李杰.建筑結構抗震設計[M].北京:中國建筑工業出版社，2003.

[2]唐岱.新砌體結構[M].北京:高等教育出版社，2003.

(作者單位:江西省九江縣水利局)