多層砌體結構房屋抗震設計要求

毛光明 (荊州市江漢建筑工程施工圖設計審查事務所,湖北荊州434000)

1 地震對多層砌體結構房屋的破壞分析

在地震作用 (主要是水平地震作用的影響)下,多層砌體結構房屋的破壞情況隨著結構類型和抗震措施的不同而不同。主要有如下2種[1]。

1.1 由結構或構件承載力不足而引起的破壞

當水平地震作用沿著房屋的橫向對房屋產生影響時,水平地震作用主要通過樓蓋傳至橫墻,再傳至基礎和地基,這時橫墻主要承受剪切,當地震作用在墻內產生的剪力超過砌體抗剪承載力時,墻體就會產生斜裂縫或交叉裂縫;當水平地震作用沿著房屋的縱向對房屋產生影響時,它主要通過樓蓋傳至縱墻,再傳至基礎和地基。如果窗間墻很寬,縱墻將以剪切破壞為主;如果窗間墻很窄,就會產生壓彎破壞。

1.2 由構件間連接不牢而引起的破壞

有些結構構件的尺寸并不小,承載力是足夠的,但由于連接不牢、支撐系統不完善,整體性差而導致破壞。這種現象在地震時也是常見的,如縱橫墻連接不牢以及樓板與墻體之間缺乏可靠的連接造成縱墻外閃,甚至成片塌落。

2 抗震設計要求

2.1 建筑體型和結構布置

1)平、立面布置和防震縫的設置 多層砌體房屋的平、立面布置力求簡單、規整;盡量減少平面上凹凸曲折、立面上的高低錯落與局部的突出、錯層;縱橫墻要均勻、對稱、貫通,避免水平地震作用下的扭轉影響和鞭梢效應。

當房屋平面或立面形狀復雜時,可用防震縫把房屋分成若干個規則簡單的體系的組合。由于地震作用的復雜性,體形不對稱的結構遭受的破壞較體形對稱的結構要重一些。但是,由于防震縫在不同程度上影響建筑立面的效果并影響工程造價,應根據建筑的類型、結構體系以及不同的地震烈度等區別對待。房屋的立面高差在6m以上,房屋有錯層,樓板高差較大,各部分結構剛度、質量截然不同時,宜設置防震縫。防震縫應沿房屋全高設置。當建筑物形狀復雜而又不設防震縫時,應選取符合實際的結構計算模型,進行精細抗震分析,估計局部應力和變形及扭轉影響,判別易損部位并采用加強措施。

2)承重結構的布置 多層砌體房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔,不僅要求橫墻具有足夠的承載力,而且樓蓋必須具有足夠的水平剛度,以便將地震力傳給橫墻。因此對橫墻最大間距應加以限制,以使樓蓋滿足傳遞水平地震力所需的剛度要求。

3)房屋的高度、層數及層高 多層砌體房屋的總高度和層數是業主和設計人員最關注的問題,但歷次地震的宏觀調查表明,房屋的總高度和層數與震害成正比。因此對房屋的總高度和層數作為強制性條文加以限制。對醫院、教學樓等橫墻較少 (同一樓層內開間大于4.2m的房屋占該層總面積的40%以上)的多層砌體,要適當降低總高度,減少層數;并規定多層砌體層高不宜超過3.6m,底框-抗震墻砌體房屋層高不應超過4.5m。

4)房屋高寬比 抗震規范對多層砌體房屋不要求作整體彎曲的承載力驗算。為了使多層砌體房屋有足夠的穩定性和整體抗彎能力,對房屋的高寬比進行限制。

5)樓梯間的布置 樓梯間空間剛度較差,不宜設在房屋的盡端或平面轉角處。由于水平地震作用為橫向和縱向2個方向,所以在多層砌體房屋轉角處縱橫2個墻面常出現斜裂縫。不僅房屋兩端的2個外墻角容易發生破壞,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,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,尤其是樓梯間設置在房屋盡端或房屋轉角部位時其震害更為劇烈。

6)對地基和基礎的要求 同一結構單元的基礎不宜設置在性質截然不同的地基土上;同一結構單元宜采用同一類型的基礎;基礎底面宜埋設在同一標高上,如設置在同一標高處困難時,則基礎圈梁應按1∶2的臺階逐步放坡過渡,高差不宜有過大的突變。在軟弱地基上的房屋應在外墻及所有承重墻下增設圈梁以加強抵抗不均勻沉降和增強房屋基礎部分的整體性。

2.2 鋼筋混凝土構造柱、芯柱的設置

鋼筋混凝土構造柱雖然對墻體的抗剪強度提高有限,約為10%～20%左右,提高幅度與墻高寬比、豎向壓力和開洞情況有關[2],但對墻體的約束和防止墻體開裂后的散落起非常顯著的作用。構造柱與圈梁一起形成帶鋼筋混凝土邊框的抗側力體系,大大增強了砌體結構的整體作用。構造柱一般應設置在震害較重、連接構造比較薄弱和易于應力集中的部位。

2.3 鋼筋混凝土圈梁的設置

設置鋼筋混凝土圈梁可以加強多層磚房縱橫向各墻體與樓蓋間連接,增強房屋的整體性和空間剛度。圈梁形同一個箍緊樓蓋、屋蓋的水平橫箍;圈梁連同構造柱一起,不僅加強了樓屋蓋、墻體的整體性與穩定性,還可以緩解因地震和其他因素引起的不均勻沉降對房屋帶來的破壞。

2.4 墻體的加強措施

對橫墻較少的多層砌體結構,當其總高度和層數接近或達到 《建筑抗震設計規范》[3]的限值時,應對墻體采取加強措施,如加大圈梁和構造柱的配筋率,在房屋的底層和頂層窗臺標高處沿墻設置通長的水平現澆鋼筋混凝土帶,截面高度不小于60mm,縱向鋼筋不少于3×?6mm等。

3 結 語

多層砌體結構是我國建筑工程設計中應用最廣泛和應用數量最大的結構形式,作為脆性材料,它又是抗震性能較差的結構形式。結構施工圖設計與審查人員只有面對現實,在遵循各種規范的前提下,加強抗震設計措施,盡量合理地解決結構上的技術問題,使之具有更好的抗震性與安全性。

[1]丁大鈞.砌體結構[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[2]《砌體結構設計規范》GB 50003-2001[S].

[3]《建筑抗震設計規范》GB 50011-2001[S].