多層砌體教學(xué)樓房屋抗震設(shè)計存在問題及處理

張桂芳

多層砌體教學(xué)樓一般為3個開間1個教室,形成了橫墻較少的格局,有在一個教室中設(shè)置兩道橫向承重梁,預(yù)制板或現(xiàn)澆板放置在橫向墻上,橫向梁由縱向墻體和構(gòu)造柱支承,形成了縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系;也有由預(yù)制的樓(屋)蓋直接放置在縱墻上,形成縱墻承重的結(jié)構(gòu)體系。

1 多層砌體房屋的抗震能力分析

根據(jù)對汶川地震的震害經(jīng)驗總結(jié),多層磚房的主要震害特征可概括為以下幾點:

1)墻體的破壞;2)窗間墻墻垛的破壞;3)縱橫墻的連接破壞;4)墻體剛度變化和應(yīng)力集中的部位易破壞和倒塌;5)樓梯間破壞和預(yù)制板塌落。破壞的主要原因:結(jié)構(gòu)抗震體系單薄,磚墻的抗剪強度不足,結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造布置存在缺陷,內(nèi)外墻之間及樓板與磚墻之間未拉結(jié),也有的未設(shè)置圈梁構(gòu)造柱,房屋的整體抗震能力差。在地震作用下,一般為剪切破壞,多呈交叉性裂縫或斜裂縫,樓梯間設(shè)置在房屋端部時的破壞強于設(shè)置在中部。

2 影響多層砌體房屋抗震能力的因素

影響多層砌體房屋抗震能力的因素主要是結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)體系、抗震構(gòu)造和構(gòu)件抗震承載力及結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀質(zhì)量等。

1)房屋平面最好為矩形,作為主要抗側(cè)力構(gòu)件的縱橫墻應(yīng)對稱、均勻布置,沿平面應(yīng)對齊貫通,同一軸線上的墻體宜等寬均勻,沿豎向宜上下連續(xù);相對于內(nèi)外廊式教學(xué)樓因其縱橫墻布置不對稱,且構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置間距多為3個開間的教室,走廊的外墻開洞率也較大,都大大降低了整片墻體的抗震承載力,對于體系復(fù)雜的教學(xué)樓采用防震縫將其化分為若干體型簡單、剛度均勻的單元。建筑的平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面形狀應(yīng)具有良好的整體作用。縱、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設(shè)在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應(yīng)連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側(cè)力構(gòu)件的承載力突變。

2)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。同一結(jié)構(gòu)單元中應(yīng)采用相同的結(jié)構(gòu)類型,不應(yīng)采用磚房與底框磚房或內(nèi)框架磚房或框架結(jié)構(gòu)等“混雜”的結(jié)構(gòu)類型。墻體布置應(yīng)滿足地震作用有合理的傳遞途徑。縱橫向應(yīng)具有合理的剛度和強度分布,應(yīng)避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產(chǎn)生應(yīng)力集中或塑性變形集中;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高其抗震能力。

3)墻體材料都是脆性的,這使砌體房屋的抗震性能相對較差。墻體的承載力與墻體的砌筑材料強度,墻體高寬比,縱橫墻交接處的約束,構(gòu)造柱和圈梁的約束及墻體的壓應(yīng)力等因素有關(guān)。

4)抗震構(gòu)造措施:

a.設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱圈梁、樓(屋)蓋與墻體的連接、樓梯間的構(gòu)造等。對橫墻較多的多層磚房,應(yīng)按規(guī)范表5.3.1的要求設(shè)置構(gòu)造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應(yīng)根據(jù)房屋增加一層或二層后的層數(shù),按表5.3.1的要求設(shè)置構(gòu)造柱。表中的“較大洞口”,設(shè)計中可界定為:門洞寬不小于 2 m和窗洞寬不小于2.3 m;“大房間”可界定為:層高超過3.6 m或長度大于 7.2 m。對于隔開間或每開間設(shè)置構(gòu)造柱的多層磚房,應(yīng)沿設(shè)有構(gòu)造柱的橫墻及內(nèi)、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設(shè)置閉合的圈梁。

b.當(dāng)為裝配式樓、屋蓋時,構(gòu)造柱應(yīng)與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設(shè)圈梁);當(dāng)為現(xiàn)澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設(shè) 240 mm×120 mm拉梁(配4φ 10縱筋)與構(gòu)造柱連接。構(gòu)造柱與磚墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500 mm設(shè)2φ 6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1 m。突出屋面的樓梯間等,構(gòu)造柱應(yīng)從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構(gòu)造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。

c.磚砌欄板應(yīng)配水平鋼筋,且壓頂臥梁應(yīng)與混凝土立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構(gòu)造柱。

d.構(gòu)造柱可不單獨設(shè)基礎(chǔ)(承重構(gòu)造柱除外),但應(yīng)伸入室外地面下500 mm,或錨入室外地面下不小于300 mm的地圈梁。

e.6度～8度時,240 mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5 m;當(dāng)超過時,女兒墻應(yīng)按抗震構(gòu)造圖集要求采取穩(wěn)定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當(dāng)屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結(jié)時,計算高度可從板面算起。

5)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀質(zhì)量包括結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和由于施工質(zhì)量缺陷與使用環(huán)境影響混凝土構(gòu)件鋼筋銹蝕等問題引起墻體的開裂、房屋傾斜、局部下沉。樓板與承重梁等銹蝕損傷。

3 教學(xué)樓加固措施

1)根據(jù)對呂梁市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小學(xué)教學(xué)用房的排查,對砂漿強度低于M2.5且層數(shù)超過三層的縱墻承重的教學(xué)樓應(yīng)考慮拆除重建;對于砂漿強度大于M2.5且層數(shù)不超過三層的進行加固處理;對于抗震承載力滿足要求而構(gòu)造措施不滿足現(xiàn)行規(guī)范的教學(xué)樓應(yīng)采用必要的加固措施;對出現(xiàn)地面裂縫、屋面漏水、抹灰裂縫、門窗受損的必須進行維修和加固處理。

2)對于內(nèi)外縱墻與橫墻交接處沒有設(shè)置構(gòu)造柱的應(yīng)增設(shè)混凝土構(gòu)造柱,在樓層標(biāo)高處的四周增設(shè)外圈梁,在構(gòu)造柱對應(yīng)部位的板底標(biāo)高處設(shè)置橫向鋼拉桿;樓梯間設(shè)置在轉(zhuǎn)角和房屋端部時,對于樓梯間墻體采取鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固的同時,也應(yīng)加固相鄰的橫向墻體;對不滿足抗震承載力要求的墻體,根據(jù)不滿足的程度應(yīng)采取增設(shè)單面或者雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層及鋼筋混凝土板墻等方法進行加固。

4 結(jié)論和建議

多層磚房在城鄉(xiāng)建設(shè)中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設(shè)計,重視多層磚房抗震設(shè)計中的三個環(huán)節(jié),就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。

通過對我市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)建筑的實地排查,簡陋的校舍,破損的桌椅,淳樸的孩子,祖國的未來。希望各級政府引起高度重視,讓我們吸取汶川地震的經(jīng)驗和教訓(xùn),盡量避免同樣的悲劇再次發(fā)生。

[1]陳維超.砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震概念設(shè)計[J].山西建筑,2008,34(23):75-76.