淺談多層磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì)

楊其軍 李紅秀

汶川大地震過去不到兩年,新的地震又在發(fā)生,青海玉樹地震震中的結(jié)古鎮(zhèn)除少數(shù)的幾棟新蓋樓房,剩余的全部倒塌了。每當(dāng)想起這突如其來的巨大災(zāi)難,會(huì)讓每個(gè)中國(guó)人心有余悸,對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)工作也是一個(gè)警示,那就是抗震設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性,下面結(jié)合自己平時(shí)的設(shè)計(jì)工作,淺談一下在多層磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)。

磚混結(jié)構(gòu)由于選材方便、施工簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低等特點(diǎn),多年來磚混房屋一直是我國(guó)多層房屋建筑中應(yīng)用很廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。民用住宅建筑中約占90%以上。因此,在對(duì)磚混房屋的設(shè)計(jì)及施工過程中,決不能掉以輕心,尤其更要加強(qiáng)其抗震設(shè)計(jì)。磚混結(jié)構(gòu)多采用黏土磚和混合砂漿砌筑,通過內(nèi)外磚墻的咬砌達(dá)到具有一定整體連接性的目的。在地震設(shè)防地區(qū),多層磚混砌體房屋由于組成的基本材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì),變形能力小,導(dǎo)致房屋的抗震性能較差,因此改善砌體結(jié)構(gòu)延性,提高房屋的抗震性能具有極其重要的意義。根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,結(jié)合自身設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),我認(rèn)為,在多層磚混房屋抗震設(shè)計(jì)上應(yīng)注意以下幾方面。

1 合理選擇建筑物的平面、立面形狀

建筑物的體形要簡(jiǎn)單,建筑平面、立面宜規(guī)則、對(duì)稱,不宜有較大的錯(cuò)層、外挑和縮進(jìn),并應(yīng)具有良好的整體性。體形簡(jiǎn)單和規(guī)則的建筑傳力途徑簡(jiǎn)捷,受力明確,結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造易于處理,結(jié)構(gòu)震害輕。建筑物的平面、立面質(zhì)量和剛度應(yīng)力求分布對(duì)稱、變化均勻。分布不均勻容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng),變化不均勻則容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。建筑的質(zhì)量中心和剛度中心應(yīng)盡量重合,避免在水平地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩,加重震害。

2 增強(qiáng)砌體房屋的剛度及整體性

房屋是縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個(gè)具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系,其抗震能力的強(qiáng)弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。剛性樓蓋是各抗側(cè)力構(gòu)件按各自側(cè)移剛度分配地震作用的保證。現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋對(duì)抗震非常有利,樓蓋及屋蓋現(xiàn)澆以后,平面上墻體對(duì)齊的要求也可以放寬,因?yàn)樽鳛橐约羟凶冃螢橹鞯钠鲶w結(jié)構(gòu),層間變形是控制性的,較強(qiáng)的樓蓋及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件。平面上,當(dāng)墻體不對(duì)齊時(shí),現(xiàn)澆樓板及屋蓋可以傳遞水平力。樓板及屋蓋現(xiàn)澆以后,避免了采用預(yù)制板因橫墻承重時(shí),縱墻沒有可靠的支座和約束而倒塌的后果。在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)構(gòu)造柱,并配置些構(gòu)造鋼筋,也能達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的作用;另外,設(shè)置配筋圈梁可限制散落問題,增強(qiáng)空間剛度,抵抗地基不均勻沉降,限制墻體裂縫開展,保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性,從而提高房屋的抗震性能。

3 合理布置縱墻和橫墻

多層磚混房屋的主要承重構(gòu)件是縱、橫墻體,在地震中主要由于承重縱、橫墻在地震力作用下產(chǎn)生裂縫,嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)傾斜、錯(cuò)動(dòng)、倒塌等現(xiàn)象,使房屋破壞,所以合理布置縱、橫墻對(duì)提高房屋抗震性能起很大的作用。多層磚混房屋應(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,縱、橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ,沿平面內(nèi)宜對(duì)齊,沿豎向應(yīng)上下連續(xù),同時(shí)軸線上的窗間墻寬度宜均勻。墻體布置時(shí),應(yīng)盡量采用縱墻貫通的平面布置,當(dāng)縱墻不能貫通布置時(shí),可在縱橫墻交接處采取加強(qiáng)措施,也可在縱、橫墻交接處增設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱,并適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造配筋;必要時(shí)還可以每隔一定高度放置水平拉結(jié)筋如2Φ 6@500,以加強(qiáng)房屋整體性,防止縱、橫墻交接處被拉開。在地震中多層磚混房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔(dān),不僅要求橫墻有足夠的承載力,而且樓蓋必須具有能將地震力傳給橫墻的水平。當(dāng)橫墻間距過大時(shí),縱向磚墻會(huì)因過大的層間變形而產(chǎn)生平面的彎曲破壞,使樓蓋失去傳遞水平地震力的能力,從而導(dǎo)致地震力還未傳到橫墻,縱墻就已先破壞,所以有效地控制橫墻間距能提高房屋的抗震能力。

4 適當(dāng)增加墻體面積與合理提高砂漿強(qiáng)度

歷次震害表明,多層磚混房屋的抗震能力與墻體面積大小及砂漿強(qiáng)度等級(jí)高低成正比,提高墻體面積、砂漿強(qiáng)度等級(jí)能有效地提高房屋的抗震能力,是減輕震害的有效途徑之一。在6層磚混房屋的抗震驗(yàn)算中,上面幾層的地震作用較小,容易滿足抗震承載力的要求,而底部1層、2層兩層特別是第 1層的地震作用力較大,是薄弱層,往往不容易滿足要求;但若改變部分墻體的承載面積或適當(dāng)提高砂漿的強(qiáng)度等級(jí),如將部分240 mm寬的承重墻改為360 mm寬的墻,或?qū)⑸皾{強(qiáng)度等級(jí)由M5提高到M10,則在抗震結(jié)果中顯示滿足抗震要求。可見在進(jìn)行6層磚混房屋的抗震驗(yàn)算時(shí),適當(dāng)增加底部1層～2層墻體面積或提高砂漿強(qiáng)度能有效地提高房屋的整體抗震能力。

5 有效設(shè)置房屋圈梁和構(gòu)造柱

多次震害調(diào)查表明,圈梁是多層磚房的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施,可提高房屋的抗震能力,減輕震害。鋼筋混凝土圈梁在砌體房屋抗震中起到了較重要的作用。圈梁與構(gòu)造柱一起對(duì)墻體在豎向平面內(nèi)進(jìn)行約束,限制墻體裂縫的開展,且不延伸超出兩道圈梁之間的墻體,并減小裂縫與水平面的夾角,保證墻體的整體性和變形能力,提高墻體的抗剪能力。多次實(shí)驗(yàn)表明,磚墻增設(shè)構(gòu)造柱后能提高磚混房屋的延性,發(fā)揮防止磚砌體側(cè)向擠出塌落的約束作用;設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱能使砌體的抗剪承載力提高10%～30%,提高砌體的變形能力,是有效的抗倒塌措施。另外,在多層磚混房屋中合理地設(shè)置構(gòu)造柱,能起到增強(qiáng)房屋整體性的作用,還可以利用其塑性變形和滑移摩擦來消耗地震能量,從而大大提高抗震能力。

6 薄弱墻體配置水平鋼筋

在抗震驗(yàn)算中,多層磚混房屋底層往往不容易滿足抗震要求,即使有時(shí)在適當(dāng)部位加設(shè)構(gòu)造柱也不能完全滿足抗震承載力驗(yàn)算。為了提高墻體的抗震能力,可在抗震力不夠的承重墻段內(nèi)配置水平鋼筋,使地震力由砌體及水平鋼筋共同承擔(dān),可以明顯增加墻體的抗剪強(qiáng)度。在灰縫中設(shè)置水平鋼筋,抗斜裂縫和豎向裂縫的作用更加明顯。水平配筋磚砌體的砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于 M7.5,水平鋼筋宜采用HPB235,HRB335鋼筋,配筋率不應(yīng)小于0.07%,也不宜大于0.17%,間距不應(yīng)大于400 mm;鋼筋錨固長(zhǎng)度不宜小于180 mm。

7 施工質(zhì)量控制及其他措施

保證施工質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對(duì)于磚砌體的施工,應(yīng)做到縱、橫墻交接處同時(shí)咬槎砌筑或采取設(shè)拉結(jié)筋的措施;構(gòu)造柱、芯柱的施工應(yīng)先砌墻后澆構(gòu)造柱、芯柱。多層磚混結(jié)構(gòu)房屋的樓梯間宜設(shè)置在每個(gè)單元中部,盡量避免將樓梯設(shè)在房屋盡端靠近山墻處;凸出屋頂?shù)臉翘蓍g,構(gòu)造柱應(yīng)伸到頂部與頂部圈梁連接。為了避免個(gè)別墻段抗震強(qiáng)度不足首先破壞,導(dǎo)致逐個(gè)破壞,進(jìn)而造成整棟樓破壞甚至倒塌,要求房屋的局部尺寸宜滿足抗震規(guī)范的限值要求。

多層磚混結(jié)構(gòu)房屋可以通過建筑上的合理布局,結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造措施等多種方法來彌補(bǔ)砌體房屋脆性材料在抗震方面的不足,從而滿足抗震要求。地震災(zāi)害很大程度上是通過建筑物破壞給人們帶來生命危險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失的,因此,作好抗震設(shè)計(jì)是保障房屋和工程結(jié)構(gòu)地震安全的關(guān)鍵,同時(shí)保證施工質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)。通過精心設(shè)計(jì),精心施工減輕地震災(zāi)害。做到多遇地震時(shí)不壞,設(shè)防烈度地震后可修,罕遇地震時(shí)不倒,以最大限度地減少災(zāi)害給人類造成的損失。建設(shè)工程只有在抗震設(shè)防、抗震設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量這三方面都符合要求后,才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。

[1] GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 郭繼武.建筑抗震設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,1990.

[3] 豐定國(guó),王清敏,錢國(guó)芳.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:抗震出版社,1990.

[4] 王 寧,劉 軻.淺議多層磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2009,35(11):71-72.