以PM結構設計的應用及砌體建筑房屋結構體會

徐氫清

（ 淮安市建筑設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

磚混結構由于選材方便、施工簡單、工期短、造價低等特點，多年來磚混房屋是我國當前建筑中使用最廣范的一種建筑形式；其中民用住宅建筑中約占90% 以上。因此改善砌體結構延性，提高房屋的抗震性能具有極其重要意義。根據現(xiàn)行建筑抗震設計規(guī)范、砌體結構設計規(guī)范，結合自身設計的實踐經驗，我認為，在目前建筑房屋結構的穩(wěn)定性設計上應注意以下幾方面。

一、PM結構設計程序的特點

（一）PM程序的發(fā)展方向主要有兩個方面：

1.計算。

它的方向就是集成化、通用化。集成化大家都能感覺到，PKPM程序都是以PM程序所建數據為條件，以空間計算為核心，基礎、后期的CAD出圖都能采用前面的數據。所有這些都構成了程序集成化的雛形。程序的通用化主要表現(xiàn)在計算上，PKPM程序的計算程序由以前的平面計算（PK）---->三維空間桿件（TAT）---->空間有限元（SATWE）---->整體通用有限元程序（PMSAP）。能計算的結構類型有磚混、底框、鋼筋混凝土結構、鋼結構等。現(xiàn)在又在開發(fā)特種結構的計算程序：如高壓塔架、巨型油罐等。在PM程序中就可以建立起這些結構的空間模型。當然現(xiàn)在的PKPM系列程序還不能計算。

2.開放計算參數的開關。

有很多參數以前都是放在程序的"黑匣子"里的，設計人員不能干預。程序放開這些參數有兩個原因，首先就是要讓設計人員真正的掌握工程的設計過程，能夠盡可能的控制設計過程。其次就是要把一些關鍵的責任交由設計人員來負，程序只能起到設計工具的作用，不能代替設計。所以就需要我們的結構設計人員充分的理解程序的適用范圍、條件和校對結果的合理性、可靠性。如《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的5.1.16條要求"對結構分析軟件的計算結果，應進行分析結果判斷，確認其合理、有效后方可作為工程設計的依據"。

（二）PMCAD中的參數

1.總信息：

（1）結構體系、結構主材：主要是不同的結構體系有不同的調整參數。

（2）地下室層數：必須準確填寫，主要有幾個原因，風荷載、地震作用效應的計算必須要用到這個參數，有了這個參數，地下室以下的風荷載、水平地震效應就沒有往下傳，但豎向作用效應還是往下傳遞。地下室側墻的計算也要用到。底部加強區(qū)也要用到這個參數。

（3）與基礎相連接的下部樓層數：要說明的是除了PM荷載和最下層的荷載能傳遞到基礎外，其他嵌固層的基腳內力現(xiàn)在的程序都不能傳遞到基礎。

2.材料信息

其他與老的程序一樣填法，就是鋼筋采用了新規(guī)范的新符號。

3.地震信息

（1）設計地震分組：就是老的抗震規(guī)范的近震、遠震。按抗震規(guī)范的附錄A選擇即可。淮安市的清河、清浦、淮陰區(qū)都是第二組，7度區(qū)，設計基本地震加速度為0.10g。

（2）計算震型個數：這個參數需要根據工程的實際情況來選擇。對于一般工程，不少于9個。但如果是2層的結構，最多也就是6個，因為每層只有三個自由度，兩層就是6個。對復雜、多塔、平面不規(guī)則的就要多選，一般要求"有效質量系數"大于90%就可以了，證明我們的震型數取夠了。

這個"有效質量系數"最先是美國的WILSON教授提出來的，并且將它用于著名的ETABS程序。

4.風荷載：

修正后基本風壓：根據《建筑結構荷載規(guī)范》的7.1.2條，對與高層、高聳以及對風荷載比較敏感的其他結構，基本風壓應適當提高，并應由有關的結構設計規(guī)范具體規(guī)定。按《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的3.2.2條，對與特別重要或對風荷載比較敏感的高層建筑，其基本風壓應按100年重現(xiàn)期的風壓值采用。按規(guī)范的解釋，房屋高度大于60m的都是對風荷載比較敏感的高層建筑。

二、多層磚混結構房屋的抗震設計探討

（一）科學布局建筑平面和立面

建筑平面和立面的規(guī)整性是整個結構設計中一個十分基礎、重要的內容。抗震設計中，建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規(guī)則，結構質量中心與剛度中心相一致。對于結構平面布置不規(guī)則的房屋質心與剛度中心往往不容易重合，在地震作用下會產生扭轉效應，大大加劇地震的破壞力度；對體型不規(guī)則的房屋應注意偏離結構剛心遠端墻段的抗震驗算。建筑立面應避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應過高，以免地震時發(fā)生鞭梢效應，同時應控制好結構豎向強度和剛度的均勻性。

（二）砌體房屋的總層數及總高度不應該超限值

歷次震害證明，砌體房屋的層數越多，高度越高，它的地震破壞程度越大，所以控制磚砌體房屋的總高度及總層數對減少地震時帶來的震害有很大的作用。

在設計中房屋總高度及總層數應同時滿足上標的限值，因為樓蓋重量占房屋總重的一半左右，房屋總高度相同，多一層樓蓋就意味著增加半層樓的側向地震作用，同時加大對底部的傾覆力矩。在中、強地震作用下，因傾覆力矩過大，使得底部墻體產生過大的壓力或剪刀而被破壞，故此減輕自重、減少層數、降低層高是削弱地震影響的有效途徑之一。

（三）增強砌體房屋的剛度及整體性

房屋是縱、橫向承重構件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結構體系，其抗震能力的強弱取決于結構的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。剛性樓蓋是各抗側力構件按各自側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具有整體性好、水平剛度大的優(yōu)點，是較理想的抗震構件，不但可消除滑移、散落內容。抗震設計中，建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規(guī)則，結構質量中心與剛度中心相一致。對于結構平面布置不規(guī)則的房屋質心與剛度中心往往不容易重合，在地震作用下會產生扭轉效應，大大加劇地震的破壞力度；對體型不規(guī)則的房屋應注意偏離結構剛心遠端墻段的抗震驗算。建筑立面應避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應過高，以免地震時發(fā)生鞭梢效應，同時應控制好結構豎向強度和剛度的均勻性。在實際工程設計中，應盡可能兼顧建筑造型，又滿足使用功能要求的前提下，將平面布置、立面外觀造型設計得較為規(guī)整、簡潔、美觀大方；同時又能有效地提高工程的抗震性能。

（四）合理布置縱墻和橫墻

多層磚混房屋的主要承重構件是縱、橫墻體，在地震中主要由于承重縱、橫墻在地震力作用下產生裂縫，嚴重者會出現(xiàn)傾斜、錯動、倒塌等現(xiàn)象，進而使房屋造到破壞；所以合理布置縱、橫墻對提高房屋抗震性能起到很大的作用。多層磚混房屋應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系，縱、橫墻的布置宜均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續(xù)，同時一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。房屋的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性決定著房屋抗震能力的高低，多層磚混房屋一般采用縱墻或橫墻承重，由于非承重方向的約束墻體少，間距大，因而房屋該方向剛度較弱，空間剛度和整體性均較差，抗震能力低；在高烈度地區(qū)，墻體由于平面外的失穩(wěn)而先行破壞，進而引起整個房屋倒塌。而在兩個方向適當布置縱橫、墻混合承重的房屋，由于其限制了縱、橫墻的側向變形，增強了空間剛度和整體性，對承受縱、橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。而在設計工作中為了建筑好用常常縱墻較少，縱墻開洞率較大、不連續(xù)，造成縱橫墻剛度嚴重不均，對砌體結構抗震嚴重不利，所以再設計中要盡量避免。

根據本人多年設計經驗，我認為在砌體結構中，概念設計比結構計算還要重要，因為結構計算是在一定的假定條件下，計算結果才能適用。而它們的假定條件就是概念設計范疇，所以結構軟件計算后，一定要判斷其合理性。在滿足多方條件的情況下才能應用于工程設計中。

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