多層砌體結構抗震設計

馮 琦

(大同市房地產開發公司，山西大同 037006)

0 引言

砌體是由多種材料的塊體砌筑而成的，是一種古老的結構形式，其中磚石是用的最多的砌體材料，幾千年來因其良好的物理力學性能，易于取材、生產和施工，造價低廉，至今仍成為我國主導的建筑材料。但是我國的砌體材料相對于混凝土、鋼結構等來說普遍存在著自重大、強度低、生產能耗高、毀田嚴重、施工機械化水平較低等弊病。隨著我國著手進行建筑節能材料的開發應用，推廣節能、節地、利廢、保溫、輕質、高強的新型墻體材料的應用，已逐步替代實心黏土磚。新材料既保留了傳統磚結構取材廣泛、施工方便、造價低廉的特點，又具有節約土地、節省能源、利于環保、自重輕等優勢，使得砌體結構在我國結構體系中占有重要的一席。

地震，是地球內部發生的急劇破裂，地殼快速釋放能量過程中在一定范圍內引起地面震動的現象，是一種突發性強、破壞性大的自然災害，給人類的生命和財產帶來了巨大的損失。為了減輕地震給人類帶來的危害，抗震設計思想便應運而生，并且不斷發展。目前我國建筑抗震設計規范提出了抗震設防的三個水準，并采用兩階段設計來實現三個水準的設防要求，第一階段設計是指抗小震作用效應和其他荷載效應的基本組合驗算結構構件的承載能力以及在小震作用下驗算結構的彈性變形以滿足第一水準的要求。第二階段設計是指在大震作用下驗算結構的彈塑性變形以滿足第三水準抗震設防目標的要求。至于第二水準抗震設防目標的要求是以抗震構造措施來加以保證的。要切實做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”，具體有以下要求。

1 選取合理的建筑結構布局和結構體系

研究表明，簡單對稱的建筑物在地震時最不容易遭到破壞，抗震結構體系要求受力明確，傳力合理，傳力路線簡單(一般為磚墻恒荷載傳給梁，梁傳給柱)，結構分析與結構在地震時的實際情況相接近。而且地震時作用方向的不確定性和結構對地震反應的復雜性，要求結構盡量符合“簡單”的要求。無論在建筑平面上或立面上，應力求使質量、剛度、延性等均勻、對稱分布，避免剛度突然變化或開設過大的洞口。當房屋的立面高差在6 m以上有較大錯層，各部分剛度或質量截然不同時宜設防震縫。

2 采用橫墻承重或設置圈梁、構造柱的結構體系

在砌體結構中，磚墻是主要的承重構件，不但承受垂直向的重力，也承受水平和豎直方向的地震作用力。在地震時，與地震方向平行的墻體是主要承受地震作用的抗側力構件。資料顯示，承重橫墻的破壞形式主要為剪切破壞，且底層比上層嚴重。而縱墻的破壞是因為橫墻間距過大或樓蓋剛度較小，而在窗口或洞口截面處出現裂縫，因此要限制橫墻的最大間距。而砌體又屬于脆性材料，在地震時墻體的應力集中處容易產生裂縫，裂縫隨著地震的發生不斷擴大、發展，最終導致墻體失去承重作用。而當在此部位設置了鋼筋混凝土構造柱或圈梁后，原本開裂的墻體能承受較大的地震能量，不易破壞倒塌。同時構造柱和圈梁要選用合理的尺寸，配置合理的鋼筋，避免出現超筋破壞和少筋破壞。

3 控制砌體結構的房屋總高度

根據《抗震規范》第7．1．2條規定:多層砌體房屋的總高度是指室外地面到主要屋面板頂或檐口的高度，半地下室從地下室地面算起，全地下室和嵌固條件較好的半地下室允許從室外地面算起;對帶閣樓的坡屋面應算到山尖墻的1/2高度處。砌體結構中樓蓋重量占到房屋總重量的35%～50%，房屋高度越高，整體質量越大;在房屋總高度相同下，多一層樓板就意味著增加半層樓的地震作用。地震研究證明，砌體結構總高度越高，其受震害和破壞的程度也就越大。《抗震規范》規定了我國在不同砌體材料、不同抗震烈度下的總高度和層數限值。橫墻較少的多層砌體房屋，總高度應比規定降低3 m，層數相應減少1層;各層橫墻很少的多層砌體房屋，還應再降低一層。另外《抗震規范》7．1．3規定:多層砌體承重房屋的層高，不應超過3．6 m。當使用功能確定有需要時，采用約束砌體等加強措施的普通磚房屋，層高不應超過3．9 m。

4 控制結構的最大高寬比

限制最大高寬比就是為了防止在地震傾覆力矩的作用下，墻體水平截面產生的彎曲拉應力超過氣體的抗拉強度而開裂。對此《抗震規范》7．1．4做了規定，6度，7度區的最大高寬比為2．5，8度區為2．0，9度區為1．5。也就是說，只要最大高寬比不滿足上述規定，對于多層砌體房屋就可不另作整體彎曲驗算。但是需要注意的是像教學樓、醫院等單面走廊或挑廊式房屋，其高寬比的總寬度不能包括走廊寬度。而且當建筑平面接近正方形時，其高寬比宜適當減小。

5 限制局部尺寸和加強構件間的連接

地震時，房屋首先從薄弱部位開始出現裂縫，隨著裂縫的慢慢發展，引起整個結構的破壞甚至倒塌。這些薄弱部位主要是指窗間墻、墻端到門窗洞口間的墻體、無錨固的女兒墻等。當局部尺寸不足時，應采用局部加強措施彌補，且最小寬度不宜小于1/4層高。加強構件間連接的目的主要為加強砌體房屋的整體性，增強房屋構件各部分之間的連接，它包括縱橫墻交接處、隔墻與承重墻的連接、樓蓋與墻體以及屋架、陽臺、過梁的擱置長度六個方面。

6 合理的構造措施

建筑物墻角的破壞也是很常見的，主要是因為應力集中和地震的扭轉作用的共同作用下造成的。

6．1 合理設置鋼筋混凝土構造柱

構造柱除了能約束墻體的變形，提高砌體的抗剪強度外，還能增強墻體之間的連接，這些對砌體結構的抗震都是有利的。在配筋墻體兩端設置構造柱，由于水平鋼筋錨固于柱中，從而使鋼筋的作用發揮得更好，則比無構造柱同樣配筋率的墻體的承載能力提高13%左右。構造柱的設置應滿足下列要求:

1)構造柱最小截面可采用180 mm×240 mm，縱向鋼筋宜采用4Φ12，箍筋間距不宜大于250 mm，且在柱上下端應適當加密。

2)構造柱與墻連接處應砌成馬牙槎，沿墻高每隔500 mm設2Φ6水平鋼筋和Φ4分布短鋼筋平面內點焊組成的拉結網片或Φ4點焊鋼筋網片，每邊伸入墻內不宜小于1 m。

3)構造柱可不單獨設基礎，但應深入室外地面下500 mm，或與埋深小于500 mm的基礎圈梁相連。

4)構造柱與圈梁連接處，構造柱的縱筋應從圈梁縱筋內側穿過，保證構造柱縱筋上下貫通。

6．2 設置鋼筋混凝土圈梁

由于砌體結構房屋整體性較差，為增強房屋的整體剛度，防止因地基的不均勻沉降或較大振動荷載等對房屋引起的不利影響，可以根據實際情況在墻中沿水平方向設置封閉的現澆鋼筋混凝土梁，即圈梁。對于裝配式鋼筋混凝土樓、屋蓋或木屋蓋的磚房，應根據不同的烈度按規范要求設置圈梁;縱墻承重時，抗震橫墻上的圈梁間距應適當加密。而現澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓、屋蓋與墻體又可靠連接的房屋，允許不另設圈梁，但樓板沿抗震墻體周邊應加強配筋并與相應的構造柱鋼筋可靠連接。同時圈梁應連續設在同一水平面，并且閉合;當圈梁被門窗洞口截斷時，應在此部位加設相同截面的附加圈梁;縱橫墻交界處的圈梁應與縱橫墻可靠搭接;圈梁的截面高度不應小于120 mm，配筋按不同烈度有不同要求，當需增設基礎圈梁時，截面高度不應小于180 mm，配筋不應少于4Φ12。當圈梁兼作過梁時，過梁部分的鋼筋應按計算用量另行增配。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］．

［2］GB 50003-2001，砌體結構設計規范［S］．

［3］施楚賢．砌體結構理論與設計［M］．北京:中國建工出版社，1992．