砌體結構房屋在地震中的受力特點及加固要求

摘 要：文章根據作者近年來對多層砌體結構房屋的抗震加固設計體會，分析了砌體房屋在地震時的受力及破壞情況，在此基礎上總結提出了加固的布置和要求。

關鍵詞：砌體房屋；受力分析；外加構造柱

1 前言

砌體結構是一種量大而面廣的結構形式，但相對于框架結構形式而言，它又是一種抗震性能較差的結構形式，特別是早期大量的無筋砌體結構，實踐表明，這種無筋砌體結構在大地震中無一例外不受損嚴重，如何改進砌體結構的抗震性能，提高它的安全等級，有非常重要的現實意義。

2 抗震加固的目標要求

外加構造柱、外加圈梁及拉桿等抗震加固方法可以有效的改善砌體結構的脆性性質，提高建筑物的延性，在實現“裂而不倒”的抗震設防目標中發揮重要的作用。

3 砌體房屋地震時的破壞分析

3.1 剛性多層砌體房屋的剪切破壞

3.1.1 主拉應力的剪切破壞，或稱為斜拉破壞。一般先在墻體上出現主拉應力的斜向或交叉裂縫，進而裂縫上下端的墻體相互出現滑移、錯位、破碎散落，直至喪失承受豎向荷載的能力而倒塌。

3.1.2 水平剪切破壞。一般沿砌體的灰縫出現通縫截面的水平裂縫，或有水平滑移和錯動破壞的位置。

3.1.3 彎剪破壞。裂縫形式也為水平縫，發生在墻體的上下兩端，并往往同時出現受壓區的崩裂，剛性砌體房屋的墻體，這種在側力作用下的彎剪破壞，一般只是當墻體由彎曲變形所產生的側移大于剪切變形時才明顯發生。

3.2 剛性砌房屋的傾覆破壞

一般先是在縱墻和橫墻之間拉裂，進而墻體在出平面外受彎破壞，墻面向外傾斜，最終失穩而倒塌。

3.3 非剛性砌體房屋的彎曲型破壞

因墻體在地震力作用下出現出平面外的彎曲而造成通長的水平彎拉裂縫，裂縫的位置一般出現在樓板面至窗下口的墻體上；在受壓面上也可有壓崩現象；破壞嚴重者，墻體向一面傾斜，甚至傾倒。

4 砌體房屋外加構造柱的作用及設置要求

4.1 砌體房屋所加的外加構造柱與框架柱不同，其最主要作用不是抗壓、抗彎和抗傾覆，其主要作用就是提高墻體的變形能力、結構的延性和加強房屋的整體性，特別是對墻段的塑性變形后的約束作用。當墻體在水平地震作用初期時應力極小，剛度也不大，但當墻體開裂后它所能承受的地震剪力（Qt）立即下降到相當于裂縫之間摩擦力水平（Qf），隨著地震作用的進行，墻體裂縫貫通墻體，由于構造柱尚未破壞，砌體與構造柱仍為整體，因此這時砌體所能承受的剪力（Qp）為Qp=Qf+Qkh（Qkh為構造柱所能承受的剪力），隨著地震的進行及墻體裂縫的擴大，破壞的進行，外加構造柱的鋼筋屈服（圖1），墻柱的整體共同作用遭到破壞，而將喪失承載能力，在這個過程中外加柱起著阻止墻體滑移、錯位和減緩墻體破碎產生，而在豎向地震力作用下起著墻體的阻擋作用，防止墻體的傾覆破壞，因此外加構造柱的間距不能過大，否則將會削弱對砌體的約束作用。

4.2 砌體結構縱橫墻連接處，由于其剛度比其他部位墻體較大，在地震作用下，應力集中，是砌體破壞時敏感部位，同時在砌體房屋四角處，還兼受扭轉等復合應力的影響，因此在砌體房屋縱橫墻連接處的墻體比其它部位的墻體破壞更重，這些部位是抗震加固的重點。

4.3 外加構造柱的布置應滿足：需設墻體的兩端部；有陰陽角的平面，應首先設在墻體的陽角；就內外墻而言應首先設在外墻上；樓梯間和端山墻部位。外加柱宜在平面內對稱布置，應由底層設起，并應沿房屋高度貫通（同屋面板連接），不得錯位。

4.4 為了保證外加構造柱與砌體房屋墻體連成整體，外加構造柱與砌體房屋墻面必須緊密連接。在外加構造柱與墻體間設置銷鍵與拉結鋼筋是增強相互連接并保證共同工作的一項有效措施。如果僅僅只設置拉結鋼筋而不設銷鍵，墻柱間在地震作用時，容易出現直縫脫開，降低了墻柱的共同作用，使外加構造柱無法發揮其應有的作用。

4.5 對于非剛性的砌體結構（破壞主要為彎曲破壞）主要是發揮外加柱阻擋外縱墻傾斜的抗彎能力，而不是橫向墻體的抗剪能力，因此在非剛性體系中采取外加構造柱的加固措施時，應增加主筋的用量，放寬對箍筋的要求。

5 外加圈梁的作用及設置要求

5.1 多層砌體房屋的抗震能力，不僅與墻體的抗剪強度有關，而且也與縱橫墻之間的連接強度有關，縱橫墻之間的可靠連接，使縱橫墻構成空間體系，將水平地震力有效的傳遞給平行于地震力方向的墻體，簡單地說就是橫向水平地震力由橫墻承受，縱向水平地震力由縱墻承受，如果縱橫墻之間不相連接，或者連接很弱，這時與地震力方向垂直的墻體，將無法有效通過縱橫墻的連接部位，把地震慣性力有效地傳遞給與地震力相平行的墻體，這樣產生的結果只能是平行于墻體的地震力產生平面內的剪力，垂直于墻體的地震力產生平面外的彎曲，而造成傾覆破壞。

5.2 在已有砌體房屋中加設圈梁是一項重要的抗震措施，外加圈梁主要是增強縱橫墻間的連接，提高房屋的整體性。在水平地震力作用下，對外（縱）墻在平面外的彎位起了阻擋墻體向外傾傾覆的作用，在豎向地震力的作用下，能減少墻體不均勻受力，當墻體已開裂喪失承載能力時，還能起支撐上部結構，防止立即倒塌的作用。

5.3 當外加圈梁設置不當時，往往達不到抗震加固的目的。外加圈梁必須做成閉合；減少外加圈梁豎向拐彎；圈梁標高應貼緊樓板底，加強樓（屋）蓋支撐和加強預制樓（屋）板的整體性；橫向拉通；每層應設置圈梁。

5.4 要使外圈梁在加固中充分發揮作用，其必須與墻面連接緊密，圈梁與墻體的連接，采用支承圈梁自重的受剪銷鍵和拉結鋼筋，同時銷鍵應與拉結鋼筋交錯放置，如果在加固住宅房屋時考慮到減少對內墻的破壞，可以不設拉結鋼筋，但銷鍵距離應設置較密，這樣能保證圈梁與墻體連接的緊密。同時圈梁的充分發揮作用，還與代替內橫墻上圈梁上的拉桿間距大小有關，在內橫墻上直接采用外加圈梁加固，因條件限制如有梁等很難完成，因此采用構造簡單，行之有效的鋼筋拉桿來增強房屋的穩定性，代替內橫墻上的圈梁，減少外縱橫墻及山墻外閃起著重要作用，如果拉桿間距過大，又與圈梁不相連接，圈梁將連同縱墻一起在出平面外發生較大的變位，外縱墻與內橫墻仍將可能拉脫，因此可增設橫向鋼筋拉桿。

6 外加構造柱與外加圈梁的共同作用

如果在加固中僅僅采用單一、分離的外加構件設置，并不能充分發揮外加構件的作用，同時外加構造柱作為一種豎向構件，在各層柱高處必須有圈梁作為錨固點，依靠圈梁或外加圈梁在樓（屋）蓋處的拉結，形成上下和左右對墻段的空間約束作用，只設構造柱而無圈梁或拉桿的墻體，對提高抗側力和變形能力效果不大。外加構造柱與外加圈梁的互相連接，組成格網減小了磚墻的自由幅度，故能提高結構的抗震性能。

7 結束語

抗震加固是一項綜合考慮的設計過程，外加構造柱、外加圈梁及拉桿的綜合運用使砌體結構，特別是無筋砌體的抗震性能大大加強，提高了發揮抗震加固的有效性、經濟性、方便性。

參考文獻

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