论文部分内容阅读
关键词：多层砖混结构抗震设计
内容摘要：砖混结构具有施工方便，施工周期短，平米含钢筋量比框架和剪力墙等结构形式低，造价相对廉等特点。近些年针对烧结粘土砖占用耕地资源，烧结过程中能耗高，对环境造成较大污染等缺点，国家相关部门强制采用了空心砖、页岩砖、混凝土砌块等实心粘土砖的替代产品，但终究还属于砖混砌体范畴。所以在目前及以后相当长的时间里，砖混结构在我国仍会广泛使用，尤其是多层民用建筑。然而，砌体房屋是用砖或砌块与砂浆咬砌而成，所用材料均为脆性材料，造成砖混结构房屋变形能力较差。经历了汶川大地震后，更使我们深刻体会到必须改善砌体结构延性，提高房屋抗震能力的重要意义。结合新颁布的抗震规范以及十几年的工作经验，感觉应注意以下几方面的问题。
一 建筑平面和立面应尽量规则：
平面不规则的建筑物质量中心与刚度中心不易重合，在地震作用下会产生扭矩，加大了地震破坏程度。立面不规则的建筑物若竖向刚度差异较大，地震时会在薄弱部位产生严重破坏，还可能导致整栋建筑物倒塌。所以建筑方案不应采用严重不规则方案。不可避免时应通过设置沉降缝或伸缩缝等方法将不规则的建筑划分成几个规则单元。汶川地震后，结合震害分析，在新版抗震规范中对建筑规则性提出了更严格也更明确的要求，也更有利于设计人员和图纸审查机构的执行。
二 建筑物总高度和总层数不应超过规范限值：
新规范对建筑物总高度和总层数的限值有很明确的要求，设计人员在设计时应注意总高度的计算方法和坡屋面时顶层高度的取值。通过近几年的实际工程的抗震电算文件结果分析比较感觉到，砖混砌体房屋层数越多，高度越高，结构抗震越难合格。建筑高度和层数越接近规范限值，地震造成的破坏越严重。所以控制房屋的总高度和总层数对减小地震危害作用很大。楼盖重量约占建筑物总总量的一半左右，多一层楼盖即意味着增加半层楼的地震作用，而且增大了地震侵覆力矩，在中强地震下，因地震侵覆力矩过大，可能导致建筑底部墙体的压力或剪力超过材料容许值而被破坏。所以应尽量减少层数，降低层高，采用轻质建筑材料以减轻建筑物自重。
三 采用现浇钢筋混凝土楼盖和屋盖：
结合汶川大地震震害分析，虽然预制楼板的楼屋盖具有施工简便，施工周期短等优点，但在民用建筑中，尤其是在人员较集中的教学楼，宿舍，住宅等建筑中，由于预制楼板与圈梁以及预制板与预制板之间的连接很难达到像现浇板那样的整体性，在地震力往复作用下，一旦预制板失去在墙体上的支承，直接后果便是从墙体上掉落，砸在下面的人员和物体上，甚至砸穿几层楼板，造成严重的人员伤亡。现浇钢筋混凝土楼屋盖具有整体性好，水平刚度大的优点，可消除滑移掉落等问题，是较理想的抗震构件。施工时对墙体的竖向对齐要求也可适当放宽，同时现浇钢筋混凝土楼屋盖也增加了对砌体墙的约束，增强了建筑物的空间刚度和整体性。
四 纵横墙体合理布置：
房屋的纵横向墙体一方面承担建筑的竖向荷载，即所谓承重墙。另一方面纵横墙体又是地震力的承担者。新抗震规范明确要求，多层砖混结构房屋应优先采用横墙承重或纵横墙体共同承重的结构体系，纵横墙布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，且纵横墙体数量应接近。在两个方向适当布置纵横墙，限制了纵横墙的变形，增强了建筑物的整体性和空间刚度，对抗震非常有利。另外对房屋局部尺寸尤其是承重窗间墙和承重墙尽端及阳角的尺寸限制，使得建筑物薄弱点得到加强，避免地震时个别薄弱部位的先期破坏引起整栋建筑的严重破坏。另外，新抗震规范对墙体开洞率提出了较明确的要求，历次震害表明，砖混房屋的抗震能力与墙体面积成正比，提高墙体面积可有效提高房屋抗震能力。在六层砖混结构的抗震电算中，上部几层地震力小，很容易满足抗震承载力要求，而底部一二层地震力大，不易满足。在实际工作中，通过改变墙体洞口大小即改变墙体面积或改变墙体厚度等方法，可以满足抗震验算要求。可见在满足使用功能前提下尽量增大墙体面积可以有效提高建筑物的抗震承载能力。
五 圈梁与构造柱的设置
砌体房屋中设置构造柱和圈梁，共同组成砖混结构的“弱框架”，使结构在遭遇“大震”时可有较大的非弹性变形，这种变形应控制在规定范围内，使结构不致发生倒塌，遭遇设防地震时，结构部分进入非弹性变形，损坏控制在可修范围内。。
多次震害调查表明，圈梁是提高多层砖房抗震性能的一种经济有效的措施，有利于减轻震害。在多层砌體结构中设置沿楼板标高的水平圈梁，可以加强内外墙的连接，增强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用使楼板与纵横墙构成整体的箱形结构，能有效约束板，使砖墙平面外倒塌的可能性大大减小，可以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对楼屋盖进行平面内约束，可以提高楼屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖能起到整体横隔板的作用。圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙体裂缝的开展，且不延伸出两道圈梁间的墙体，并减小裂缝与水平面的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体抗剪能力。设置圈梁还可以有效减轻地基不均匀沉降对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋竖向刚度和抵御不均匀沉陷的作用。新抗震规范规定：现浇钢筋混凝土圈梁应闭合，遇到洞口应上下搭接，圈梁宜与板设在同一标高处，断面高度大于等于120mm，配筋应符合规范规定。砖混结构设置构造柱能提高房屋的延性，可使砌体的抗剪承载力提高百分之十到三十。
对圈梁和构造柱的要求在新抗震规范中有明确规定，但在实际工作中感觉到还是有些问题需要引起设计人员的重视，尤其是在构造柱设计中有以下几方面需注意的问题：
1 构造柱设置过多过滥，如七度区，按新抗震规范，三层及三层以上构造柱设置相对严格，但设计中存在一二层的一般建筑也按三四层的规定设构造柱；
2 按规范要求，对横墙内构造柱间距提出了要求，对横墙较少和横墙很少情况下的要求更加严格，但在实际设计中往往被设计人员忽略了；
3 新抗震规范对外墙和内墙的洞口尺寸提出了较严格要求，目的是鼓励设计人员在满足使用功能要求下尽量不要开设大洞口，对抗震有利，但在实际设计中，设计人员还在开设超规范的大洞口，违背了规范要求的初衷；
4 住宅楼内纵墙往往断断续续，不在同一直线上，错位尺寸也出规范要求，内横墙错位超出规范要求时导致由于温度应力所引起的顶层端单元墙体裂缝更加明显；
5 构造柱应沿建筑物高度对正贯通，在层与层之间尽量不错位，如遇局部突出屋顶的水箱间或楼梯间，且构造柱不是自下部直通屋顶，可以将突出建筑物的四角构造柱深入到下一层圈梁内锚固。
6 设置构造柱是一项有效的抗震措施，但地震很短暂，构造柱在地震时发挥作用也是很短暂的，能否让构造柱在地震时抗震，不地震时承重呢？实际上多年来的工程实践已经这样做了。在一些开间较大、墙体强度、稳定性不足处，在一些墙体转角承受集中荷载处，在一些楼层大会议室内横墙承受大梁集中荷载处，较窄墙垛支承大梁而墙体强度不足处，这些部位有些设计人员一直在采取加厚墙体或出较大砖壁柱的方法。现在将构造柱按抗震承重柱考虑，就可以使墙与柱形成组合体，不必再加厚墙体。此外，大梁搁置在柱上，不设梁垫，构造柱除承重还起到了梁垫的作用。抗震承重构造柱比一般构造柱抗震能力高，由于墙体不加厚，自重轻，减小了地震力，提高了房屋延性。
六 墙体内水平钢筋的设置：
在抗震验算时，多层砖混结构底层抗震往往很难通过，即使增加构造柱也不能全部合格，况且构造柱过多会给墙体砌筑造成很大麻烦。为提高墙体抗震承载力，可在验算不合格的墙体内设水平钢筋，使地震力由砌体和钢筋共同承担，试验表明，配筋多孔砖墙体可有效提高墙体抗震性能，降低脆性，增加延性。水平配筋砌体的砂浆强度、配筋率等应严格按规范要求在施工图中明确标示。
七 其他问题
提高砌筑砂浆强度也可提高墙体的抗震能力，增加砌体的承载能力。楼梯间宜设置在每个单元中部，避免放在房屋尽端。在施工中还应避免纵横墙砌筑不同步，大量留直槎，不按规定放拉结筋，构造柱断面尺寸不足，轴线位移过大，构造柱混凝土蜂窝孔洞、露筋等问题。
总之，多层砖混结构房屋可以通过建筑上合理布局，结构上采取构造措施等方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，在抗震设计时体现以预防为主的设计思想，达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。
内容摘要：砖混结构具有施工方便，施工周期短，平米含钢筋量比框架和剪力墙等结构形式低，造价相对廉等特点。近些年针对烧结粘土砖占用耕地资源，烧结过程中能耗高，对环境造成较大污染等缺点，国家相关部门强制采用了空心砖、页岩砖、混凝土砌块等实心粘土砖的替代产品，但终究还属于砖混砌体范畴。所以在目前及以后相当长的时间里，砖混结构在我国仍会广泛使用，尤其是多层民用建筑。然而，砌体房屋是用砖或砌块与砂浆咬砌而成，所用材料均为脆性材料，造成砖混结构房屋变形能力较差。经历了汶川大地震后，更使我们深刻体会到必须改善砌体结构延性，提高房屋抗震能力的重要意义。结合新颁布的抗震规范以及十几年的工作经验，感觉应注意以下几方面的问题。
一 建筑平面和立面应尽量规则：
平面不规则的建筑物质量中心与刚度中心不易重合，在地震作用下会产生扭矩，加大了地震破坏程度。立面不规则的建筑物若竖向刚度差异较大，地震时会在薄弱部位产生严重破坏，还可能导致整栋建筑物倒塌。所以建筑方案不应采用严重不规则方案。不可避免时应通过设置沉降缝或伸缩缝等方法将不规则的建筑划分成几个规则单元。汶川地震后，结合震害分析，在新版抗震规范中对建筑规则性提出了更严格也更明确的要求，也更有利于设计人员和图纸审查机构的执行。
二 建筑物总高度和总层数不应超过规范限值：
新规范对建筑物总高度和总层数的限值有很明确的要求，设计人员在设计时应注意总高度的计算方法和坡屋面时顶层高度的取值。通过近几年的实际工程的抗震电算文件结果分析比较感觉到，砖混砌体房屋层数越多，高度越高，结构抗震越难合格。建筑高度和层数越接近规范限值，地震造成的破坏越严重。所以控制房屋的总高度和总层数对减小地震危害作用很大。楼盖重量约占建筑物总总量的一半左右，多一层楼盖即意味着增加半层楼的地震作用，而且增大了地震侵覆力矩，在中强地震下，因地震侵覆力矩过大，可能导致建筑底部墙体的压力或剪力超过材料容许值而被破坏。所以应尽量减少层数，降低层高，采用轻质建筑材料以减轻建筑物自重。
三 采用现浇钢筋混凝土楼盖和屋盖：
结合汶川大地震震害分析，虽然预制楼板的楼屋盖具有施工简便，施工周期短等优点，但在民用建筑中，尤其是在人员较集中的教学楼，宿舍，住宅等建筑中，由于预制楼板与圈梁以及预制板与预制板之间的连接很难达到像现浇板那样的整体性，在地震力往复作用下，一旦预制板失去在墙体上的支承，直接后果便是从墙体上掉落，砸在下面的人员和物体上，甚至砸穿几层楼板，造成严重的人员伤亡。现浇钢筋混凝土楼屋盖具有整体性好，水平刚度大的优点，可消除滑移掉落等问题，是较理想的抗震构件。施工时对墙体的竖向对齐要求也可适当放宽，同时现浇钢筋混凝土楼屋盖也增加了对砌体墙的约束，增强了建筑物的空间刚度和整体性。
四 纵横墙体合理布置：
房屋的纵横向墙体一方面承担建筑的竖向荷载，即所谓承重墙。另一方面纵横墙体又是地震力的承担者。新抗震规范明确要求，多层砖混结构房屋应优先采用横墙承重或纵横墙体共同承重的结构体系，纵横墙布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，且纵横墙体数量应接近。在两个方向适当布置纵横墙，限制了纵横墙的变形，增强了建筑物的整体性和空间刚度，对抗震非常有利。另外对房屋局部尺寸尤其是承重窗间墙和承重墙尽端及阳角的尺寸限制，使得建筑物薄弱点得到加强，避免地震时个别薄弱部位的先期破坏引起整栋建筑的严重破坏。另外，新抗震规范对墙体开洞率提出了较明确的要求，历次震害表明，砖混房屋的抗震能力与墙体面积成正比，提高墙体面积可有效提高房屋抗震能力。在六层砖混结构的抗震电算中，上部几层地震力小，很容易满足抗震承载力要求，而底部一二层地震力大，不易满足。在实际工作中，通过改变墙体洞口大小即改变墙体面积或改变墙体厚度等方法，可以满足抗震验算要求。可见在满足使用功能前提下尽量增大墙体面积可以有效提高建筑物的抗震承载能力。
五 圈梁与构造柱的设置
砌体房屋中设置构造柱和圈梁，共同组成砖混结构的“弱框架”，使结构在遭遇“大震”时可有较大的非弹性变形，这种变形应控制在规定范围内，使结构不致发生倒塌，遭遇设防地震时，结构部分进入非弹性变形，损坏控制在可修范围内。。
多次震害调查表明，圈梁是提高多层砖房抗震性能的一种经济有效的措施，有利于减轻震害。在多层砌體结构中设置沿楼板标高的水平圈梁，可以加强内外墙的连接，增强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用使楼板与纵横墙构成整体的箱形结构，能有效约束板，使砖墙平面外倒塌的可能性大大减小，可以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对楼屋盖进行平面内约束，可以提高楼屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖能起到整体横隔板的作用。圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙体裂缝的开展，且不延伸出两道圈梁间的墙体，并减小裂缝与水平面的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体抗剪能力。设置圈梁还可以有效减轻地基不均匀沉降对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋竖向刚度和抵御不均匀沉陷的作用。新抗震规范规定：现浇钢筋混凝土圈梁应闭合，遇到洞口应上下搭接，圈梁宜与板设在同一标高处，断面高度大于等于120mm，配筋应符合规范规定。砖混结构设置构造柱能提高房屋的延性，可使砌体的抗剪承载力提高百分之十到三十。
对圈梁和构造柱的要求在新抗震规范中有明确规定，但在实际工作中感觉到还是有些问题需要引起设计人员的重视，尤其是在构造柱设计中有以下几方面需注意的问题：
1 构造柱设置过多过滥，如七度区，按新抗震规范，三层及三层以上构造柱设置相对严格，但设计中存在一二层的一般建筑也按三四层的规定设构造柱；
2 按规范要求，对横墙内构造柱间距提出了要求，对横墙较少和横墙很少情况下的要求更加严格，但在实际设计中往往被设计人员忽略了；
3 新抗震规范对外墙和内墙的洞口尺寸提出了较严格要求，目的是鼓励设计人员在满足使用功能要求下尽量不要开设大洞口，对抗震有利，但在实际设计中，设计人员还在开设超规范的大洞口，违背了规范要求的初衷；
4 住宅楼内纵墙往往断断续续，不在同一直线上，错位尺寸也出规范要求，内横墙错位超出规范要求时导致由于温度应力所引起的顶层端单元墙体裂缝更加明显；
5 构造柱应沿建筑物高度对正贯通，在层与层之间尽量不错位，如遇局部突出屋顶的水箱间或楼梯间，且构造柱不是自下部直通屋顶，可以将突出建筑物的四角构造柱深入到下一层圈梁内锚固。
6 设置构造柱是一项有效的抗震措施，但地震很短暂，构造柱在地震时发挥作用也是很短暂的，能否让构造柱在地震时抗震，不地震时承重呢？实际上多年来的工程实践已经这样做了。在一些开间较大、墙体强度、稳定性不足处，在一些墙体转角承受集中荷载处，在一些楼层大会议室内横墙承受大梁集中荷载处，较窄墙垛支承大梁而墙体强度不足处，这些部位有些设计人员一直在采取加厚墙体或出较大砖壁柱的方法。现在将构造柱按抗震承重柱考虑，就可以使墙与柱形成组合体，不必再加厚墙体。此外，大梁搁置在柱上，不设梁垫，构造柱除承重还起到了梁垫的作用。抗震承重构造柱比一般构造柱抗震能力高，由于墙体不加厚，自重轻，减小了地震力，提高了房屋延性。
六 墙体内水平钢筋的设置：
在抗震验算时，多层砖混结构底层抗震往往很难通过，即使增加构造柱也不能全部合格，况且构造柱过多会给墙体砌筑造成很大麻烦。为提高墙体抗震承载力，可在验算不合格的墙体内设水平钢筋，使地震力由砌体和钢筋共同承担，试验表明，配筋多孔砖墙体可有效提高墙体抗震性能，降低脆性，增加延性。水平配筋砌体的砂浆强度、配筋率等应严格按规范要求在施工图中明确标示。
七 其他问题
提高砌筑砂浆强度也可提高墙体的抗震能力，增加砌体的承载能力。楼梯间宜设置在每个单元中部，避免放在房屋尽端。在施工中还应避免纵横墙砌筑不同步，大量留直槎，不按规定放拉结筋，构造柱断面尺寸不足，轴线位移过大，构造柱混凝土蜂窝孔洞、露筋等问题。
总之，多层砖混结构房屋可以通过建筑上合理布局，结构上采取构造措施等方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，在抗震设计时体现以预防为主的设计思想，达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。