多层砌体教学楼房屋抗震设计存在问题及处理

2010-08-15张桂芳

山西建筑 2010年8期

张桂芳

多层砌体教学楼一般为3个开间1个教室,形成了横墙较少的格局,有在一个教室中设置两道横向承重梁,预制板或现浇板放置在横向墙上,横向梁由纵向墙体和构造柱支承,形成了纵横墙共同承重的结构体系;也有由预制的楼(屋)盖直接放置在纵墙上,形成纵墙承重的结构体系。

1 多层砌体房屋的抗震能力分析

根据对汶川地震的震害经验总结,多层砖房的主要震害特征可概括为以下几点:

1)墙体的破坏;2)窗间墙墙垛的破坏;3)纵横墙的连接破坏;4)墙体刚度变化和应力集中的部位易破坏和倒塌;5)楼梯间破坏和预制板塌落。破坏的主要原因:结构抗震体系单薄,砖墙的抗剪强度不足,结构体系和构造布置存在缺陷,内外墙之间及楼板与砖墙之间未拉结,也有的未设置圈梁构造柱,房屋的整体抗震能力差。在地震作用下,一般为剪切破坏,多呈交叉性裂缝或斜裂缝,楼梯间设置在房屋端部时的破坏强于设置在中部。

2 影响多层砌体房屋抗震能力的因素

影响多层砌体房屋抗震能力的因素主要是结构布置、结构体系、抗震构造和构件抗震承载力及结构现状质量等。

1)房屋平面最好为矩形,作为主要抗侧力构件的纵横墙应对称、均匀布置,沿平面应对齐贯通,同一轴线上的墙体宜等宽均匀,沿竖向宜上下连续;相对于内外廊式教学楼因其纵横墙布置不对称,且构造柱和圈梁的设置间距多为3个开间的教室,走廊的外墙开洞率也较大,都大大降低了整片墙体的抗震承载力,对于体系复杂的教学楼采用防震缝将其化分为若干体型简单、刚度均匀的单元。建筑的平面布置和抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,平面形状应具有良好的整体作用。纵、横墙沿平面布置不能对齐的墙体较少,楼梯间不宜设在房屋的尽端和转角处;建筑的立面和竖向剖面力求规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,墙体沿竖向布置上下应连续,避免刚度突变;竖向抗侧力结构的截面和材料强度等级自下而上宜逐渐减小,避免抗侧力构件的承载力突变。

2)应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。同一结构单元中应采用相同的结构类型,不应采用砖房与底框砖房或内框架砖房或框架结构等“混杂”的结构类型。墙体布置应满足地震作用有合理的传递途径。纵横向应具有合理的刚度和强度分布,应避免因局部削弱或突变造成薄弱部位,产生应力集中或塑性变形集中;对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其抗震能力。

3)墙体材料都是脆性的,这使砌体房屋的抗震性能相对较差。墙体的承载力与墙体的砌筑材料强度,墙体高宽比,纵横墙交接处的约束,构造柱和圈梁的约束及墙体的压应力等因素有关。

4)抗震构造措施:

a.设置钢筋混凝土构造柱圈梁、楼(屋)盖与墙体的连接、楼梯间的构造等。对横墙较多的多层砖房,应按规范表5.3.1的要求设置构造柱;对横墙较少或横墙很少的多层砖房,应根据房屋增加一层或二层后的层数,按表5.3.1的要求设置构造柱。表中的“较大洞口”,设计中可界定为:门洞宽不小于 2 m和窗洞宽不小于2.3 m;“大房间”可界定为:层高超过3.6 m或长度大于 7.2 m。对于隔开间或每开间设置构造柱的多层砖房,应沿设有构造柱的横墙及内、外纵墙在每层楼盖和屋盖处均设置闭合的圈梁。

b.当为装配式楼、屋盖时,构造柱应与每层圈梁连接(多层砖房宜每层设圈梁);当为现浇楼、屋盖时,在楼、屋盖处设 240 mm×120 mm拉梁(配4φ 10纵筋)与构造柱连接。构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎,并沿墙高每隔500 mm设2φ 6拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1 m。突出屋面的楼梯间等,构造柱应从下一层伸到屋顶间顶部,并与顶部圈梁连接。屋顶间的构造柱与砖墙以及砖墙与砖墙的连接,可按上述抗震措施采取。

c.砖砌栏板应配水平钢筋,且压顶卧梁应与混凝土立柱相连,压顶卧梁宜锚入房屋的主体构造柱。

d.构造柱可不单独设基础(承重构造柱除外),但应伸入室外地面下500 mm,或锚入室外地面下不小于300 mm的地圈梁。

e.6度～8度时,240 mm厚无锚固女儿墙(非出入口处)的高度不宜超过0.5 m;当超过时,女儿墙应按抗震构造图集要求采取稳定措施。女儿墙的计算高度可从屋盖的圈梁顶面算起,当屋面板周边与女儿墙有钢筋拉结时,计算高度可从板面算起。

5)结构现状质量包括结构的施工质量和由于施工质量缺陷与使用环境影响混凝土构件钢筋锈蚀等问题引起墙体的开裂、房屋倾斜、局部下沉。楼板与承重梁等锈蚀损伤。

3 教学楼加固措施

1)根据对吕梁市及乡镇中小学教学用房的排查,对砂浆强度低于M2.5且层数超过三层的纵墙承重的教学楼应考虑拆除重建;对于砂浆强度大于M2.5且层数不超过三层的进行加固处理;对于抗震承载力满足要求而构造措施不满足现行规范的教学楼应采用必要的加固措施;对出现地面裂缝、屋面漏水、抹灰裂缝、门窗受损的必须进行维修和加固处理。

2)对于内外纵墙与横墙交接处没有设置构造柱的应增设混凝土构造柱,在楼层标高处的四周增设外圈梁,在构造柱对应部位的板底标高处设置横向钢拉杆;楼梯间设置在转角和房屋端部时,对于楼梯间墙体采取钢筋网砂浆面层加固的同时,也应加固相邻的横向墙体;对不满足抗震承载力要求的墙体,根据不满足的程度应采取增设单面或者双面钢筋网砂浆面层及钢筋混凝土板墙等方法进行加固。