浅谈多层砖混结构房屋的抗震设计

杨其军 李红秀

汶川大地震过去不到两年,新的地震又在发生,青海玉树地震震中的结古镇除少数的几栋新盖楼房,剩余的全部倒塌了。每当想起这突如其来的巨大灾难,会让每个中国人心有余悸,对我们设计工作也是一个警示,那就是抗震设计在结构设计中的重要性,下面结合自己平时的设计工作,浅谈一下在多层砖混结构房屋抗震设计的几点体会。

砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点,多年来砖混房屋一直是我国多层房屋建筑中应用很广泛的建筑结构形式之一。民用住宅建筑中约占90%以上。因此,在对砖混房屋的设计及施工过程中,决不能掉以轻心,尤其更要加强其抗震设计。砖混结构多采用黏土砖和混合砂浆砌筑,通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区,多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质,变形能力小,导致房屋的抗震性能较差,因此改善砌体结构延性,提高房屋的抗震性能具有极其重要的意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范,结合自身设计的实践经验,我认为,在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。

1 合理选择建筑物的平面、立面形状

建筑物的体形要简单,建筑平面、立面宜规则、对称,不宜有较大的错层、外挑和缩进,并应具有良好的整体性。体形简单和规则的建筑传力途径简捷,受力明确,结构细部构造易于处理,结构震害轻。建筑物的平面、立面质量和刚度应力求分布对称、变化均匀。分布不均匀容易产生扭转振动,变化不均匀则容易形成应力集中现象。建筑的质量中心和刚度中心应尽量重合,避免在水平地震作用下产生扭转力矩,加重震害。

2 增强砌体房屋的刚度及整体性

房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖对抗震非常有利,楼盖及屋盖现浇以后,平面上墙体对齐的要求也可以放宽,因为作为以剪切变形为主的砌体结构,层间变形是控制性的,较强的楼盖及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件。平面上,当墙体不对齐时,现浇楼板及屋盖可以传递水平力。楼板及屋盖现浇以后,避免了采用预制板因横墙承重时,纵墙没有可靠的支座和约束而倒塌的后果。在适当的部位增设构造柱,并配置些构造钢筋,也能达到增强结构整体性的作用;另外,设置配筋圈梁可限制散落问题,增强空间刚度,抵抗地基不均匀沉降,限制墙体裂缝开展,保证结构整体稳定性,从而提高房屋的抗震性能。

3 合理布置纵墙和横墙

多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体,在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝,严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象,使房屋破坏,所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起很大的作用。多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,纵、横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同时轴线上的窗间墙宽度宜均匀。墙体布置时,应尽量采用纵墙贯通的平面布置,当纵墙不能贯通布置时,可在纵横墙交接处采取加强措施,也可在纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱,并适当加强构造配筋;必要时还可以每隔一定高度放置水平拉结筋如2Φ 6@500,以加强房屋整体性,防止纵、横墙交接处被拉开。在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墙承担,不仅要求横墙有足够的承载力,而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平。当横墙间距过大时,纵向砖墙会因过大的层间变形而产生平面的弯曲破坏,使楼盖失去传递水平地震力的能力,从而导致地震力还未传到横墙,纵墙就已先破坏,所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。

4 适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度

历次震害表明,多层砖混房屋的抗震能力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比,提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力,是减轻震害的有效途径之一。在6层砖混房屋的抗震验算中,上面几层的地震作用较小,容易满足抗震承载力的要求,而底部1层、2层两层特别是第 1层的地震作用力较大,是薄弱层,往往不容易满足要求;但若改变部分墙体的承载面积或适当提高砂浆的强度等级,如将部分240 mm宽的承重墙改为360 mm宽的墙,或将砂浆强度等级由M5提高到M10,则在抗震结果中显示满足抗震要求。可见在进行6层砖混房屋的抗震验算时,适当增加底部1层～2层墙体面积或提高砂浆强度能有效地提高房屋的整体抗震能力。

5 有效设置房屋圈梁和构造柱

多次震害调查表明,圈梁是多层砖房的一种经济有效的措施,可提高房屋的抗震能力,减轻震害。钢筋混凝土圈梁在砌体房屋抗震中起到了较重要的作用。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,且不延伸超出两道圈梁之间的墙体,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,提高墙体的抗剪能力。多次实验表明,砖墙增设构造柱后能提高砖混房屋的延性,发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用;设置钢筋混凝土构造柱能使砌体的抗剪承载力提高10%～30%,提高砌体的变形能力,是有效的抗倒塌措施。另外,在多层砖混房屋中合理地设置构造柱,能起到增强房屋整体性的作用,还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量,从而大大提高抗震能力。

6 薄弱墙体配置水平钢筋

在抗震验算中,多层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求,即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承载力验算。为了提高墙体的抗震能力,可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋,使地震力由砌体及水平钢筋共同承担,可以明显增加墙体的抗剪强度。在灰缝中设置水平钢筋,抗斜裂缝和竖向裂缝的作用更加明显。水平配筋砖砌体的砌筑砂浆强度等级不应低于 M7.5,水平钢筋宜采用HPB235,HRB335钢筋,配筋率不应小于0.07%,也不宜大于0.17%,间距不应大于400 mm;钢筋锚固长度不宜小于180 mm。

7 施工质量控制及其他措施

保证施工质量是实现抗震设计的关键。对于砖砌体的施工,应做到纵、横墙交接处同时咬槎砌筑或采取设拉结筋的措施;构造柱、芯柱的施工应先砌墙后浇构造柱、芯柱。多层砖混结构房屋的楼梯间宜设置在每个单元中部,尽量避免将楼梯设在房屋尽端靠近山墙处;凸出屋顶的楼梯间,构造柱应伸到顶部与顶部圈梁连接。为了避免个别墙段抗震强度不足首先破坏,导致逐个破坏,进而造成整栋楼破坏甚至倒塌,要求房屋的局部尺寸宜满足抗震规范的限值要求。

多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局,结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足,从而满足抗震要求。地震灾害很大程度上是通过建筑物破坏给人们带来生命危险和财产损失的,因此,作好抗震设计是保障房屋和工程结构地震安全的关键,同时保证施工质量是实现抗震设计的关键一环。通过精心设计,精心施工减轻地震灾害。做到多遇地震时不坏,设防烈度地震后可修,罕遇地震时不倒,以最大限度地减少灾害给人类造成的损失。建设工程只有在抗震设防、抗震设计和施工质量这三方面都符合要求后,才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。

[1] GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2] 郭继武.建筑抗震设计[M].北京:高等教育出版社,1990.

[3] 丰定国,王清敏,钱国芳.抗震结构设计[M].北京:抗震出版社,1990.

[4] 王 宁,刘 轲.浅议多层砖混结构房屋的抗震设计[J].山西建筑,2009,35(11):71-72.