地震作用下多层砌体结构房屋的破坏特点及震害启示

2010-12-31刘景齐

中国新技术新产品 2010年8期

刘景齐

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300000）

1 砌体结构主要存在的抗震问题

缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。有的在初步设计阶段还缺建筑场地岩土工程的勘察资料，有的在初步设计会审之后就直接进入了施工图设计，缺乏必要的资料造成设计的缺陷。

结构体系设置不当。如一半采用砌体承重，而另…半或局部采用全框架承重或排架承重；底框砖房中一半为底框，而另一半为砖墙落地承重，这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅，其底层为商店，设计成一半为底框砖房（有的为二层底框），而另一半为砖墙落地自承，造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变，对抗震十分不利。

底框砖房超高超层。尤其是底层为“家带店”的砖房，高度超过限值Im 以上。

抗震设防标准掌握不当或不设防。有的项目严格应按七度采取抗震措施的，但设计中又按六度设防，减低了抗震设防标准，造成偷工减料现象；或者有些项目的抗震措施根本就没有设防。

任意更改设计尺寸，造成结构缺陷。例如，住宅砖房中为追求大客厅，布置大开间和大门洞，有的大门洞间墙宽仅有240mm，并将阳台作成大悬挑(悬挑长度大于2m)延扩客厅面积；部分“局部尺寸”不满足要求时，有的不采取加强措施，有的采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢；住宅砖房中限于场地或“造型”，布置成复杂平面，或纵、横墙沿平面布置多数不能对齐，或墙体沿竖向布置上下不连续等等。

抗震措施布置不当。如外墙转角处，大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置；以构造柱代替砖墙承重；山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱；有些项目不采用圈梁，或者只采用半圈梁形式，造成房屋整体稳定性下降。

2 地震作用裂缝类型和形成机理

地震作用主要是对房屋墙体、梁、柱产生相应的荷载分布，造成局部应力集中引起开裂，一旦裂缝宽度较大，材料变形超过允许挠度，造成结构崩塌。分析裂缝类型及形成机理，有助于提高抗震措施。

2.1 地震裂缝类型、特点

分析表明：地震的裂缝主要与在墙体上且与墙体所在位置有关，例如：在内横墙与外纵墙交界处多为竖向裂缝；窗间墙多为交叉状x 型裂缝和为水平裂缝：内横墙或山墙一般多出现交叉状X 型裂缝；在砌体结构房屋四角墙体多为斜向八字型裂缝；高低层错落处则出现墙体水平裂缝；底层框架抗震墙上层砌体结构，在底层窗口上部或者下部出现水平裂缝等。

2.2 形成机理和原因分析

砌体结构的特点是抗剪强度和抗弯强度以及变形能力较低，所以在地震作用下，墙体极易产生裂缝。在内横墙与外纵墙交界处，特别是墙体接槎的薄弱环节，当地震平行与内横墙作用时，如果该处施工时咬槎质量不佳，外纵墙外闪导致在接槎交界处产生竖向裂缝；当地震平行与外纵墙作用时，如果窗间墙较宽，即其高度比相对较小，此时墙体出现剪切型受力状态，故出现交叉状X 形裂缝；当地震垂直于外纵墙作用时，如果窗间墙较窄，即高度比相当较大，此时墙体出现弯曲型受力状态，故出现水平状裂缝；至于窗肚墙，内横墙和山墙，一般情况下，都属于高度比较小的墙体，当地震水平与上述墙体作用时，都属于剪切状态，故出现交叉状x 形裂缝；在高低层错落的部位，由于刚度不同，变形不一致特别是高层部分的墙体较高时，往往在高出部分墙体的下部出现弯曲形的水平裂缝；至于底层为框架砖抗震墙，上层为砌体结构的多层砖混结构，由于底层多为大开间房屋，横墙间距较大，当地震平行于横墙作用时，由于上述节后上刚下柔且当外纵墙窗口较大时，则在窗口上部或下部易出现水平裂缝。

3 抗震措施

汶川地震对于未设防的砌体结构，基本都是唐山地震的重复，按照89 规范以后设计的，如果采取圈粱和构造柱措施的砌体结构，大多震害比较轻，很少发生脆性破坏倒塌，因此砌体结构主要是如何落实抗震规范执行的问题，特别是落实圈梁和构造柱抗震措施，需要进一步研究的工作可能并不多。主要是落实的问题，设计、施工、执行规范的力度问题。对于砌体结构抗震措施，做几点说明。

建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。砌体结构平面布置宜规则、对称并具有良好的整体性，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，防止竖向刚度突变，同一轴线上窗间墙宽度宜均匀；对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度；对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻，房屋重心尽可能降低，避免采用错落的立面，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应，同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。

历次震害证明，砌体房屋的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。现行建筑抗震设计规范（GB50011-2001）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定。在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，房屋总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的侧向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏，故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

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。因此，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，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，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。

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，进而使房屋造到破坏；所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。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，同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低，多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重，由于非承重方向的约束墙体少，间距大，因而房屋该方向刚度较弱，空间刚度和整体性均较差，拉震能力低；在高烈度地区，墙体由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋倒塌。