浅谈多层砌体结构房屋的抗震设计

2011-04-14孙小燕

山西建筑 2011年17期

孙小燕

0 引言

2008年我国四川汶川8.0级大地震以后，青海玉树县、云南盈江县又发生了里氏7.1级、5.8级大地震，地震给人类社会带来灾难，造成不同程度的人身伤亡和经济损失，地震专家对历次地震的分析显示，地震中人员伤亡总数的95%以上是由房屋倒塌造成的。如何防止或减少建筑物由于地震而造成的破坏，建筑结构的防震标准设计是很重要的一环。

1 地震震级与烈度、抗震设防目标

地壳内部存在极大的能量，地壳中的岩层在这些能量所产生的巨大作用下发生变形、弯曲、褶皱，当最脆弱部分的岩层承受不了这种作用力时，岩层就开始断裂、错动，这种运动传至地面，就表现为地震。地下岩层断裂和错动的地方称为震源，震源正上方地面称为震中。地震的强烈程度称为震级，一般称里氏震级，它取决于一次地震释放的能量大小。地震烈度是指某一地区地面和建筑遭受地震影响的强烈程度，它不仅与震级有关，且与震源的深度、距震中的距离、场地土质类型等因素有关。一次地震只有一个震级，但却有不同的烈度区。我国地震烈度表中将烈度分为12度。7度时，一般建筑物多数有轻微损坏;8度～9度时，大多数建筑物损坏至破坏，少数倾倒;10度时，则多数倾倒。现行建筑抗震规范规定以6度作为设防起点，6度～9度地区的建筑物要进行抗震设计。我国抗震设计规范的抗震设防目标是要求建筑物在使用期间，对不同频率和强度的地震应具有不同的抵抗能力，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

2 工程结构的破坏情况分析

工程结构在地震时所遭遇的破坏是造成人民生命财产损失的主要原因，其破坏情况与结构类型和抗震措施等有关。结构破坏情况主要有以下几种。

2.1 承重结构承载力不足或变形过大而造成的破坏

地震时，地震作用附加于建筑物或构筑物上，使其内力和变形增大较多，并且往往要改变其受力形式。如墙体出现裂缝，钢筋混凝土柱剪断或混凝土被压酥裂，房屋倒塌等。

2.2 结构丧失整体性而造成的破坏

结构构件的共同工作主要是依靠各构件之间的连接及各构件之间的支撑来保证的。在地震作用下，若节点强度不足、延性不够、锚固质量差等就会使结构丧失整体性而造成破坏。

2.3 地基失效引起的破坏

在强烈地震作用下，一些建筑物上部结构本身无损坏，但由于地基承载能力的下降或地基土液化造成建筑物倾斜、倒塌而破坏。因此，在房屋设计时应按抗震设计的原则和要求选择建筑场地。

3 多层砌体结构房屋的抗震设计要点

在砌体结构房屋的抗震设计中，应用计算理论对结构进行强度验算是一个重要的方面。此外，还应对房屋的体型、平面布置、材料、结构形式等进行合理选择，对构件间的连接采取加强措施，从而获得整个房屋的最大抗震能力。

3.1 房屋总高度和层数的限制

随着房屋高度的增大，地震作用也将增大，因而房屋的破坏将加重。震害调查表明，房屋的破坏程度随层数的增多而加重，基于砌体材料的脆性性能和震害经验，限制其层数和高度是主要的抗震措施。1)一般情况下，多层砌体结构房屋的层数和总高度不应超过《砌体结构房屋抗震设计》规范的规定。2)砖和砌块砌体承重房屋的层高不应超过3.6 m。3)横墙较少的多层住宅楼，当采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度和层数可仍按上述规范的规定采用。

3.2 房屋高宽比的限制

随着房屋高宽比(总高度与总宽度之比)的增大，地震作用效应将增大，由整体弯曲在墙体中产生的附加应力也将增大，房屋的破坏将加重。因此，多层砌体房屋总高度与总宽度的最大比值宜符合表1要求。

表1 多层砌体房屋的最大高宽比

3.3 墙体的布置

3.3.1 结构布置

结构布置应优先选用横墙承重或纵横墙共同承重的方案，纵横墙的布置应均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。

3.3.2 横墙间距

横墙除了必须具有足够的抗震能力外，还必须使其间距能满足楼盖对传递水平地震作用所需的水平刚度的要求。多层砌体房屋抗震横墙的间距，不应超过房屋抗震横墙最大间距的要求。

3.3.3 墙段的局部尺寸

随着地震烈度的增高，地震荷载成倍地增长，窗间墙的破坏程度也越重。按地震烈度控制墙面开洞率是必要的。地震期间由于沿房屋纵横两个方向地面运动的结果，转角处纵横两个墙面常出现斜裂缝，房屋两端的四个外墙转角容易发生破坏，平面上其他凸出部位的外墙阳角同样易发生破坏，因此，房屋中砌体墙段的局部尺寸宜符合房屋砌体墙段的局部尺寸限值的要求。

3.4 平立面布置和防震缝的设置

当房屋的平面和立面布置不规则，震害往往比较严重。这一方面是由于各部分的质量和刚度分布不均匀，使各部分连接处的变形突然变化产生应力集中。另一方面是由于房屋的质量中心和刚度中心不重合，地震时，不仅使房屋产生剪切和弯曲，而且还使房屋产生扭转，从而大大加剧了地震的破坏作用。因此，房屋的平立面布置力求匀称、规整，尽可能简单。当房屋立面高差在6m以上;房屋有错层，且楼板高差较大;各部分结构刚度、质量截然不同时，宜设防震缝。防震缝应沿房屋全高设置，两侧应布置墙体，基础可不设防震缝。此外楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施，不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出屋面的烟囱。