浅谈多层砌体房屋抗震设计

2011-08-15隋翔宇

山西建筑 2011年1期

隋翔宇

1 概述

2010年 4月 14日早晨 7点 49分左右，青海省玉树藏族自治州玉树县发生7.1级地震，这是 2008年汶川大地震后又一次大地震。中国地震台网中心称，这次地震的发生标示着我国有可能进入新的地震活跃时段。从这两次地震的经验告诉我们:抓好抗震设防地区建设工程的抗震设计，是减轻未来地震灾害损失最积极、最有效和最根本的措施。

目前，在我国城镇民用建筑中以砖砌体作为墙体材料的仍占90%以上;尤其乡镇一级的校舍多为多层砖混结构，所以，砌体结构房屋仍是我国乡镇房屋建筑的主体。从两次地震报道中看，砌体房屋在地震中的震害又是极为严重的。砌体房屋之所以地震破坏比例如此大，主要原因是砖砌体是一种脆性结构，其抗拉和抗剪能力均低，在强烈地震作用下，砖结构易于发生脆性的剪切破坏，从而导致房屋的破坏和倒塌。往往在多层砌体房屋的设计中，根据功能要求，又经常要求大开间、大门洞、大悬挑，甚至通窗效果等，这又大大削弱了房屋的抗震能力。

2 目前多层砖房抗震设计中存在的一些问题

1)随着城镇建设的发展，临街砖房为满足商业功能要求，底层往往为“商业店铺”，高度超限。

2)在多层砌体房屋中，底层或顶层为满足部分大空间需要，在底层或顶层局部采用钢筋混凝土内框架结构。有的仅将构造柱和圈梁局部加大当作框架结构。

3)砖混商品住宅中为追求较高的采光及通透性，往往布置大开间和大门洞，为增加客厅面积悬挑大阳台;纵、横墙沿平面布置无法对齐等。

3 多层砌体房屋抗震设计应注意的事项

1)加强多层砌体房屋的纵向抗震能力。

随着住宅商品化和住宅功能要求的提高，使得一些多层砌体住宅房屋的客厅增大，个别的设计方案和实际工程在客厅开间的外纵墙没有设置，形成构造柱、圈梁与阳台门相连，使得外纵墙的开洞率大于 55%。多层砌体房屋的抗震性能主要依靠砌体墙，而地震作用在水平面是两个方向的，房屋的纵向相对于横向弱的多，在地震作用下一般会率先破坏，而纵墙又是横墙的支承体系，所以纵墙的破坏直接就会导致房屋的整体破坏;另外，在一个开间内缺少了外纵墙，则会使在该外纵墙的传力间断，导致传力二次分配，对该开间的其他纵墙也会形成增大地震作用等不利影响。

2)采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。

墙体布置应满足地震作用有合理的传递途径。由于横墙开洞少，又有纵墙作为侧向支承，所以横墙承重的多层砌体结构具有较好的传递地震作用的能力。而纵横墙共同承重的房屋既能比较直接的传递横向地震力，也能直接或通过纵横墙的连接传递纵向地震作用。所以，从合理的地震作用传递途径分析，宜优先采用纵横墙共同承重的结构体系，尽量避免采用纵墙承重的结构体系。

3)合理布置平、立面，适当设置防震缝。

在现实情况中，往往由于场地条件和功能要求的限制，合理的进行平面立面布置就显得尤为重要。建筑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，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，避免抗侧力构件的承载力突变。8度和9度时，当房屋的立面高差较大、错层较大和质量及刚度截然不同时，宜采用防震缝将结构分割成平面和体形规则的独立单元。当建筑形状复杂而又不设防震缝时，应选取符合实际的结构计算模型，认真进行抗震分析，对薄弱构件及部位采取加强措施。

4)在多层砌体屋抗震设计应严格进行抗震计算。

抗震计算是抗震设计的重要组成部分，是保证满足抗震承载力的基础。在多层砖房的抗震计算中，水平地震力作用计算可根据房屋的平、立面情况采用不同的方法。对于平、立面布置规则和结构抗侧力构件在平、立面布置均匀的可采用底部剪力法;对于立面布置不规则的宜采用振型分解反应谱法;对平面不规则和竖向不规则的多层砖房，宜采用考虑地震扭转影响的分析程序。

4 多层砌体房屋设计应采取有效的抗震构造措施

1)钢筋混凝土构造柱的设置。

构造柱虽然对于提高砖墙的受剪承载力有限，据国内外的模型试验，大体提高 10%～20%，但对墙体的约束和防止墙体开裂后砖的散落能起到非常显著的作用，如果再和圈梁有效地结合起来，即通过构造柱和圈梁把墙体分片约束，有效的限制开裂后砌体裂缝的延伸和砌体的错位，使砖墙能维持竖向承载力，并能继续吸收地震的能量，避免和延迟墙体的倒塌。构造柱的设置部位截面尺寸应按照烈度、高度以及结构类型不同，按《建筑抗震设计规范》(2008版)表 7.3.1的要求设置。钢筋混凝土构造柱与墙体的连接处宜砌成马牙槎，并应沿墙高每隔 500mm设拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于 1m。构造柱应与圈梁连接，构造柱的纵筋应穿过圈梁的主筋，保证构造柱纵筋上下贯通。构造柱可不设单独基础，但应伸入室外地面下 500mm，或锚入浅于 500mm的基础圈梁内。对于有个别情况基础圈梁与防潮层相结合，其圈梁标高已高出地面，在这种情况下构造柱应符合伸入地面下 500 mm的要求。

2)钢筋混凝土圈梁的功能与要求。

钢筋混凝土圈梁是多层砌体结构房屋有效的抗震措施之一，尤其与构造柱结合配置，能起到相当的作用。第一，圈梁能够增强房屋的整体性，由于圈梁的约束，预制楼板以及砖墙平面倒塌的危险性大大减小了，而且通过圈梁，能够使纵横墙形成一个箱形结构，充分的发挥各面砖墙的支承作用，提高在平面内抗剪承载力;第二，圈梁作为楼屋盖的边缘构件，提高了楼板的水平刚度，使局部地震作用能够分配给较多的纵横墙承担，也减轻了大房间纵、横墙平面外破坏的危险性;第三，圈梁还能和构造柱一起限制墙体斜裂缝的开展和延伸，使砖墙裂缝仅在两道圈梁之间的墙段发生，斜裂缝的水平夹角减小，砖墙的抗剪承载力得以充分的发挥和提高。为了更好的发挥钢筋混凝土圈梁与构造柱共同作用的效果，应严格按照《建筑抗震设计规范》(2008版)的要求，按照不同的烈度采取相应的设置。另外，纵墙承重的多层砌体房屋中，圈梁沿抗震横墙上的间距应比横墙承重的多层砌体房屋中的圈梁间距要适当加密。

3)多层砌体房屋各构件间的抗震构造连接也是抗震的关键之一。

抗震构造连接的部位较多，重要部位的连接措施有下列几项。首先，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 240mm×120mm拉梁(配 4Φ10纵筋)与构造柱连接。7度时长度大于 7.2m的大房间以及 8度和 9度时，外墙转角及内外墙交接处，当未设构造柱时，应沿墙高每隔 500mm设 2φ6拉结钢筋，每边伸入墙内不小于 1m。凸出屋面的楼梯间等，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，可采取上述抗震措施。

4)多层砌体房屋。

悬臂构件的连接也是抗震的关键之一，6度～8度时，240mm厚无锚固女儿墙(非出入口处)的高度不宜超过 0.5m，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。悬臂阳台挑梁的最大外挑长度不宜大于 1.8m，不应大于2m。不应采用墙中悬挑式踏步或竖肋插入墙体的楼梯。