多层砌体结构抗震设计浅析

张本一

摘要：提高砌体结构的抗震性能，应从构造上加强抗震构造措施。对多层砌体的层数和高度进行控制；对房屋高宽比、抗震横墙最大间距等进行控制；并加强抗震构造措施，有效的设置构造柱及圈梁，使得砌体结构的整体抗震性能得以加强。

关键词：高度和高度限制；高宽比限制；抗震构造措施

砌体结构是砖砌体、砌块砌体、石砌体建造的结构的统称。众所周知，砖、石是地方材料，用其建造的房屋符合“因地制宜，就地取材”的原则。砌体结构房屋由于其造价低廉、工艺操作简单、施工速度快，在我国建筑工程中，尤其是中小城市被广泛使用着。但是由于砌体的强度较低，并且属于脆性材料，因此就决定了其抗震性能较差的缺点。而我国的国土面积，有三分之二以上被规划为抗震设防6度及6度以上地区，这就说明我国的砌体结构建筑物将受到不同的烈度的地震的考验。根据国内外多次地震的证明：砌体结构在强烈地震中的破坏是极其严重的。2008年汶川地震、2010年玉树地震，都造成了巨大的人员伤亡和财产损失。和混凝土及钢相比，砌体材料的拉压承载力特性相差甚远，严格意义上来说砌体不是理想的弹性材料，更不适合作为抗震结构材料。但是考虑到我国的基本国情，取消或淘汰砌体结构是不现实的。因此加强砌体结构的抗震能力，成为现阶段砌体设计中的关键。砌体结构的抗震设计，主要是抗震构造问题。

我国砌体结构的抗震构造大多是实际的震害中总结得来的，根据新版《抗震规范》及《砌体规范》，设计是应着重注意以下几点：

1.多层砌体房屋的层数和高度控制

根据国内震害调查统计并参考国内有关规范，作为砌体结构的重要抗震措施之一就是限制房屋建造的层高及高度。根据不同的烈度区的同类结构震害统计，房屋的层数与震害程度成正比。对于房屋高度与震害程度并不十分明确，但是，一般砌体结构房屋的层高较规律，因此，以3m为基准的层高作为高度的控制是恰当的。不同种类的砌体材料，在限制高度上也是有所区别的。多孔砖在相同的烈度下，较实心砖在层数与高度上有一定的减小，这是由于多孔砖砌体房屋具有比实心砖砌体更大的脆性，进而会发展成突然破坏倒塌，这是我们要求避免的。即使多孔砖砌体在砌筑时进行灌孔，能够提高砌体的抗剪强度有利于抗震，但砌筑时灰浆不易饱和，对于多孔砖砌体也是不利的一面。因此对于多孔砖砌体的层数和高度限制，比实心砖有所降低是合适的。

2.多层砌体房屋的高宽比的控制

多层砌体房屋的层高和高度受到限制后，基本是剪切型的刚性建筑，因此其破坏模式呈剪切型。但是当高宽比过大时，其破坏模式可能会呈现弯曲型破坏，甚至出现整体倾覆的可能。例如单面走廊的学校教学楼、办公楼等，或单边挑廊的建筑，其房屋进深较小而高度则较高时，地震时极易发生整体倾覆破坏，而这是我们最不愿意出现的震害破坏。因此，为了保证砌体结构在水平地震作用时不产生弯曲破坏，甚至整体倾覆破坏的现象，必须严格的控制房屋的最大高度比。

2.建筑平面接近正方形时，其高宽比宜适当减小。

3.抗震横墙的最大间距限制

多层砌体房屋的承重墙体为抗侧力构件，地震作用下两个主轴方向上的水平地震作用，分别由两个主轴方向上的墙体来承担。一般情况下，房屋的纵向墙体间距不会过大，因此对于纵墙的间距没有加以限制。但是横墙的间距有时可能较大，在整个横向水平地震作用下，可能无法满足强度要求，或产生较大的震害。因此多层砌体房屋的横墙间距应当由两个因素控制即强度与抗震措施，强度要求一般情况下均能满足，抗震措施对与横墙的间距限制是由从地震区的震害调研结果中得出的。研究结果表明：多层砌体房屋横墙的多少，间距的大小，直接会影响砌体房屋的抗侧力能力及震害的严重性。一般住宅建筑的横墙间距较小，其震害相对表现较小；而一些公共建筑的横墙间距较大，其震害相对表现较重。因此，对于多层砌体房屋必须限制其横墙的最大间距，以保证地震作用下的安全。

4.多层砌体房屋结构体系的选择

多层砌体房屋结构体系包括：横墙承重、纵墙承重和纵横墙混合承重。在这三种结构体系中，纵墙承重的结构体系在地震时破坏比较严重，这是因为地震水平力主要是由横墙来承担，纵墙承重其横墙必然较少，故抗侧力能力较差；纵墙承重的结构体系其抗震能力较好，横墙直接承担地震水平作用力，且满足横墙最大间距限制，横墙承重的结构布置是最有利于抗震的；纵横墙混合承重的结构体系，是目前广泛采用的结构布置方式，楼板多采用现浇板，现浇板使纵向和横向墙体能够联合承重，从墙体受力的均匀性上是有利于抗震的，因此可以采用。无论采用哪种结构布置形式，抗侧力的主要构件均为墙体，故墙体必须同时满足强度及抗震构造措施的要求。

5.多层砌体房屋的抗震构造措施

抗震构造措施是为了弥补抗震验算的不足及无法计算的部分，更是用来满足“大震不倒”的设防目标要求的。对于砌体结构来说，这点显得尤其重要。主要的抗震构造措施有以下几点：

1）.多层砌体房屋构造柱设置要求

砖砌墙体为脆性材料，其抗震性能、变形能力及延性较差，为增加多层砌体房屋的整体性，提高其抗震性能、承载能力及抵抗墙体因温度变形而产生的裂缝，在多层砌体房屋中设置钢筋混凝土构造柱是一项很有效的措施。钢筋混凝土构造柱从概念上不应理解为柱，它是一种约束砌体的边缘构件。其截面较小、刚度比重较小、不能单独承受垂直荷载，对砌体结构初始的抗侧力能力贡献很小。但是，一旦墙体产生裂缝甚至裂缝贯通时，构造柱的作用就开始完全发挥。

2）.多层砌体房屋圈梁设置要求

抗震圈梁与钢筋混凝土构造柱共同组成一种“弱框架”式的围合结构，从纵横两个方向上形成约束，能有效的形成有边缘约束的整体砌体结构。抗震圈梁作为水平约束构件，其在加强房屋整体性和提高砌体结构抗震能力方面，与构造柱的重要性是一样的。设置抗震圈梁的位置详见表5，圈梁的设置强调每层均在同一标高，并且每层圈梁均应封闭交圈，形成闭合的边缘构件。多层砖砌体房屋的圈梁应采用现浇混凝土圈梁，并且与楼面板、屋面板有可靠的连接。

3）.多层砌体房屋连接要求

多层砌体结构的各个部分要通过相互连接来达到加强整体性，发挥整体功能，满足房屋抗震性能的要求。在地震作用下，构件之间的可靠连接是非常必要的，具体部位之间的连接要求如下：

（1）构造柱與墙连接处应砌成马牙槎，沿墙高每隔500mm设2Φ6水平钢筋和Φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊钢筋网片，每边伸入墙内不宜小于1m。6、7度时底部1/3楼层，8度时底部1/2楼层，9度时全部楼层，上述拉结钢筋网片应沿墙体水平通常设置。

（2）构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应在圈梁纵筋内侧穿过，保证构造柱纵筋上下贯通。

（3）现浇混凝土楼板或屋面板伸进纵、横墙内的长度均不应小于120mm。

（4）装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板的同一标高时，板段伸进外墙的长度不应小于120mm，伸进内墙的长度不应小于100mm或采用硬架支模连接，在梁上不应小于80mm或采用硬架支模连接。

（5）当板的跨度大于4.8m并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧边应与墙或圈梁拉结。

（6）房屋端部大房间的楼盖，6度时房屋的屋盖和7～9度时楼房的楼、屋盖，当圈梁设在板底时，钢筋混凝土预制板应相互拉结，并应于梁、墙或圈梁拉结。

（7）楼、屋盖的钢筋混凝土梁或屋架应与墙、柱（包括构造柱）或圈梁可靠连接；不得采用独立砖柱。跨度不小于6m大梁的支承构件应采用组合砌体等加强措施，并满足承载力要求。

想要更好的利用砌体材料建造造价低、抗震性能好的砌体结构房屋，除必要的强度验算之外，更应当重视结构的抗震措施，即抗震的概念设计和具体的抗震构造措施。通过上述构造措施的加强，可以使砌体满足抗震设防要求“小震不坏、中震可修、大震不倒”，保证人民生命、国家财产不受损失。