多层砖混结构房屋的抗震设计＊

冯 惠

（茂名职业技术学院，广东 茂名 525000）

1 砖混房屋震害分析

1.1 房屋倒塌

根据地震后房屋倒塌形式的不同，可把房屋倒塌分为整体粉碎性垮塌、整体有形状垮塌、整层垮塌和薄弱单元垮塌等（见图1）。其中，整体粉碎性垮塌最为严重，指倒塌之后建筑物形状被毁，没有生存空间，房屋变成废墟。这类建筑物的特点是建造年代久远，没有构造柱或较少圈梁，筑体强度低;整体有形状垮塌指房屋倒塌之后还有部分保持了建筑形状，有一定的生存空间。这类建筑物的特点是有构造柱和圈梁，但地震作用高于设计预期值；整层垮塌是指房屋的垮塌层被毁，没有生存空间，但建筑物其他部分的结构仍存在。这类建筑物的特点是有构造柱和圈梁，但结构设计时缺乏对竖向地震的考虑，其中薄弱单元垮塌通常发生在单元端部、楼梯间等部位。

图1 房屋倒塌

1.2 墙体破坏

墙体破坏可分为：纵横墙拉结不当使纵横墙外闪、墙体剪切斜裂缝、墙体水平裂缝、竖向裂缝和转角墙的V字形裂缝。

其中，纵横墙的可靠拉结是房屋结构空间工作能力的基础，是房屋侧向刚度与防止承重墙体出平面破坏的保障。如果横墙承重房屋墙体质量不达标，内外墙拉结不满足要求条件时易在地震时产生外纵墙外倾或闪落问题。

墙体剪切斜裂缝是由于地震时墙体在承受楼板和屋盖引起的惯性力时所造成的破坏，产生斜向裂缝。受地震反复作用影响，大多数墙体斜裂缝呈X形状。造成斜裂缝或X形裂缝的主要原因是主拉应力超过砌体强度导致剪切破坏。这也是最常见的震害现象。

1.3 楼梯间破坏

1.3.1 楼梯间墙体破坏

楼梯间墙体破坏分为梯间外纵墙和内横墙无拉结措施（拉结约束纵向墙体）、梯间层高处无连续封闭拉结圈梁（圈梁和楼盖减小墙体面外自由长度、提高稳定性和抗剪能力）、楼梯板嵌入墙内3种。

1.3.2 楼梯板等破坏

楼梯板破坏主要是梯板断裂，楼梯梁破坏主要是楼梯梁的两端或跨中被破坏。造成上述震害的主要原因包括：①楼梯设计只对静力进行计算，把楼梯当作荷载加到主体上，而在主体结构抗震计算时又未考虑与楼梯间的相互作用；②为降低成本、节约用钢，楼梯板端钢筋用量不足。当地震发生时，若梯板应力高于混凝土抗拉强度，混凝土不再承重，原本由混凝土承担的拉力转移到钢筋上，导致板内钢筋应力变大，钢筋被拉长，裂缝宽度增大；③楼梯施工缝处理不合理，如施工缝夹渣、施工缝补不符合验收标准等。

2 竖向地震的作用

2.1 砖混房屋竖向地震力计算

冲量法是通过模拟竖向地震作用时的结构下部对上部质量的冲量对竖向地震力进行计算的方法，其算式如下：

式中，U为冲击速度，与卓越周期T相关。研究发现，砖混结构墙体的基本周期通常为0.2s左右。mi为水平质量，由竖向构建质量和水平构建质量组成。水平构建质量的计算需根据折减系数确定。折减系数算式如下：

式中，△1为振幅，△2为质量位移。

竖向地震压力最大值算式如下：

式中，G为结构总重。

2.2 砌体结构房屋安全储备

2.2.1 荷载效应

活荷载的种类有很多，统计结果显示，办公楼的活荷载标准值与平均值比值为1.91，商店为1.23。恒载指使用期间结构的标准值和平均值变化不大，基本可以忽略。恒载概率分布满足正态分布，标准值与平均值的比值为1.0。荷载设计值计算如下。

通常，我们在研究恒荷载时设定：当可变荷载起控制作用时，分项系数γG=1.2；当永久荷载起控制作用时，分项系数γG=1.35；当为活荷载时，γQ=1.4。

2.2.2 材料强度

根据概率理论，结构抗力概率分布满足正态分布，则要保证概率达95%时，材料强度的算式如下：

普通砖抗压强度试验数据显示，其平均值和标准值比值为1.39左右。普通砖强度平均值和设计值比值为2.225。

2.2.3 宏观安全储备

文献研究结果显示：砖混结构中，办公楼的安全储备值为3.56；商店的安全储备值为3.00；住宅的安全储备值为3.27。

2.3 砖混结构墙体轴压比限值

2.3.1 砖混结构轴压比算式

砖混结构轴压比的算式如下：

2.3.2 轴压比限值

砌体的受压破坏一般需经历单块砖裂缝、裂缝扩散和砌体完全破坏3个阶段。在单块砖裂缝阶段，加载为破坏荷载的50%～70%，此时单块砖出现裂缝，不过此时去掉荷载，裂缝不扩散；在裂缝扩散阶段，加载为破坏荷载的80%～90%，单块砖裂缝连接起来，贯通性竖向裂缝开始形成，此时即使去掉载荷裂缝也将继续扩散；当荷载继续增加，砌体将裂成不相连的立柱，破坏砌体稳定性，甚至造成压碎。

3 砖混房屋加固建议

3.1 加固方法

当前国内大多数多层砖混结构房屋在设计时都未考虑竖向的地震作用，砌体结构的安全储备严重不足，在发生竖向地震时易造成房屋损坏或坍塌。因此，需通过加固措施提高房屋的竖向抗震能力。

常用房屋加固法为钢筋网水泥砂浆加固法和现浇钢筋混凝土板墙加固法。其中，钢筋网水泥砂浆加固方法如图2所示。

图2 砖混房屋墙体钢筋网水泥砂浆加固

砖混房屋墙体钢筋网水泥砂浆加固过程中要先对原有墙面进行清理，然后再铺设钢筋网。如果原有墙面腐蚀严重，还要先对腐蚀面进行处理，清除松动部分并用水泥砂浆抹面。在砖混房屋墙体钢筋网水泥砂浆处理后，还要对面层进行浇水养护和防晒、防冻处理。

现浇钢筋混凝土板墙加固时要求混凝土强度要大于或等于C20，钢筋最好采用I级或II级，板墙可配置单排钢筋网，板墙要和原有墙体两端可靠连接。

3.2 加固后震害破坏顺序

加固结构属于二次受力结构，但新加固部分不能立刻对荷载进行分担。地震时，二次荷载在加载状态下才会受力。所以，新加部分的应力、应变滞后于原结构的累计应力、应变值。因此，可能会存在原结构承载已达极限，但新加部分的应变力仍较低的情况。所以，在新加固部分砌体强度利用系数设计时应注意系数选择的合理性。

4 结语

当前国内很多地区的房屋构造都采用多层砖混结构，其结构设计简单、适用范围广、造价成本低，但房屋传力途径单一，抗震水平较低，在地震作用下易造成房屋结构损坏。2008年汶川大地震造成当地砖混结构房屋的大量破坏，也带来沉痛教训。因此，加强多层砖混结构房屋抗震设计十分必要。