多層砌體房屋抗震設計探討

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摘要：砌體結(jié)構(gòu)是曾經(jīng)在我國應用最廣泛的民用建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，無論是在縣城或是村鎮(zhèn)，多層砌體房屋隨處可見。由于砌體材料的抗拉、抗彎、抗剪強度較低，因此砌體結(jié)構(gòu)承受地震作用的能力比較差。所以我們在砌體結(jié)構(gòu)設計時結(jié)構(gòu)布置必須合理，計算要點明確，抗震構(gòu)造措施設計得當，從而提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力。對多層砌體房屋的抗震性能要求更高，因此對抗震設計的要求也更為嚴謹。 

關鍵詞：多層砌體房屋；抗震設計；問題  房屋建筑在城鄉(xiāng)建設中分量很大，涉及廣大人民群眾生產(chǎn)生活的方方面面，是人民群眾生產(chǎn)生活的主要場所。提高房屋抗震設計質(zhì)量，重視房屋抗震設計中的環(huán)節(jié)，使地震對房屋的破壞降低到最低程度。對保護廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全是至關重要的。為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠性，使地震破壞降到最低限度，達到抗震設計中“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標。在進行結(jié)構(gòu)的抗震設計時，必須結(jié)合實際情況綜合考慮多種因素的影響，從結(jié)構(gòu)總體上進行設計。  一、砌體房屋抗震計算分析  確定多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的計算簡圖，應考慮以下幾點：①將水平地震作用在建筑物兩個主軸方向分別進行抗震驗算。②地震作用下結(jié)構(gòu)的變形為剪切型。③房屋各層樓蓋水平剛度無限大，僅做平移運動，因此各抗側(cè)力件在同一樓層標高處側(cè)移相同。  在計算多層砌體房屋地震作用時，應以防震縫所劃分的結(jié)構(gòu)單元為計算單元，在計算單元中各樓層的集中質(zhì)點設在樓、屋蓋標高處，各樓層質(zhì)點重力荷載應包括樓、屋蓋上的重力荷載代表值，墻體上、下層各半的重力荷載。  二、砌體結(jié)構(gòu)的布置  多層砌體結(jié)構(gòu)在地震中與水平地震作用平行的墻體是承受地震作用的主要抗側(cè)力構(gòu)件，從以往的地震調(diào)查資料顯示，承重橫墻的破壞主要剪切破壞，且一般是底層比上層嚴重?？v墻的破壞往往是因為橫墻間距過大或者樓（屋）蓋剛度較差而使平面外受彎受剪，在窗口上下截面處出現(xiàn)水平裂縫。建筑物墻角的破壞也是很常見的，主要是因為應力集中和地震的扭轉(zhuǎn)作用造成的。樓梯間的破壞一般比較嚴重，原因是樓梯間沒有一般房間的樓蓋形成空間的盒子結(jié)構(gòu)，致使空間剛度較差。因此，多層砌體房屋的結(jié)構(gòu)體系應符合以下幾點：①應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。②縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應上下連續(xù)，同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。③依據(jù)《規(guī)范》合理的設置防震縫。④樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處。⑤不宜采用無錨固的鋼筋混凝土預制挑檐。  三、房屋的高度  砌體房屋的總高度和層數(shù)限值不應超過表1規(guī)定。  表1多層砌體房屋的總高度和層數(shù)限值    《規(guī)范》規(guī)定，多層砌體房屋的總高度是指室外地面到主要屋面板頂或檐口的高度，半地下室從地下室地面算起，全地下室和嵌固條件較好的半地下室允許從室外地面算起。嵌固條件較好一般指下面兩種情況：①半地下室頂板的板頂標高不高于室外地面約1.5m，地面以下開窗洞處均設有窗井墻，且窗井墻又為內(nèi)墻的延伸，如此形成加大的半地下室底盤有利于結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性，半地下室在土體中具有較有利的嵌固作用。②半地下室地面至室外地面的高度大于地下室高的1／2，無窗井，且地下室部分的縱橫墻較密。在這兩種嵌固條件較好的情況下，帶地下室的多層砌體房屋的總高度允許從室外地面算起。若半地下室的層高較高，或有較大的窗井而無窗井墻或窗井墻不與縱橫墻連接，不能起到擴大基礎底盤的作用，周圍的土體不能對多層磚房半地下室起約束作用，則此時半地下室應按一層考慮，并計入房屋總高度。  現(xiàn)今城市住宅設計很多頂層為坡屋頂，頂層為坡屋頂時層高的計算問題新規(guī)范未做具體規(guī)定，結(jié)構(gòu)設計時應根據(jù)實際情況而定，取質(zhì)點的計算高度仍不超過4m，當檐口標高處不設水平樓板時，按《規(guī)范》7.1.2 條的規(guī)定，總高度可以算至檐口（此處檐口指結(jié)構(gòu)外墻體和屋面結(jié)構(gòu)板）。  四、對附屬構(gòu)件進行抗震設計及驗算時應注意的事項  《規(guī)范》在第三章關于概念設計的規(guī)定中，明確要求結(jié)構(gòu)體系的選型應防止剛度和強度的突變。突出屋面結(jié)構(gòu)明顯存在剛度突變的問題，其抗震設計應注意采取可靠措施。例如，在計算分析時候，第5.2.4 條規(guī)定采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應，宜乘以增大系數(shù)3，已考慮鞭梢效應。采用振型分解法時，突出屋面部分可作為一個質(zhì)點進行計算。同時還要根據(jù)計算結(jié)果采取加強構(gòu)造措施。  五、合理設置圈梁和構(gòu)造柱  設置圈梁和構(gòu)造柱，砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能可以大大改善。據(jù)研究，若配筋墻體兩端設置構(gòu)造交界處的屋面結(jié)構(gòu)板頂。檐口標高附近有水平樓板，且坡屋頂不是輕型裝飾屋頂時，上面三角形部分為閣樓，此閣樓在結(jié)構(gòu)計算上應作為一層考慮，高度可取至山尖墻的一半處，即對帶閣樓的坡屋面應算至山尖墻的1／2高度處。柱，由于水平鋼筋錨固于柱中，使鋼筋的效應發(fā)揮得更為充分，則可比無構(gòu)造柱同樣配筋率的墻體的承載能力提高13%左右。設置了構(gòu)造柱和圈梁的砌體結(jié)構(gòu)形成兩道防御：第一道是砌體墻只出現(xiàn)寬度不大的裂縫，層間變形不大，構(gòu)造柱尚未開裂；第二道是砌體裂縫大幅度地發(fā)展，靠構(gòu)造柱及圈梁對砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。試驗研究發(fā)現(xiàn)，磚墻增設構(gòu)造柱后，位移延性系數(shù)增大很多，可達4～6。構(gòu)造柱除了能夠約束墻體的變形，提高砌體的抗剪強度之外，還能增強墻體之間的連接。這些對砌體的抗震都是十分有利的。  要確保構(gòu)造柱和圈梁有效地發(fā)揮作用，合理確定它們的位置是至關重要的。多層磚房構(gòu)造柱設置要求見表2 ，現(xiàn)澆混凝土圈梁設置要求見表3。  表3混凝土圈梁的設置  另外，圈梁應封閉連續(xù)，使其形成近似矩形或圓形的箍?！兑?guī)范》7.3.2 條例第4 款規(guī)定：構(gòu)造柱可不單獨設置基礎，但應伸入室外地面下500mm，或錨入淺于500mm的基礎圈梁內(nèi)，滿足其中的一條即可。但需注意此處的基礎圈梁是指位于基礎內(nèi)的，不是一般位于相對標高+ 0.00m的墻體圈梁。構(gòu)造柱的鋼筋伸入基礎圈梁內(nèi)應滿足錨固長度的要求。表2 中較大洞口兩側(cè)要設置構(gòu)造柱，一般說，內(nèi)墻的較大洞口指2.0m以上的洞口；外墻的較大洞口由設計人員根據(jù)開間和門窗洞口尺寸的具體情況確定。但要注意的是當較大洞口兩側(cè)軸線處均已設置構(gòu)造柱，且軸線距洞口邊墻長不大于1.0m時，較大洞口兩側(cè)可不再設構(gòu)造柱，但軸線處構(gòu)造柱截面尺寸和縱向鋼筋宜適當加強。  結(jié)語  砌體房屋在城鄉(xiāng)建設中分量很大，涉及廣大人民群眾生產(chǎn)生活的方方面面，是人民群眾生產(chǎn)生活的主要場所。提高砌體房屋抗震設計質(zhì)量，重視砌體房屋抗震設計中的環(huán)節(jié)，使地震對砌體房屋的破壞降低到最低程度。對保護廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全是至關重要的。  注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以pdf形式查看。