多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì)探討

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摘要：砌體結(jié)構(gòu)是曾經(jīng)在我國(guó)應(yīng)用最廣泛的民用建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，無(wú)論是在縣城或是村鎮(zhèn)，多層砌體房屋隨處可見(jiàn)。由于砌體材料的抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)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?cè)谄鲶w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)布置必須合理，計(jì)算要點(diǎn)明確，抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)得當(dāng)，從而提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力。對(duì)多層砌體房屋的抗震性能要求更高，因此對(duì)抗震設(shè)計(jì)的要求也更為嚴(yán)謹(jǐn)。 

關(guān)鍵詞：多層砌體房屋；抗震設(shè)計(jì)；問(wèn)題  房屋建筑在城鄉(xiāng)建設(shè)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(chǎng)所。提高房屋抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，重視房屋抗震設(shè)計(jì)中的環(huán)節(jié)，使地震對(duì)房屋的破壞降低到最低程度。對(duì)保護(hù)廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全是至關(guān)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(dá)到抗震設(shè)計(jì)中“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，必須結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮多種因素的影響，從結(jié)構(gòu)總體上進(jìn)行設(shè)計(jì)。  一、砌體房屋抗震計(jì)算分析  確定多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的計(jì)算簡(jiǎn)圖，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①將水平地震作用在建筑物兩個(gè)主軸方向分別進(jìn)行抗震驗(yàn)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(wú)限大，僅做平移運(yùn)動(dòng)，因此各抗側(cè)力件在同一樓層標(biāo)高處側(cè)移相同。  在計(jì)算多層砌體房屋地震作用時(shí)，應(yīng)以防震縫所劃分的結(jié)構(gòu)單元為計(jì)算單元，在計(jì)算單元中各樓層的集中質(zhì)點(diǎn)設(shè)在樓、屋蓋標(biāo)高處，各樓層質(zhì)點(diǎn)重力荷載應(yīng)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(yán)重?？v墻的破壞往往是因?yàn)闄M墻間距過(guò)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(jiàn)的，主要是因?yàn)閼?yīng)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(yán)重，原因是樓梯間沒(méi)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(yīng)符合以下幾點(diǎn)：①應(yīng)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(duì)齊，沿豎向應(yīng)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(shè)置防震縫。④樓梯間不宜設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處。⑤不宜采用無(wú)錨固的鋼筋混凝土預(yù)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(yīng)超過(guò)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(biāo)高不高于室外地面約1.5m，地面以下開(kāi)窗洞處均設(shè)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(pán)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(wú)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(wú)窗井墻或窗井墻不與縱橫墻連接，不能起到擴(kuò)大基礎(chǔ)底盤(pán)的作用，周圍的土體不能對(duì)多層磚房半地下室起約束作用，則此時(shí)半地下室應(yīng)按一層考慮，并計(jì)入房屋總高度。  現(xiàn)今城市住宅設(shè)計(jì)很多頂層為坡屋頂，頂層為坡屋頂時(shí)層高的計(jì)算問(wèn)題新規(guī)范未做具體規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，取質(zhì)點(diǎn)的計(jì)算高度仍不超過(guò)4m，當(dāng)檐口標(biāo)高處不設(shè)水平樓板時(shí)，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(duì)附屬構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)及驗(yàn)算時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)  《規(guī)范》在第三章關(guān)于概念設(shè)計(jì)的規(guī)定中，明確要求結(jié)構(gòu)體系的選型應(yīng)防止剛度和強(qiáng)度的突變。突出屋面結(jié)構(gòu)明顯存在剛度突變的問(wèn)題，其抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注意采取可靠措施。例如，在計(jì)算分析時(shí)候，第5.2.4 條規(guī)定采用底部剪力法時(shí)，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng)，宜乘以增大系數(shù)3，已考慮鞭梢效應(yīng)。采用振型分解法時(shí)，突出屋面部分可作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)還要根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取加強(qiáng)構(gòu)造措施。  五、合理設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱  設(shè)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(shè)置構(gòu)造交界處的屋面結(jié)構(gòu)板頂。檐口標(biāo)高附近有水平樓板，且坡屋頂不是輕型裝飾屋頂時(shí)，上面三角形部分為閣樓，此閣樓在結(jié)構(gòu)計(jì)算上應(yīng)作為一層考慮，高度可取至山尖墻的一半處，即對(duì)帶閣樓的坡屋面應(yīng)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(yīng)發(fā)揮得更為充分，則可比無(wú)構(gòu)造柱同樣配筋率的墻體的承載能力提高13%左右。設(shè)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(kāi)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(duì)砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，磚墻增設(shè)構(gòu)造柱后，位移延性系數(shù)增大很多，可達(dá)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(qiáng)度之外，還能增強(qiáng)墻體之間的連接。這些對(duì)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(guān)重要的。多層磚房構(gòu)造柱設(shè)置要求見(jiàn)表2 ，現(xiàn)澆混凝土圈梁設(shè)置要求見(jiàn)表3。  表3混凝土圈梁的設(shè)置  另外，圈梁應(yīng)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(dú)設(shè)置基礎(chǔ)，但應(yīng)伸入室外地面下500mm，或錨入淺于500mm的基礎(chǔ)圈梁內(nèi)，滿足其中的一條即可。但需注意此處的基礎(chǔ)圈梁是指位于基礎(chǔ)內(nèi)的，不是一般位于相對(duì)標(biāo)高+ 0.00m的墻體圈梁。構(gòu)造柱的鋼筋伸入基礎(chǔ)圈梁內(nèi)應(yīng)滿足錨固長(zhǎng)度的要求。表2 中較大洞口兩側(cè)要設(shè)置構(gòu)造柱，一般說(shuō)，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(shè)計(jì)人員根據(jù)開(kāi)間和門(mén)窗洞口尺寸的具體情況確定。但要注意的是當(dāng)較大洞口兩側(cè)軸線處均已設(shè)置構(gòu)造柱，且軸線距洞口邊墻長(zhǎng)不大于1.0m時(shí)，較大洞口兩側(cè)可不再設(shè)構(gòu)造柱，但軸線處構(gòu)造柱截面尺寸和縱向鋼筋宜適當(dāng)加強(qiáng)。  結(jié)語(yǔ)  砌體房屋在城鄉(xiāng)建設(shè)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(chǎng)所。提高砌體房屋抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，重視砌體房屋抗震設(shè)計(jì)中的環(huán)節(jié)，使地震對(duì)砌體房屋的破壞降低到最低程度。對(duì)保護(hù)廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全是至關(guān)重要的。  注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以pdf形式查看。