淺談砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震措施

黃文哲

摘 要：2008年5月12日，汶川大地震造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，在地震中對各類房屋建筑震害的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在高烈度區(qū)，理論上抗震性能較好的鋼筋砼結(jié)構(gòu)倒塌了，而抗震性能相對較差的砌體結(jié)構(gòu)卻裂而不倒，筆者就砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震措施談?wù)効捶ā?/p>

關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu)；房屋；抗震；措施

砌體結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，是當(dāng)前建筑工程中常用的結(jié)構(gòu)形式之一，在我國的各類建筑中占據(jù)著75%以上的比例。由于其原材料來源廣泛易于就地取材，具有良好的耐火性和耐久性，且保溫、隔熱等性能較好，砌體結(jié)構(gòu)在一定的適用范圍內(nèi)具有優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和良好的使用性能，在各類建筑與構(gòu)筑物中得到廣泛的應(yīng)用。但是砌體砂漿和塊體間的粘結(jié)力較弱，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等相比其整體性差。所以在砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工中要采取一定的措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，提高其抗震性能，使其更好為我們服務(wù)。

1 地震對砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞分析。

地震對建筑物的破壞作用主要是由于地震波在土中傳播引起強(qiáng)烈的地面運(yùn)動而造成的。由地震引起的建筑物破壞情況主要有受震破壞，地基失效引起的破壞和次生效應(yīng)引起的破壞。砌體結(jié)構(gòu)房屋受震害破壞的情況是，地震時，在地震的作用下，主要是水平地震作用影響下，砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞情況隨著結(jié)構(gòu)類型和抗震措施的不同而不同。對于多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋，當(dāng)水平地震作用沿著房屋的橫向時，水平地震作用主要通過樓蓋傳至橫墻，再傳至基礎(chǔ)和地基，這時橫墻主要受到剪切，當(dāng)?shù)卣鹱饔迷趬?nèi)產(chǎn)生的剪力超過砌體所能承擔(dān)的抗剪承載力時，墻體就會產(chǎn)生斜裂縫或交叉裂縫。當(dāng)水平地震作用沿著房屋的縱向時，它主要通過樓蓋傳至縱墻，再傳至基礎(chǔ)和地基，如果窗間墻很寬，縱墻將以剪切破壞為主，如果窗間墻很窄，就可能產(chǎn)生壓彎破壞。以上破壞屬于第一類破壞，又如內(nèi)外墻之間以及樓板與墻體之間缺乏可靠的連接，在地震時連接破壞房屋喪失了整體性，墻體發(fā)生了“出平向”的傾倒，樓板隨之由墻上滑落等。這種現(xiàn)象在地震中也是常見的，這種破壞屬于第二類破壞。

2 砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震措施。

2.1 對地基和基礎(chǔ)設(shè)計嚴(yán)格要求。

2.1.1 同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上。

2.1.2 同一結(jié)構(gòu)單元宜采用同一類型的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面宜埋置同一標(biāo)高上，不然因地面運(yùn)動傳遞到基礎(chǔ)不同標(biāo)高處而造成害。如設(shè)置在同一標(biāo)高困難時，則應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁并應(yīng)按1：2的臺階逐步放坡過渡，高差不宜有過大的突變。

2.1.3 在軟弱地基上的房屋應(yīng)在外墻及所有承重墻下增設(shè)圈梁以加強(qiáng)抵抗不均勻沉陷和增強(qiáng)房屋基礎(chǔ)部分的整體性。

2.2 砌體房屋的高度，寬度及橫墻間距的限制。多層砌體房屋的總高度和層數(shù)不宜超過規(guī)定的限制。為保證房屋的剛度，多層砌體房屋的總高度與總寬度的最大比值應(yīng)符合規(guī)定。多層砌體房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔(dān)，不僅要求橫墻具有足夠的承載力，而且樓蓋必須具有足夠的水平剛度，以便將地震力傳給橫墻。因此對橫墻最大間距應(yīng)加以限制。以使樓蓋滿足傳遞水平地震力所需的剛度要求。

2.3 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置。

2.3.1 結(jié)構(gòu)平、立面布置。多層砌體房屋的平、立面布置力求簡單、規(guī)整、對稱，最好為矩形，盡量減少平、立面上的局部突出，這樣可避免水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。在平面和立面上縱橫墻布置要均勻?qū)ΨQ，盡量各自貫通、對齊，同一軸線上窗間墻宜均勻。

2.3.2 墻體的布置。承重墻布置要簡單、規(guī)則縱墻有拉還，避免斷開和轉(zhuǎn)折。磚墻沿平面內(nèi)對齊、貫通能減少磚墻、樓板等受力構(gòu)件的中間環(huán)節(jié)，使可能的震害部位減少，震害程度減輕，同時，由于地震作用傳力路線簡單，中間不間斷，構(gòu)件受力明確，其簡化的地震作用分析能較好地符合地震作用的實(shí)際。每隔一定距離位置設(shè)置一道橫墻，將內(nèi)外縱墻拉結(jié)在一起，形成空間受力體系，增加房屋的空間剛度。承重墻所承受的荷載力求明確，荷載傳遞的途徑應(yīng)簡捷、直接。當(dāng)墻體有門窗可各種管道的洞口時，應(yīng)使各層洞口上下對齊，有助于各層荷載的直接傳遞。結(jié)合樓蓋、屋蓋的布置，使墻體避免承受偏心距過大的荷載或過大的彎矩。房屋的縱向地震作用分至各縱軸后，其外縱墻的地震作用還要按各窗間墻的側(cè)移剛度再分配。由于寬窗間墻的剛度比窄窗間墻的剛度大很多，往往承受較多的地震作用而遭破壞，因高寬比大于4的墻垛其承載力更差，已先遭破壞，對于寬窄差異較大的外縱墻，易使窗間墻被各個擊破，降低了外縱墻和房屋縱向的抗震能力。因此，要求同一軸線的窗間墻寬度均勻，盡量做到等寬度。在陽臺和窗之間留一個240mm寬的墻垛等做法不利于抗震，宜采取門連窗的做法。縱橫墻豎向應(yīng)上、下連續(xù)，不宜采用上剛下柔的結(jié)構(gòu)。房屋的縱橫墻沿上下連續(xù)貫通，可使地震作用的傳遞路線更為直接合理。如果使用功能不能滿足上述要求時，應(yīng)將大房間布置在頂層。若大房間布置在下層，則相鄰上面橫墻承擔(dān)的地震剪力，只有通過圈梁傳遞至下層兩旁的橫墻。這就要求樓板有較大的剛度。從房屋縱橫墻的對稱要求來看，大房間宜布置在房屋的中部，不宜布置在端頭。

2.3.3 防震縫的設(shè)置。

當(dāng)房屋平面或立面形狀復(fù)雜時，可用防震縫把房屋分成若干個規(guī)則簡單的體系的組合。大量的震害表明，由于地震作用的復(fù)雜性，體形不對稱的結(jié)構(gòu)遭受的破壞較體形對稱的結(jié)構(gòu)要重一些。但是，由于防震縫在不同程度上影響建筑立面的效果并影響工程造價，應(yīng)根據(jù)建筑的類型、結(jié)構(gòu)體系以及不同的地震烈度等區(qū)別對待。規(guī)范的原則確定為，當(dāng)建筑物形狀復(fù)雜而又不設(shè)防震縫時，應(yīng)選取符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計算模型，進(jìn)行精細(xì)抗震分析，估計局部應(yīng)力和變形及扭轉(zhuǎn)影響。判別易損部位并采用加強(qiáng)措施。當(dāng)設(shè)置防震縫時，應(yīng)將建筑物分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。對于多層砌體房屋，當(dāng)有下列情況之一時，宜設(shè)置防震縫。房屋的立面高差在6m以上的，房屋有錯層，且樓板高差較大，各部分結(jié)構(gòu)剛度質(zhì)量截然不同。防震縫應(yīng)沿房屋全高設(shè)置，基礎(chǔ)可不分開。

2.3.4 樓梯間的設(shè)置。

樓梯間空間剛度較差，不宜設(shè)在房屋的盡端或平面轉(zhuǎn)角處。由于水平地震作用為橫向和縱向兩個方向，所以在多層砌體房屋轉(zhuǎn)角處縱橫兩個墻面常出現(xiàn)斜裂縫。不僅房屋兩端的兩個外墻角容易發(fā)生破壞，而且平面上的其他凸出部位的外墻陰角同樣容易破壞。樓梯間比較空敞，頂層外墻的無支承高度為一層半，在地震中的破壞比較嚴(yán)重，尤其是樓梯間設(shè)置在房屋盡端或房屋轉(zhuǎn)角部位時其震害更為劇烈。

2.4 鋼筋混凝土構(gòu)造柱設(shè)置。

在多層砌體結(jié)構(gòu)房屋中設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱是一項(xiàng)非常有效的抗震措施。構(gòu)造柱不但使砌體房屋承受變形的件大為改善，而且使已開裂的墻體的位移受到限制，從而提高房屋抗震性能。試驗(yàn)研究表明，構(gòu)造柱對墻體的開裂強(qiáng)度無明顯的提高 ，對墻體的抗剪強(qiáng)度約可提高10%-30%左右。提高幅度與墻高寬比，豎向壓力和開洞情況有關(guān)。但是直至破壞，構(gòu)造柱始終與墻體結(jié)合在一起共同工作。對加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性效果良好；同時，構(gòu)造柱是在墻體破壞之后，水平地震又將大為降低。因此構(gòu)造柱也必使用大的截面， 或配置過多的鋼筋來提高它本身的抗剪能力。根據(jù)多層砌體磚房抗震實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)造柱一般應(yīng)設(shè)置在害較生、連接構(gòu)造比較薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。

2.5 鋼筋混凝土圈梁的設(shè)置。設(shè)置鋼筋混凝 圈梁可以加強(qiáng)多層磚房縱橫向各墻體間連接，增強(qiáng)房屋的整體性和剛度。圈梁形同一個箍緊樓、屋蓋水平橫箍；圈梁連同構(gòu)造柱一起，加強(qiáng)了樓屋蓋、墻體的整體性穩(wěn)定性，以約束墻體裂縫的開展，使之有較好的變形能力，有效提高了房屋的抗震性能。因此設(shè)置圈梁是多層磚砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震的重要措施。圈梁還可以緩解因地震和其他因素引起的不均勻沉降對房屋帶來的破壞。