淺談多層砌體結構房屋的抗震設計

孫小燕

0 引言

2008年我國四川汶川8.0級大地震以后，青海玉樹縣、云南盈江縣又發生了里氏7.1級、5.8級大地震，地震給人類社會帶來災難，造成不同程度的人身傷亡和經濟損失，地震專家對歷次地震的分析顯示，地震中人員傷亡總數的95%以上是由房屋倒塌造成的。如何防止或減少建筑物由于地震而造成的破壞，建筑結構的防震標準設計是很重要的一環。

1 地震震級與烈度、抗震設防目標

地殼內部存在極大的能量，地殼中的巖層在這些能量所產生的巨大作用下發生變形、彎曲、褶皺，當最脆弱部分的巖層承受不了這種作用力時，巖層就開始斷裂、錯動，這種運動傳至地面，就表現為地震。地下巖層斷裂和錯動的地方稱為震源，震源正上方地面稱為震中。地震的強烈程度稱為震級，一般稱里氏震級，它取決于一次地震釋放的能量大小。地震烈度是指某一地區地面和建筑遭受地震影響的強烈程度，它不僅與震級有關，且與震源的深度、距震中的距離、場地土質類型等因素有關。一次地震只有一個震級，但卻有不同的烈度區。我國地震烈度表中將烈度分為12度。7度時，一般建筑物多數有輕微損壞;8度～9度時，大多數建筑物損壞至破壞，少數傾倒;10度時，則多數傾倒。現行建筑抗震規范規定以6度作為設防起點，6度～9度地區的建筑物要進行抗震設計。我國抗震設計規范的抗震設防目標是要求建筑物在使用期間，對不同頻率和強度的地震應具有不同的抵抗能力，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

2 工程結構的破壞情況分析

工程結構在地震時所遭遇的破壞是造成人民生命財產損失的主要原因，其破壞情況與結構類型和抗震措施等有關。結構破壞情況主要有以下幾種。

2.1 承重結構承載力不足或變形過大而造成的破壞

地震時，地震作用附加于建筑物或構筑物上，使其內力和變形增大較多，并且往往要改變其受力形式。如墻體出現裂縫，鋼筋混凝土柱剪斷或混凝土被壓酥裂，房屋倒塌等。

2.2 結構喪失整體性而造成的破壞

結構構件的共同工作主要是依靠各構件之間的連接及各構件之間的支撐來保證的。在地震作用下，若節點強度不足、延性不夠、錨固質量差等就會使結構喪失整體性而造成破壞。

2.3 地基失效引起的破壞

在強烈地震作用下，一些建筑物上部結構本身無損壞，但由于地基承載能力的下降或地基土液化造成建筑物傾斜、倒塌而破壞。因此，在房屋設計時應按抗震設計的原則和要求選擇建筑場地。

3 多層砌體結構房屋的抗震設計要點

在砌體結構房屋的抗震設計中，應用計算理論對結構進行強度驗算是一個重要的方面。此外，還應對房屋的體型、平面布置、材料、結構形式等進行合理選擇，對構件間的連接采取加強措施，從而獲得整個房屋的最大抗震能力。

3.1 房屋總高度和層數的限制

隨著房屋高度的增大，地震作用也將增大，因而房屋的破壞將加重。震害調查表明，房屋的破壞程度隨層數的增多而加重，基于砌體材料的脆性性能和震害經驗，限制其層數和高度是主要的抗震措施。1)一般情況下，多層砌體結構房屋的層數和總高度不應超過《砌體結構房屋抗震設計》規范的規定。2)磚和砌塊砌體承重房屋的層高不應超過3.6 m。3)橫墻較少的多層住宅樓，當采取加強措施并滿足抗震承載力要求時，其高度和層數可仍按上述規范的規定采用。

3.2 房屋高寬比的限制

隨著房屋高寬比(總高度與總寬度之比)的增大，地震作用效應將增大，由整體彎曲在墻體中產生的附加應力也將增大，房屋的破壞將加重。因此，多層砌體房屋總高度與總寬度的最大比值宜符合表1要求。

表1 多層砌體房屋的最大高寬比

3.3 墻體的布置

3.3.1 結構布置

結構布置應優先選用橫墻承重或縱橫墻共同承重的方案，縱橫墻的布置應均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續，同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。

3.3.2 橫墻間距

橫墻除了必須具有足夠的抗震能力外，還必須使其間距能滿足樓蓋對傳遞水平地震作用所需的水平剛度的要求。多層砌體房屋抗震橫墻的間距，不應超過房屋抗震橫墻最大間距的要求。

3.3.3 墻段的局部尺寸

隨著地震烈度的增高，地震荷載成倍地增長，窗間墻的破壞程度也越重。按地震烈度控制墻面開洞率是必要的。地震期間由于沿房屋縱橫兩個方向地面運動的結果，轉角處縱橫兩個墻面常出現斜裂縫，房屋兩端的四個外墻轉角容易發生破壞，平面上其他凸出部位的外墻陽角同樣易發生破壞，因此，房屋中砌體墻段的局部尺寸宜符合房屋砌體墻段的局部尺寸限值的要求。

3.4 平立面布置和防震縫的設置

當房屋的平面和立面布置不規則，震害往往比較嚴重。這一方面是由于各部分的質量和剛度分布不均勻，使各部分連接處的變形突然變化產生應力集中。另一方面是由于房屋的質量中心和剛度中心不重合，地震時，不僅使房屋產生剪切和彎曲，而且還使房屋產生扭轉，從而大大加劇了地震的破壞作用。因此，房屋的平立面布置力求勻稱、規整，盡可能簡單。當房屋立面高差在6m以上;房屋有錯層，且樓板高差較大;各部分結構剛度、質量截然不同時，宜設防震縫。防震縫應沿房屋全高設置，兩側應布置墻體，基礎可不設防震縫。此外樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處。煙道、風道、垃圾道等不應削弱墻體，當墻體被削弱時，應對墻體采取加強措施，不宜采用無豎向配筋的附墻煙囪及出屋面的煙囪。

3.5 材料及截面尺寸要求

砌體材料、砌體剪力墻的截面應符合砌體結構房屋抗震設計規范的要求。

4 結語

如果嚴格依照防震標準設計和施工，當建筑物遭遇到極少發生的高于本地區烈度的罕遇地震時，是不致倒塌和發生危及生命的嚴重破壞的。

［1］ 劉立新.砌體結構［M］.第3版.武漢:武漢理工大學出版社，2009.

［2］ 王萬江，金少蓉，周振倫.房屋建筑學［M］.重慶:重慶大學出版社，2008.

［3］ 王社良.抗震結構設計［M］.第3版.武漢:武漢理工大學出版社，2009.