談砌體抗震研究

朱德平

摘 要：提高砌體的抗震能力，混凝土多孔磚作為一種新型墻體材料，自生產應用以來去得良好的經濟與使用效果。該產品是以水泥為膠結材料，與砂、石（輕集料）等經加水攪拌、成型和養護而制成的一種具有多排小孔的混凝土制品。

關鍵詞：砌體；抗震；研究

我國大多數地區都處于地震破壞的威脅之中。特別是1976年唐山大地震和2008年5月12日的汶川大地震給我們慘重的教訓。地震后擺在我們面前有兩條出路：一是淘汰磚砌體，一律使用其他材料建造房屋。但是，顯然不符合我國國情。因此，只能走另一途徑，即改進砌體的抗震性能，提高它的延性和抗倒塌能力，使之能滿足裂而不倒的要求。

一、砌體抗震在工程中存在的問題

1、施工方面存在的問題。縱向鋼筋上下錯位，由于柱筋定位放線時偏離設計位置或磚砌體預留柱位時上下樓層位置偏差，其結果是構造柱上下軸心不對位，違反了規范要求，嚴重影響了抗震功能；鋼筋搭接不規范，很多工程的柱筋搭接隨意；箍筋施工存在問題較多，如綁扎間距過大或大小間距不等。在砌體施工期間，由于成品保護不好，造成嚴重滑移、歪斜、松散、合模板前也未修理；不按規定加密箍筋，按規范要求，柱與圈梁相交時，節點處一定范圍內應加密箍筋。而造成了質量隱患，還有箍筋彎鉤長度及角度不規范及拉結筋的擺放問題等。

2、混凝土施工存在的問題。在骨料級配，許多施工現場對骨料選配很不認真，往往由于骨料過大而出現不密實和斷條情況；坍落度上施工中因混凝土坍落度過小，流動性不好，加之振搗不良，造成混凝土內部出現孔洞，表面出現蜂窩、麻面，特別是根部易出現爛根情況；根部清理不凈，很多施工現場不留清掃口或清理不凈，結果是層層柱根隔層，整個構造柱實質是一個多處斷條的鋼筋連體柱，且斷點又均在樓面上鋼筋搭接處，這樣柱子不但無法起抗震作用；新老混凝土結合不良，施工時這道工序往往被取消，致使新老混凝土界面結合不良，形成暗縫內傷。

3、砌體施工存在的問題。馬牙槎留設不規范，先進后退，槎口高度、深度不一，遇內外墻丁字砌體節點時，內墻只留直槎，個別工程干脆取消馬牙槎；砌體施工時，擠揉出的砂漿掛在磚口上，往往不清理。由于每行磚或大或小都有砂漿擠出，相當于減小了構造柱的有效斷面尺寸。

4、圈梁施工存在問題。圈梁澆筑不久，強度未達到規范要求，而進行預制板的安裝，出現圈梁被踏酥和壓裂現象，影響圈梁質量；圈梁在轉角處，鋼筋搭接方式錯誤，出現“浮筋”或不滿足錨固長度要求；圈梁在樓面或屋面與預制混凝土梁相交處，鋼筋和圈梁截面均發生變化（鋼筋數量減少和圈梁截面尺寸減少）或出現圈梁斷開；圈梁箍筋間距大于規范要求的箍筋間距，錯誤理解保護層厚度為箍筋外皮到混凝土外皮的距離，導致保護層過大，截面變些保護層應從主筋外皮算起；圈梁在樓梯間窗洞口等部位出現截斷，但未構造要求設置搭接圈梁，使圈梁不閉合；未按設計要求施工，出現漏加圈梁或加大圈梁布置間距，超出規范規定的圈梁間距要求。

二、 砌體抗震設計的基本理論

砌體是脆性材料，變形能力差，抗震潛力小，在地震作用下墻體容易產生開裂。墻體開裂后，持續的地面運動就可能使破裂的墻體發生平面錯動，因而大幅度地降低墻體的豎向承載力。當上部的層數多且重量大時，已破碎的墻體可能被壓垮，導致房屋整體倒塌。

根據國內外地震震害調查，多層砌體房屋的抗震能力與房屋的總高度和層數有直接聯系，房屋的破壞程度隨高度的增大和層數的增多而加重，其倒塌率幾乎與房屋的高度與層數成正比，因此限制多層砌體房屋的高度和層數是減輕地震的災害經濟而有效的措施。多層砌體房屋，總高度的層數的限制。

砌體結構的抗剪強度較低，抗彎能力更差，因此房屋在地震作用下的破壞應是剪切型，以墻體的受剪承載力來抵抗水平地震作用，不得出現過大的整體彎曲變形。為了簡化計算，在多層砌體房屋不做整體彎曲驗算條件下，為了保證房屋的整體穩定性，減輕彎曲造成的破壞，對房屋的高度和總寬度的比值應有所限制。

混凝土多孔磚是一種新型墻體材料，是以水泥為膠結材料，以砂、石等為主要集料，加水攪拌、成型、養護制成的一種多排小孔的混凝土磚。也就是說，混凝土多孔磚外形特征是燒結多孔磚，而材料性能應歸于普通混凝土小型空心砌塊。用混凝土多孔磚代替實心黏土磚、燒結多孔磚，可以不占耕地，節省黏土；不用焙燒設備、節省能耗；制作工藝簡單，施工方便。

混凝土多孔磚的適用范圍，該產品兼具粘土磚和砼小砌塊的特點，外形特征屬于燒結多孔磚，材料與砼小砌塊類同，符合磚砌體施工習慣，各項物理、力學和砌體性能均可具備燒結粘土磚的條件。其使用范圍、設計方法、施工和工程驗收等可參照現行砌體標準，可直接替代燒結粘土磚用于各類承重、保溫承重和框架填充等不同建筑墻體結構中，具有廣泛的推廣應用前景。

三、有限元理論及其在工程中的應用

隨著計算技術的發展，早就用于建筑工程的復雜剛架和航空工程的蒙皮骨架等結構的分析。但這些結構本身都是明顯地由元件組成，元件的特征可通過經典的分析來建立。雖然整個分析方法和步驟都與有限單元法相似，也有用矩陣來表達、用計算機來求解，但它與目前廣泛應用的有限單元法是有區別的。目前只能分析桿系結構，而不能分析本身沒有明顯元件的連續體。

有限單元法由解決具體工程問題開始，但很快就認識到它是彈性力學中變分問題里茲（Ritz）解決的一種特殊應用。在里茲法中因為要在整個求解域中建立試函數，因此只能解決規則區域的少量簡單問題。而有限單元法是通過分片插值建立整個求解域的分片連續函數，所以具有廣泛的適用性。也正因為此，有限元法迅速地被推廣應用于由辯分原理控制的各種連續域求解問題。

隨著有點單元法理論的發展與完善，以開發了許多大型通用有限程序、他們一般包括結構的靜、動力分析和穩定、非線性分析等功能，有的還包括熱傳導、熱應力、流體分析等功能、有齊全的單元庫。利用通用程序，一般的工程問題均可獲得解決。但這些通用程序常常需要在大型機上或工作站上運行，掌握其應用比較困難，某些新研究內容可能還不能解決。因此針對某一特定內容開發各種特殊問題的專用軟件，在充分考慮“可重用性”的前提下，積累與組成有限單元法分析程序庫和可重用“構件”庫，對工程應用和加快軟件開發時很有實際意義的。