磚混結(jié)構(gòu)建筑在抗震設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題和改進(jìn)

劉志敏 閆小兵

0 引言

2008年5月12日 14時(shí) 28分,四川省汶川(北緯 31°,東經(jīng)103.4°)發(fā)生強(qiáng)烈地震,寧夏、青海、山西、甘肅、河南、陜西、山東、云南、湖北、湖南、上海、重慶、北京等地均有震感。此次地震震級(jí)為里氏8.0級(jí),其震中烈度高達(dá)11度,造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。筆者有幸在地震之后親臨地震現(xiàn)場(chǎng)考察,發(fā)現(xiàn)地震引起的工程、廠房、設(shè)施和建筑物(磚混結(jié)構(gòu)居多)的破壞以及滑坡、崩塌等次生災(zāi)害是造成此次地震災(zāi)害的罪魁禍?zhǔn)?尤其是磚混結(jié)構(gòu)房屋的坍塌尤為嚴(yán)重。調(diào)查資料顯示:目前我國(guó)磚混結(jié)構(gòu)的房屋占房屋總數(shù)的90%以上[1]。1976年唐山7.8級(jí)地震震害統(tǒng)計(jì)表明,磚混結(jié)構(gòu)85%以上倒塌。磚混結(jié)構(gòu)是一種脆性結(jié)構(gòu),其抗拉和抗剪能力均低,在強(qiáng)烈地震作用下,磚結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導(dǎo)致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚混結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中再追求大開(kāi)間、大門洞甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。

1 磚混結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1)中國(guó)目前住宅磚混結(jié)構(gòu)超高、超層現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2)目前,施工不規(guī)范,質(zhì)量難以保證。為滿足部分大空間需要,僅在底層或頂層局部采用鋼筋混凝土內(nèi)框架結(jié)構(gòu),或?qū)?gòu)造柱和圈梁局部加大,當(dāng)作框架結(jié)構(gòu)。

3)在磚混結(jié)構(gòu)布置大門洞時(shí),門洞間尺寸僅有240 mm。

4)個(gè)別磚混住宅樓將陽(yáng)臺(tái)作成大懸挑(懸挑長(zhǎng)度大于2 m)延擴(kuò)客廳面積,且不采取加強(qiáng)措施。

5)有的磚混結(jié)構(gòu)縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對(duì)齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。

2 磚混結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)意見(jiàn)

我國(guó)建筑抗震設(shè)防的目標(biāo)是“小震不壞、中震可修、大震不倒”,中震相當(dāng)于我們地震烈度區(qū)劃圖中給出的50年超越概率10%的烈度值,這里用I表示,這時(shí),小震就用 I-1.55表示,大震就用I+1表示,小震的地震動(dòng)峰加速度為中震的1/3,而大震的峰加速度為中震的4倍～6倍。

2.1 磚混結(jié)構(gòu)房屋的高度和層數(shù)

實(shí)心黏土磚的多層磚混結(jié)構(gòu):墻厚不小于240 mm,在 6度地區(qū),高度不應(yīng)該超過(guò)24 m,層數(shù)不超過(guò)8層;在 7度地區(qū),高度不超過(guò)21 m,層數(shù)不超過(guò)7層;在8度地區(qū),高度不應(yīng)該超過(guò)18 m,層數(shù)不超過(guò)6層;在9度地區(qū),高度不超過(guò)12 m,層數(shù)不超過(guò)4層。高度誤差空間為0.5 m。

抗震橫墻最大間距:現(xiàn)澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓、屋蓋在烈度為6度時(shí)為18 m,在烈度為7度時(shí)為18 m,在烈度為8度時(shí)為15 m,在烈度為9度時(shí)為11 m;底部框架—抗震墻底部或底部?jī)蓪釉诹叶葹?度時(shí)為21 m,在烈度為7度時(shí)為 18 m,在烈度為8度時(shí)為 15 m;多排柱內(nèi)框架在烈度為6度時(shí)為 25 m,在烈度為7度時(shí)為21 m,在烈度為8度時(shí)為18 m。多層磚混結(jié)構(gòu)總高度與總寬度的最大比值不應(yīng)超過(guò)表1[2]的要求。

2.2 平面和立面布置以及結(jié)構(gòu)體系

建筑平面形狀應(yīng)具有良好的整體作用,布置宜規(guī)則、對(duì)稱。樓梯間不宜設(shè)在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應(yīng)連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的截面和材料強(qiáng)度等級(jí)自下而上宜逐漸減小,避免抗側(cè)力構(gòu)件的承載力突變。近幾年,在磚混結(jié)構(gòu)房屋建筑中,存在為了客廳開(kāi)大門洞,不惜犧牲門間墻寬度等諸多不合理的現(xiàn)象,應(yīng)力求避免。建筑物結(jié)構(gòu)體系應(yīng)采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系,同一結(jié)構(gòu)單元中應(yīng)采用相同的結(jié)構(gòu)類型,應(yīng)避免因局部削弱或突變?cè)斐杀∪醪课划a(chǎn)生應(yīng)力集中或塑性變形集中。

2.3 抗震措施

2.3.1 構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置

對(duì)橫墻較多的多層磚混結(jié)構(gòu),構(gòu)造柱設(shè)置部位應(yīng)在樓、電梯間四角、樓梯段上下端對(duì)應(yīng)的墻體處;外墻四角和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角;錯(cuò)層部分橫墻和外縱墻交接處,大房間內(nèi)外墻交接處,較大洞口兩側(cè)等,并滿足表2的要求。

表2 磚房構(gòu)造柱設(shè)置要求

多層磚混結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁應(yīng)按表3的要求設(shè)置。筆者經(jīng)對(duì)7度區(qū)若干幢規(guī)則的7層住宅磚混結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析顯示,底層所用混合砂漿的強(qiáng)度等級(jí)不能低于M10。

值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過(guò)大?？v筋尺寸:通常在烈度為6度,7度時(shí)為4φ 10,在烈度為 8度時(shí)為4φ 12,在烈度為9度時(shí)為4φ 14。最大箍筋間距,通常在烈度為6度,7度時(shí)為250 mm,在烈度為8度時(shí)為200 mm,在烈度為9度時(shí)為150 mm,對(duì)于特殊重要的設(shè)施或建筑按以上要求的數(shù)值或提高一個(gè)等級(jí)采用就可以了,不宜無(wú)限提高。

表3 磚房現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁設(shè)置要求

2.3.2 懸臂構(gòu)件的連接

目前,流行的懸臂陽(yáng)臺(tái)挑梁的最大外挑長(zhǎng)度不宜大于1.8 m。6度～8度時(shí),240 mm厚無(wú)錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過(guò)0.5m,當(dāng)超過(guò)時(shí),女兒墻應(yīng)按抗震構(gòu)造圖集要求采取穩(wěn)定措施。

2.3.3 構(gòu)件間的連接措施

1)構(gòu)造柱的連接:構(gòu)造柱可不單獨(dú)設(shè)基礎(chǔ)(承重構(gòu)造柱除外),但應(yīng)伸入室外地面下500 mm,或錨入室外地面下不小于300 mm的地圈梁,構(gòu)造柱與磚墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500 mm設(shè)2φ 6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于 1 m;磚砌欄板應(yīng)配水平鋼筋,且壓頂臥梁應(yīng)與混凝土立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構(gòu)造柱。2)墻與墻的連接:7度時(shí)層高超過(guò)3.6 m或長(zhǎng)度大于7.2 m的大房間,以及8度和9度時(shí),外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處,當(dāng)未設(shè)構(gòu)造柱時(shí),應(yīng)沿墻高每隔500 mm設(shè)2φ 6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1 m。后砌的非承重砌體隔墻應(yīng)沿墻高每隔 500 mm設(shè)2φ 6拉結(jié)鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內(nèi)不小于0.5 m。8度和9度時(shí),長(zhǎng)度大于5.1 m的后砌墻頂應(yīng)與樓、屋面板或梁連接。凸出屋面的樓梯間等,構(gòu)造柱應(yīng)從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。

3 結(jié)語(yǔ)

目前,在我國(guó)大部分民用和工業(yè)建筑中,多層磚混結(jié)構(gòu)量大面廣。加強(qiáng)多層磚混結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),重視多層磚混結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的三個(gè)環(huán)節(jié),就能有效降低多層磚混結(jié)構(gòu)建筑在地震過(guò)程中的破壞程度,將地震災(zāi)害損失降到最低限度。

[1]周炳章.砌體房屋抗震設(shè)計(jì)[M].北京:地震出版社,1991.

[2]GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)叢書(shū)編委會(huì).建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1994.

[4]張大偉,郭立英,于學(xué)智.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(13):77-78.