多层砌体结构房屋的抗震设计

【关键词】砌体结构 抗震设计

　　由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，砌体结构房屋在我国当前城镇民用建筑中使用广泛，近年来随着我国经济的发展虽然比例有所减少，但仍有不少应用。不少地方的廉租房，棚户区改造工程即以砌体结构为主。我认为，结合自身设计的实践经验，在满足现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范的前提下，多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。

　　一、建筑平面和立面的科学布局

　　结构设计中一个十分基础、重要的内容是建筑平面、立面的规整性。平面布置不规则的房屋，质心与刚度中心不易重合，地震作用下产生扭转效应，加剧地震的破坏力度；立面不规则的房屋，错落的立面，突出的结构，则容易发生鞭梢效应。因此抗震设计中，建筑平面宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致，平面形状应具有良好的整体作用；建筑的立面和竖向剖面力求规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，墙体沿竖向布置上下应连续，避免刚度突变；竖向抗侧力结构的截面和材料强度等级自下而上宜逐渐减小，避免抗侧力构件的承载力突变。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案，这就要求结构设计人员在建筑方案设计阶段即参与进来，提出相应的建议，比如在适当部位设置防震缝，将体型复杂，平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元，房屋的顶层不建议设置空旷大房间，房屋的底层不宜设铺面等通敞开大门洞等等。当确需设置时，应采取弥补薄弱部位的加强型措施或进行专门研究。

　　二、材料的采用

　　砌体房屋通常采用烧结普通粘土砖、烧结多孔粘土砖、混凝土小型空心砌块等砌体承重。采用其他烧结砖、蒸压砖的砌体房屋，块体的材料性能应有可靠的试验数据；当砌体抗剪强度不低于粘土砖砌体时，可按粘土砖房屋的相应规定执行。

　　多层砖混房屋的抗震能力与墙体材料，面积大小及砂浆强度等级高低成正比。砌体是由块体和砂浆组砌而成的，砌体的强度通过块体和砂浆的共同工作实现。墙体材料、面积、砂浆强度等级制约了房屋的抗震能力。以我自身设计的实践经验，在砖混房屋的抗震验算中，通常底部一-三两特别是第一层的地震作用力较大，是薄弱层，因此往往通过改变部分墙体的承载面积或适当提高砌块，砂浆的强度等级，如将部分240mm宽的承重墙加宽为370mm宽的墙（以楼梯间最为常见），或将砂浆强度等级由M5提高到M7.5，M10（通常以第一层为常见），使之满足抗震要求，从而提高整体抗震能力。

　　新版砌体结构设计规范 Gb50003-20010规定了砌体结构的材料计算指标。当施工质量控制等级为B级时，龄期为28天的以毛截面计算的普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值，蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值，及砌体的轴心抗拉强度设计值，弯曲抗拉强度设计值和拉剪强度设计值，设计时应按规定采用。对于相同类别的砌体，烧结普通砖或烧结多孔砖用不同强度等级的砂浆砌筑，其抗压强度设计值、轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值是不同的，随着砂浆强度等级的提高，同类别砌体以上各设计强度也相应提高，可见提高砂浆强度等级，能有效提高砌体的强度，增加砌体的承载力，从而提高砖混房屋抗震性能。

　　三、控制砌体房屋的总层数及总高度

　　砌体房屋的层数越多，高度越高，地震破坏程度越大，所以控制砌体房屋的总层数及总高度对减少地震震害有很大的作用。建筑抗震设计规范（GB50011—2010）对多层砌体房屋的总高度和总层数有强制性规定，比旧版规范更为严格。一般多层砌体房屋的总高度及层数应满足规范（GB50011—2010）中的限值，对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比规定降低3m，层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。横墙最大间距超过要求的多层砖房，已不属于侧力作用下的刚性房屋，不能按多层砖房设计，应按空旷房屋进行抗震设计。普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的单层层高，不应超过3.6m；底部框架-抗震墙房屋的底部和内框架房屋的单层层高，不应超过4.5m。房屋总高度相同，多一层就意味着多增加侧向地震作用，同时加大底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，底部会墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏，故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

　　四、增强砌体房屋的刚度及整体性

　　房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。施工中多采用整体性好、水平刚度大的现浇钢筋混凝土楼板，不但可消除滑移、散落问题，增加房屋的整体性及楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽。因为现浇钢筋混凝土楼板较强的楼板水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，能起到一定的传递水平力的作用，同时增加了楼板对墙体的约束。因此采用现浇钢筋混凝土楼板可以较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性。多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体，在地震中由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝，严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象，使房屋造到破坏。合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。横墙间距界定了房屋的静力计算为刚性方案、刚弹性方案和弹性方案。应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。墙体布置应满足地震作用有合理的传递途径。墙体纵横向应具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变造成薄弱部位，产生应力集中或塑性变形集中；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重，由于非承重方向的约束墙体少，间距大，因而房屋该方向刚度较弱，空间刚度和整体性均较差，拉震能力低；在高烈度地区，墙体由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋倒塌。在两个方向适当布置纵横、墙混合承重，限制其纵、横墙的侧向变形，增强空间刚度和整体性，对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。墙体布置时尽量采用纵墙贯通的平面布置，当纵墙不能贯通布置时，可采取加强措施，一般是纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱，以加强房屋整体性，防止纵、横墙交接处被拉开。此外在适当的部位增设构造柱，也可以增强结构的整体性；而设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度及结构整体稳定性，提高房屋的抗震性能。

　　五、有效设置房屋圈梁和构造柱

　　多次震害调查表明，圈梁可提高房屋的抗震能力，减轻震害，增强房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响，是多层砖房的一种经济有效的措施。在多层砖混房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁，可加强内外墙的连接，增强房屋的整体性。圈梁作为边缘构件，对楼、屋盖在水平面内进行约束，可提高楼盖，屋盖的水平刚度。圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙体裂缝的开展，使之不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，并减小其与水平面的夹角，从而保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体的抗剪能力。圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋的竖向刚度和抗御一定不均匀沉陷的能力。基于上述几点，抗震设计规范中规定了圈梁的设置要求，这里就不列出了。

　　实验表明，砖墙增设构造柱后能提高砖混房屋的延性，发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用。另外，在多层砖混房屋中合理地设置构造柱，能起到增强房屋整体性的作用，还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量，从而大大提高抗震能力。现浇钢筋混凝土构造的设置部位应符合建筑抗震规范的要求。构造柱最小截面可采取240×180mm，通常为240×240 ，超过五层时，构造柱纵向钢筋宜采用4Ф14，箍筋间距不应大于200mm，且在柱上、下端宜适当加密。房屋四角的构造可适当加大截面及配筋，构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500毫米设Ф6拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于1m。构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。构造柱可不单独设置基础，但应伸入室外地面下500mm，或与埋深小于500mm的基础圈梁相连。

　　抗震设计规范中规定了构造柱的设置要求设置部位，这里就不列出了。

　　砌体砖房在城乡建设中，量大面广。因此，设计中要加强多层砌体抗震设计，重视多层抗震设计中的几个环节， 牢牢把握“小震不坏，中震可修，大震不倒” 设计思想，通过建筑上的合理布局，结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，从而满足抗震要求，使多层砖房的地震破坏降低到最低限度，确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。

　　参考文献：

　　[1] 北京市建筑设计研究院，结构专业技术措施[m]， 中国建筑工业出版社2006

　　[2]国家标准砌体结构设计规范修订编制组，砌体结构设计规范 Gb50003-2010[m]， 中国建筑工业出版社 2010