砌体结构抗震技术研究

　　第一章 引言

　　多层砌体房屋是我国民用建筑的主要结构类型之一，在我国城镇建设中，这类房屋的数量最多，分布最广。在今后相当一段时期内，虽框架，剪力墙等其他结构形式迅猛发展，但由于我国的经济发展水平及人口环境等的现实情况，多层砌体房屋仍将是多数城镇民用建筑筑的主要结构形式，在经济不发达地区尤其如此，此类建筑在我国各类建筑中仍占80%以上的比例。但是这类房屋建筑，由于是由脆性材料的粘土砖和砂浆砌筑而成，在未合理的抗震设计时，其抗震性能一般来说是较差的。从二十世纪60，70年代的唐山地震，海城地震，东川地震到二十世纪80，90年代的云南地震中，多层砌体房屋遭到不同程度的破坏， 柠梅瘦身怎么样尤其是在唐山地震中，多层砌体房屋大量倒塌，给人们的生命财产造成了巨大的损失。

　　近些年来，随着建筑业的蓬勃发展，新型墙体材料也不断涌现，如从欧美引进的混凝土小型空心砌块就是其中的一种。另外,结合就地取材的原则生产的各种地方性砌体材料,如蒸压类和烧结类的非粘土多孔砖和实心砖.这都为砌体结构的应用扩大了领域和范围.

　　现代砌体结构已与传统的砌体有许多区别。按照砌体中的配筋率大小可将其分为无筋砌体结构、约束砌体和配筋砌体三类，它们的界限定义为：仅有少量的拉结钢筋，含筋量在0.07%以下时为无筋砌体；约束砌体适用于地震设防地区的砌体结构，如在墙段边缘设置边缘构件（钢筋混凝土构造柱），同时墙段上下设置有圈梁，此类砌体结构的特点是在砌体周边均有钢筋混凝土约束构件，砌体配筋量在0.07%-0.17%左右；配筋砌体适用于10层以上的中高层建筑，如配筋混凝土空心砌块，其实就是一种砌筑成型的剪力墙结构，其配筋率也接近于现浇钢筋混凝土剪力墙结构，即在0.2%左右。

　　1966年的邢台地震和1976年的唐山地震等数十次破坏性大地震，以及1923年日本关东大地震等，几乎无一例外的表明无筋砌体结构不能承受大地震的考验。因此目前国外抗震规范一般只允许建造3层及三层以下的砌体结构。尽管砌体结构的抗震性能如此之差，然而在城镇建设中，由于我国人口集中，土地有限，所以我们不可能把砌体结构限制过严，而是要适应发展的需要，在研究和总结震害的基础上，改进砌体的抗震性能，提高它的建造层数和高度，满足业主需要。

　　第二章 震害分析

　　2．1震害调查

　　历次震害表明，多层混合结构房屋受地震破坏最为严重，1976年的唐山地震，在一千余栋多层砌体房屋中，倒塌率为70％～90％；1991年的新疆柯坪地震，1993年的云南普洱地震，多层砌体房屋的破坏率达到75％。其中，未设防的老旧建筑比纵横墙承重房屋破坏严重，平面形状不规则的建筑物震害比简单体型的建筑严重，节点构造不合理，纵横墙拉结不充分，整体刚度差，均为地震破坏的隐患。

　　2.1.1多层砌体房屋中的纵墙或横墙承重房屋，由于其另一方向的约束墙体少，间距大，因而房屋另一方向刚度较弱，空间刚度和整体性都较差，抗震性能低，在高烈度区时，墙体由于平面外的失稳先行破坏，进而引起整个房屋的倒塌；而两个方向承重墙体布置适当的纵横墙联合承重房屋，由于其限制了纵墙的侧向变形，增强空间刚度和整体性， 柠梅瘦身怎么样对承受纵横两个方向的水平地震作用，以及抗弯，抗剪都非常有利，因而震害比纵墙承重房屋要轻得多。

　　在1999年“9.21”台湾大地震中，对于许多的低层邻街房屋，由于其邻街一侧大都无纵墙，只在背街一侧设置纵墙（称为骑楼），在地震作用下，因刚度分布不合理及整体性差，而出现大量倒塌。

　　2.1.2楼梯间墙体的破坏，比其他部位墙体的破坏严重。由于楼梯间墙体平面外的约束较差，同时平面刚度较大，因而分担承受的地震作用也大，特别对于顶层楼梯间，层高相当于一层半，平面外约束减小，此部位的破坏比其他部位严重，上部比下部严重。

　　2.1.3屋顶的女儿墙，楼梯间，水箱间等，根部与下部结构连接薄弱，刚度突变，受鞭梢效应影响严重，在地震时容易率先破坏倾倒。而且，由于地震作用通过周边的房屋结构传至下部墙体，当屋面结构刚度不够时，在突出屋面结构的下部一定范围内破坏相对集中。在1985年3月发生的四川自贡4.8级地震中，由于其处于近震中地区，在承受水平与竖向地震的藕合作用下，大部分有出屋面楼梯间的房屋不但自身破严重，与其连接的屋面结构也出现裂缝。

　　2.1.4门窗洞口开得多而且大的墙体破坏严重，如窗间墙布置不合理，墙段长度过大或过小，宽墙垛因吸收过多地震作用而先坏，窄墙垛则因稳定性过差也随后失效。对于大洞口的上部过梁或墙梁，在竖向地震作用下，有时在中部断裂破坏。当洞口过大且过高时，若洞口边缘离最近的垂直方向墙体过长且过高时，若洞口边缘离最近的垂直方向墙体过长而无效约束，形成悬墙，容易造成失稳而率先破坏。

　　2．2影响震害的主要因素

　　地震造成房屋的破坏，影响的因数是多方面的。由于砌体结构的布置形式，结构反应和动力特性不同，抗震性能也各有不同，而且还与地震烈度，地基条件，建筑体型，房屋的质量，刚度，空间整体性，构造措施和施工质量等因素有关。现就其主要影响因素分析如下：

　　2.2.1房屋空间刚度的影响

　　房屋的抗震能力取决于房屋的空间整体刚度和整体稳定性。多层砌体房屋因有纵横墙和刚性楼盖组成了一个有空间刚度的结构体系，由于它的刚度大，自重大，承受的地震作用也大。当其平立面布置较规则时，房屋的质量重心和刚度中心接近或重合，结构因地震作用引起的偏心扭转效应很小，表现出较好的抗震性能，对于外伸或内收尺寸较大时（如L型或T型平面），在房屋转角出则由于应力集中有较大的地震反应，破坏也比较集中。

　　2.2.2墙体强度的影响

　　多层砖房的墙体破坏严重，主要是因为砖石砌体材料是脆性材料，抗拉和抗剪强度都很低。墙体在水平地震作用下，主要是受剪和受弯，而砖墙砌体砖缝的抗剪和抗拉强度较低，从而使得墙体出现裂缝而破坏。从各种震害特征中看到，影响墙体抗震性能最重要的因素，是墙体的强度。往往由于砂浆抗剪强度低，砌筑质量差，使墙体震害加重。

　　2.2.3场地和地基的影响

　　由于地质构造不同，场地卓越周期的不同。对上部各种建筑的结构反应和震害影响也各有不同。当场地的卓越周期与多层砖混结构的刚性房屋的自振周期相近时，地基与建筑物产生共振作用，加大了震害，最容易造成房屋的严重破坏。

　　2.2.4结构构造措施的影响

　　多层房屋的墙体、楼盖，以及各部的构件之间的锚固和拉结，可以构成空间整体，充分发挥结构的整体作用，加强空间刚度，使地震作用迅速传递，分布合理。这样，合理地采取结构构造措施，加强墙体之间、墙体与楼层之间、各部位构件之间的节点连接，是很重要的。

　　2.2.5施工质量的影响

　　施工质量对房屋震害也是非常重要的。由于砌体房屋施工质量的好坏，直接影响房屋的抗震性能。特别是墙体的强度和墙体的拉结等，墙体强度主要取决于砂浆和砌块的强度以及施工操作的质量，其中砂浆强度等级是最关键的因素，对墙体的抗震性能起决定性作用。

　　2.2.6竖向地震作用

　　除水平地震作用外，对于近震中地区的房屋，竖向地震作用的影响不可忽视。从近年来的国内外震害经验来看，竖向地震作用有时也起主要作用，此时房屋的破坏情况表现为上部比下部严重。

　　第三章 震害防治对策

　　从近些年来的震害经验来看，凡符合现行抗震规范要求进行设计的建、构筑物，在正常施工水平下，均表现出良好的抗震性能，未经抗震设防的旧有建筑物，经抗震加固后亦对减轻地震灾害具有明显的效果，说明现行抗震规范的实施对保护人民生命财产的安全起到了关键的作用。与此同时，各地的抗震部门针对现阶段出现的复杂情况，加强了管理，不断增强人们对地震灾害的防治意识，并结合近些年来的震害经验，对砌体房屋抗震性能提出了新的要求，并起到指导设计工作的作用。如以下几点：

　　一．约束砌体的设置

　　砌体结构的脆性性质可以通过配筋或加强边缘约束来改善。1976年唐山大地震后，总结地震中八栋裂而不倒的砌体房屋的经验，提出了在承重墙体中设置边缘约束构件的规定。经过二十多年的实践考验证明，设有构造柱的砌体房屋，在经受九度地震后未发现有倒塌的实例，此种做法是安全的。但应注意以下几点：

　　1、约束墙体的构造柱截面不宜过大，配筋不宜过多。且必须是先于墙后浇构造柱混凝土，使柱与墙体能够紧密结合，共同工作。此类构造柱在墙体受水平地震作用初期应力极小,刚度也不大。但当墙体开裂后柱内应力逐步增大,直到裂缝贯通墙体,构造柱才明显受力直到钢筋屈服。此时的墙体已破碎,构造柱的约束使得墙体破碎而不至于倒塌,从而达到“裂而不到”的目标。如果构造柱截面和配筋过大，由于混凝土刚度远大于砌体墙体，所以构造柱会吸收大多数的地震力，结果构造柱先于墙体破坏，起不到约束墙体的作用。

　　2、构造柱的设置不能改变砌体刚性的性质。墙体在竖向和水平地震作用下首先沿45°主拉应力的轨迹开裂，并逐步延伸，形成对角的“x”形裂缝；如果墙段的高宽比较大，则在墙体中段会出现水平裂缝段。因此构造柱的间距不能过大，否则将会消弱对墙段砌体的约束作用，基本上是纵墙内每开间均设，横墙内间距不大于层高的两倍。

　　3、构造柱必须依靠楼层上下楼盖圈梁的拉结。构造柱作为一种竖向构件，一般沿墙截面不变，配筋也少有变化。因此，在各楼层柱高处必须有圈梁作为锚固点，以形成上下和左右墙段的约束作用。

　　4、楼盖圈梁在多层结构中很难准确计算，它的作用是多方面的，如增强拉接，提高结构的整体性，抵御地基的不均匀沉降，加强楼板与墙体的连接等。而构造柱的作用也是如此，它在加强墙体之间的连接方面是明显的，但它的约束作用一般要在墙体开裂以后才能发挥，这是构造柱的特点之一。

　　5、设置构造柱之后，墙体的抗剪能力一般提高20%左右，因此应当认为提高砌体抗剪强度不是在墙两端设置构造柱的主要目的，构造柱的主要作用在于较大幅度的增大墙体的变形能力，特别是对墙段塑性变形后的约束作用。墙段两端的构造柱既不能阻止墙体裂缝的出现，也不能大幅度的提高墙段的抗剪能力，但它使墙段和房屋取得了较大的延性，从而减小了突然发生倒塌的危险性。

　　6、构造柱间距应该分两种情况区别对待。一种是单一作为约束边缘构件的构造柱，此类构造柱的设置主要考虑约束墙段的长度需要，以往抗震规范中尚不明确，无论在砌体横墙或纵墙中均为提出间距的要求。 柠梅瘦身怎么样事实证明构造柱的约束作用是有限的。例如在以往的纵墙中设置构造柱时只要求在两端设构造柱，数十米长的构造柱难以约束墙段的破坏此时构造柱的数量是远远不够的。即使横墙中的构造柱间距一般可能达到11~12米，构造柱作用也难以完全发挥。

　　根据工程实践经验和有关试验研究资料分析结果，新规范对此做了补充和完善：

　　a) 当层数和房屋高度接近或者达到砌体结构限定高度时横墙内的构造柱间距不宜大于层高的2倍，即一般不宜超过5.4米；纵墙内的构造柱一般不超过3.9米（外纵墙）和4.2米（内纵墙），即大致每开间均应设置一根构造柱。如此要求是十分必要的，实验证明墙段的宽高比超过2时，构造柱的约束作用降低。

　　b) 在开间较大、横墙较少的多层住宅中，当层数和房屋高度接近和达到砌体高度限定高度时对构造柱的设置间距要求更高。在横墙内的柱间距不宜大于层高，在纵墙内的柱间距不宜大于4.2米；同时在所有纵横墙交接处及横墙的中部也均应设有构造柱以约束相应墙段的砌体。

　　通过上面规定可以看出构造柱作为一种约束边缘构件限定其最大间距是十分必要的，否则将难以发挥其应有的作用，新规范完善了对多层砌体结构构造柱设置的规定，在一定程度上也提高了砌体结构的抗震安全性，有效的保证了大震不倒的抗震设防的总目标的实现。

　　7、构造柱的计算

　　按照提高墙段的抗剪强度要求，设置构造柱是对构造柱作用的一种新发展。设置构造柱的目的不同因此设置部位也不同，此类构造柱一般均布置在墙段中段。当房屋的设防烈度要求较高或横墙较少，墙段不能承受所承担的地震作用时可采用增设构造柱的做法来提高墙段的抗剪强度，满足抗震设防地区对多层砌体结构的抗剪要求，因此中段构造柱的作用不同与设置在墙段边缘的约束构造柱，两者从概念上不能混为一谈。

　　　　二、对于配筋砌体，主要是对于当房屋层数比较高时应用，对于大量的民用建筑中，应用还不是很广泛，在此我们就不多谈了。但对于青岛地区而言，气候潮湿、抗震设防六度，住宅建设中的通常做法是在地面设架空层或半地下室，坡屋顶，实际层数达到8层，已超出规范限值。规范中的用词为“不宜”超过7层，也就是说只要采取合理有效的措施，还是可以实现的。具体做法是：

　　（1）楼层圈梁层层设置，截面适当加大；

　　（2）墙体交接处均设置构造柱；

　　（3）构造柱间距不大于4米；

　　（4）大于米的洞口两侧设构造柱；

　　这样处理的中心意思就是按组合砌体来考虑这类情况。但这样处理后，因为现在的住宅设计要求较高，平面一般情况下都比较复杂，纵墙很少有连通的，所以墙体内的构造柱数量较大，对砌体本身而言是不利的，所以构造柱的截面不能过大，否则达不到我们要求的结果。

　　二、加强对房屋重要部位的构造要求；加强楼梯间的构造柱设置，对房屋端部门窗边墙体的尺寸要求更为严格，对大尺寸的门窗洞口进行边框加强以及房屋角部构造柱的配筋加强等。

　　三、针对部分地区房屋存在超越规范规定房屋层数的具体情况，应对该类房屋制定更为严格的细部构造措施和要求，或制定相应的地方标准，以指导工程实践。例如对于8度区的空心砖砌体房屋放宽规范限制，可以盖到7层，但对其开间大小、平面布置、构造柱及圈梁的设置、楼屋面结构形式等都做出了相应的严格规定，并考虑整体弯矩的影响。

　　四、对地区场地土进行详细的区划，避免场地土异常引起的烈度异常对设防房屋造成不必要的损坏。对于一些新兴城镇地区，砌体房屋大量出现，详细的场地土区划可以指导设计管理部门考虑场地条件，作好砌体房屋的抗震设计工作。

　　五、在建筑物基础部位安装隔震器与阻尼器。减小上部建筑物的地震反应。例如叠层橡胶隔震支座及滑移隔震支座等的研究与应用。对于近震中发震概率比较小的地区，房屋主要受水平地震作用，此种隔震技术的应用能起到事半功倍的效果；对于近震中地区，则要采取必要的措施考虑竖向地震的影响。

　　六、结合当前墙体改革的需要，从节约能源、变废为宝、增强墙体抗震性能出发，研究新结构、新材料、新工艺、新技术，以满足我国城镇建设可持续发展的要求。当前出现的配筋约束砌体在强度、整体性、耗能性能等方面均优于传统的砌体结构，应推广使用。

　　七、由于我国现在正处在墙体材料改革的时期，不同的地区都会有一些适合本地材料，但我们的总体思想“小震无碍，中震可修，大震不倒”是不变的，无论哪种材料，都要采取相应的抗震构造措施来保证工程的安全性，保证国家、人民的财产不受到损失. 一、将抗震规范基本要求中指导性的条文细化；例如对多层房屋平面形状的局部外伸或内收尺寸进行量化，便于抗震和设计部门操作。

　　第四章 设计建议

　　由于在规范中对多层砌体房屋的地震作用，一般只考虑水平方向，因此，在现有程序分析时，房屋上部结构抗震验算容易满足，使得工程设计人员调整降低上部结构的砌体强度等级或砂浆强度等级以节约投资。 柠梅瘦身怎么样对于特殊地区，如可能遭遇较强竖向地震作用时，反而成为薄弱环节，所以，对于近震中地区可能遭受较强水平及竖向地震作用的房屋，应适当加强房屋上部的安全度。对于不同的楼、屋盖类型，墙肢的长短、墙体的间距对地震作用的反应也不相同。当房屋楼、屋盖形式及其间距满足或接近抗震规范所规定的刚性方案房屋时，水平地震作用在各段墙体之间的分配按层间刚度进行，因较长的墙段所承受的水平地震作用的增加幅度大于其抗震面积的增加幅度，因而，在抗震验算时，较长的墙段往往不能满足，或采取措施后，其安全

　　度低于长度较短的墙段，当遭遇罕遇地震作用时，较长墙段将率先破坏，在累积损伤的作用下，其余墙段依次被各个击破。对于弹性方案房屋，其情形则相反，对于长度较短而承受荷载较大的墙段，比其它墙段更易破坏。在建筑设计和结构设计阶段，应采取措施尽可能

　　使各个墙段具有相近的安全度，在纵横两向及各个墙段之间实现“等强”设计。《抗震规范》中多层砌体房屋的抗震计算，说明“可只选择承载面积较大或竖向应力较小的墙段进行截面抗剪验算”。然而，对于孤立且墙段上支撑有梁的窗间墙，若其长度不长，因而水平

　　地震作用按刚度进行分配时符合“承载(水平作用)面积不大且竖向应力不小”可考虑其安全度高于其他墙段。但地震发生时的震害情况并非如此，由于其承受竖向荷载较大，因而其稳定性将低于其他墙段，破坏反而相对集中。1999年“9．21”台湾地震时，带有单边悬挑走廓的学校建筑，因此破坏较为严重，在设计工作中应引起注意。