多层砖混结构房屋的抗震设计探讨

简介： 砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广范的一种建筑形式；其中民用住宅建筑中约占90% 以上。砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区，多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质，变形能力小，导致房屋的抗震性能较差；因此改善砌体结构延性，提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范，结合自身设计的实践经验，我认为，在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。

关键字： 多层砖混结构房屋 抗震设计

砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广范的一种建筑形式；其中民用住宅建筑中约占90% 以上。砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区，多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质，变形能力小，导致房屋的抗震性能较差；因此改善砌体结构延性，提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范，结合自身设计的实践经验，我认为，在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。


一、 科学 布局建筑平面和立面建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的 内容 。抗震设计中，建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度；对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻，房屋重心尽可能降低，避免采用错落的立面，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应，同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。


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，即使不可避免时，也应尽量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。在实际工程设计中，应尽可能兼顾建筑造型，又满足使用功能要求的前提下，将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方；同时又能有效地提高工程的抗震性能。


二、砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值历次震害证明，砌体房屋的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。现行建筑抗震设计规范（GB50011—2001）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定：多层砌体房屋的总高度及层数应满足表1中的限值。表1 房屋的层数和高度限值 ( m )房屋类别 最小厚度（毫米） 烈度 6 7 8 9 高度 层数 高度 层数 高度 层数 高度 层数 多层砌体 普通砖多孔砖多孔砖小砌砖 240240190190 24212121 8777 21211821 7767 18181518 6656 1212 44 底部框架抗震墙多排柱内框架 240240 2216 75 2216 75 1913 64 (注：室内外高差大于0.6m时，房屋总高度应允许比表中数据适当增加，但不应多于1.0m)在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，房屋总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的側向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，使得底部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。


三、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。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点，是较理想的抗震构件，不但可消除滑移、散落 问题 ，增加房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽，因作为以剪切变形为主的砌体结构，层间变形是可控制的。较强的楼板及屋盖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，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。因此，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的 方法 ，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。四、合理布置纵墙和横墙多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体，在地震中主要由于承重纵、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，进而使房屋造到破坏；所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，纵、横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低，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。而在两个方向适当布置纵横、墙混合承重的房屋，由于其限制了纵、横墙的侧向变形，增强了空间刚度和整体性，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，应尽量采用纵墙贯通的平面布置，当纵墙不能贯通布置时，可在纵横墙交接处采取加强措施，也可在纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱，并适当加强构造配筋；必要时还可以每隔一定高度放置水平拉结构筋如 2Φ6@500，以加强房屋整体性，防止纵、横墙交接处被拉开。在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墙承担，不仅要求横墙有足够的承载力，而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平刚度；对抗震横墙最大间距的构造规定就是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。现行建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定：房屋抗震横墙的间距不应超过规范中表决7.1.5的要求，其中，8度设防时，现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖的多层砖混房屋抗震横墙最大间距为15m。当横墙间距过大时，纵向砖墙会因过大的层间变形而产生出平面的弯曲破坏，使楼盖失去传递水平地震力的能力，从而导致地震力还未传到横墙，纵墙就已先破坏；所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。五、适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度历次震害表明，多层砖混房屋的抗震能力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比，提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力，是减轻震害的有效途径之一。


在6层砖混房屋的抗震验算中，上面几层的地震作用较小，容易满足抗震承载力的要求，而底部一、二两特别是第一层的地震作用力较大，是薄弱层，往往不容易满足要求；但若改变部分墙体的承载面积或适当提高砂浆的强度等级，如将部分240mm宽的承重墙改为360mm宽的墙，或将砂浆强度等级由M5体高到M10，则在抗震结果中显示满足抗震要求。可见在进行6层砖混房屋的抗震验算时，适当增加底部1~2层墙体面积或提高砂浆强度能有效地提高房屋的整体抗震能力。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应按表2采用；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应按表3采用。表2 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值（Mpa）砖强度等级 砂浆强度等级 砂浆强度 M15 M10 M7.5 M5 M2.5 0 MU30 3.94 3.27 2.93 2.59 2.26 1.15 MU25 3.60 2.98 2.68 2.37 2.06 1.05 MU20 3.22 2.67 2.39 2.12 1.84 0.94 MU15 2.79 2.31 2.07 1.83 1.60 0.82 MU10 _ 1.89 1.69 1.50 1.30 0.67 沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值，弯曲抗拉表3强度设计值和抗剪强度设计值（Mpa） 砌体类别 强度类别 破坏特征 砂浆强度等级 ≥M10 M7.5 M5 M2.5 烧结普通砖，烧结多孔砖 轴心抗拉 沿齿缝 0.19 0.16 0.13 0.09 弯曲抗拉 沿齿缝 0.33 0.29 0.23 0.17 沿通缝 0.17 0.14 0.11 0.08 抗剪 _ 0.17 0.14 0.11 0.08 比照以上两表，可见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，同类别砌体的以上各设计强度也相应提高，所以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，从而达到提高砖混房屋抗震性能的目的。


六、有效设置房屋圈梁和构造柱多次震害调查表明，圈梁是多层砖房的一种 经济 有效的措施，可提高房屋的抗震能力，减轻震害。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。由于圈梁的约束作用使楼盖与纵、横墙构成整体的箱形结构，能有效地约束预制板的散落，使砖墙出平面倒塌的可能性大大降低，以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对装配式楼、屋盖在水平面内进行约束，可提高楼盖，屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖起一整体横隔板的作用。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，且不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，并减小裂缝与水平面的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体的抗剪能力。设置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不均匀沉陷的能力。现浇钢筋混凝土圈梁的设置应符合 现行建筑抗震设计规范的要求。现浇钢筋混凝土圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。圈梁的截面高度不应小于120mm，配筋应符合表4的要求。表4 砖房圈梁配筋要求 配 筋 烈 度 6、7 8 9 最小纵筋 4Ф10 4Ф12 4Ф14 最大箍筋间距（mm） 250 200 150 多次实验表明，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；设置钢筋混凝土构造柱能使砌体的抗剪承载力提高10~30%，提高砌体的变形能力，是有效的抗倒塌措施。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，8度超过五层时，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。


七、在合理位置的墙段内设置水平钢筋在抗震验算中，多层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求，即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承力验算。为了提高墙体的抗震能力，可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋，使地震力由砌体及水平钢筋共同承担。一些试验表明，配筋多孔砖墙体可以有效地提高墙段的抗震性能，减少脆性，增加延性，增强砖混房屋的抗震性能。水平配筋砖砌体的砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5，水平钢筋宜采用HPB235、HRB335钢筋，配筋率不应小于0.07% ，也不宜大于0.17%，间距不应大于400mm；钢筋锚固长度不宜小于180mm。


八、其它措施简介： 砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广范的一种建筑形式；其中民用住宅建筑中约占90% 以上。砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区，多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质，变形能力小，导致房屋的抗震性能较差；因此改善砌体结构延性，提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范，结合自身设计的实践经验，我认为，在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。