多层砌体房屋抗震设计探讨

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摘要：砌体结构是曾经在我国应用最广泛的民用建筑的主要结构形式，无论是在县城或是村镇，多层砌体房屋随处可见。由于砌体材料的抗拉、抗弯、抗剪强度较低，因此砌体结构承受地震作用的能力比较差。所以我们在砌体结构设计时结构布置必须合理，计算要点明确，抗震构造措施设计得当，从而提高砌体结构的抗震能力。对多层砌体房屋的抗震性能要求更高，因此对抗震设计的要求也更为严谨。 

关键词：多层砌体房屋；抗震设计；问题  房屋建筑在城乡建设中分量很大，涉及广大人民群众生产生活的方方面面，是人民群众生产生活的主要场所。提高房屋抗震设计质量，重视房屋抗震设计中的环节，使地震对房屋的破坏降低到最低程度。对保护广大人民群众的生命财产安全是至关重要的。为了保证结构具有足够的抗震可靠性，使地震破坏降到最低限度，达到抗震设计中“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。在进行结构的抗震设计时，必须结合实际情况综合考虑多种因素的影响，从结构总体上进行设计。  一、砌体房屋抗震计算分析  确定多层砌体结构房屋的计算简图，应考虑以下几点：①将水平地震作用在建筑物两个主轴方向分别进行抗震验算。②地震作用下结构的变形为剪切型。③房屋各层楼盖水平刚度无限大，仅做平移运动，因此各抗侧力件在同一楼层标高处侧移相同。  在计算多层砌体房屋地震作用时，应以防震缝所划分的结构单元为计算单元，在计算单元中各楼层的集中质点设在楼、屋盖标高处，各楼层质点重力荷载应包括楼、屋盖上的重力荷载代表值，墙体上、下层各半的重力荷载。  二、砌体结构的布置  多层砌体结构在地震中与水平地震作用平行的墙体是承受地震作用的主要抗侧力构件，从以往的地震调查资料显示，承重横墙的破坏主要剪切破坏，且一般是底层比上层严重。纵墙的破坏往往是因为横墙间距过大或者楼（屋）盖刚度较差而使平面外受弯受剪，在窗口上下截面处出现水平裂缝。建筑物墙角的破坏也是很常见的，主要是因为应力集中和地震的扭转作用造成的。楼梯间的破坏一般比较严重，原因是楼梯间没有一般房间的楼盖形成空间的盒子结构，致使空间刚度较差。因此，多层砌体房屋的结构体系应符合以下几点：①应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。②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，同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。③依据《规范》合理的设置防震缝。④楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。⑤不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。  三、房屋的高度  砌体房屋的总高度和层数限值不应超过表1规定。  表1多层砌体房屋的总高度和层数限值    《规范》规定，多层砌体房屋的总高度是指室外地面到主要屋面板顶或檐口的高度，半地下室从地下室地面算起，全地下室和嵌固条件较好的半地下室允许从室外地面算起。嵌固条件较好一般指下面两种情况：①半地下室顶板的板顶标高不高于室外地面约1.5m，地面以下开窗洞处均设有窗井墙，且窗井墙又为内墙的延伸，如此形成加大的半地下室底盘有利于结构的总体稳定性，半地下室在土体中具有较有利的嵌固作用。②半地下室地面至室外地面的高度大于地下室高的1／2，无窗井，且地下室部分的纵横墙较密。在这两种嵌固条件较好的情况下，带地下室的多层砌体房屋的总高度允许从室外地面算起。若半地下室的层高较高，或有较大的窗井而无窗井墙或窗井墙不与纵横墙连接，不能起到扩大基础底盘的作用，周围的土体不能对多层砖房半地下室起约束作用，则此时半地下室应按一层考虑，并计入房屋总高度。  现今城市住宅设计很多顶层为坡屋顶，顶层为坡屋顶时层高的计算问题新规范未做具体规定，结构设计时应根据实际情况而定，取质点的计算高度仍不超过4m，当檐口标高处不设水平楼板时，按《规范》7.1.2 条的规定，总高度可以算至檐口（此处檐口指结构外墙体和屋面结构板）。  四、对附属构件进行抗震设计及验算时应注意的事项  《规范》在第三章关于概念设计的规定中，明确要求结构体系的选型应防止刚度和强度的突变。突出屋面结构明显存在刚度突变的问题，其抗震设计应注意采取可靠措施。例如，在计算分析时候，第5.2.4 条规定采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3，已考虑鞭梢效应。采用振型分解法时，突出屋面部分可作为一个质点进行计算。同时还要根据计算结果采取加强构造措施。  五、合理设置圈梁和构造柱  设置圈梁和构造柱，砌体结构的抗震性能可以大大改善。据研究，若配筋墙体两端设置构造交界处的屋面结构板顶。檐口标高附近有水平楼板，且坡屋顶不是轻型装饰屋顶时，上面三角形部分为阁楼，此阁楼在结构计算上应作为一层考虑，高度可取至山尖墙的一半处，即对带阁楼的坡屋面应算至山尖墙的1／2高度处。柱，由于水平钢筋锚固于柱中，使钢筋的效应发挥得更为充分，则可比无构造柱同样配筋率的墙体的承载能力提高13%左右。设置了构造柱和圈梁的砌体结构形成两道防御：第一道是砌体墙只出现宽度不大的裂缝，层间变形不大，构造柱尚未开裂；第二道是砌体裂缝大幅度地发展，靠构造柱及圈梁对砌体约束使墙体大变形消耗输入的地震能量。试验研究发现，砖墙增设构造柱后，位移延性系数增大很多，可达4～6。构造柱除了能够约束墙体的变形，提高砌体的抗剪强度之外，还能增强墙体之间的连接。这些对砌体的抗震都是十分有利的。  要确保构造柱和圈梁有效地发挥作用，合理确定它们的位置是至关重要的。多层砖房构造柱设置要求见表2 ，现浇混凝土圈梁设置要求见表3。  表3混凝土圈梁的设置  另外，圈梁应封闭连续，使其形成近似矩形或圆形的箍。《规范》7.3.2 条例第4 款规定：构造柱可不单独设置基础，但应伸入室外地面下500mm，或锚入浅于500mm的基础圈梁内，满足其中的一条即可。但需注意此处的基础圈梁是指位于基础内的，不是一般位于相对标高+ 0.00m的墙体圈梁。构造柱的钢筋伸入基础圈梁内应满足锚固长度的要求。表2 中较大洞口两侧要设置构造柱，一般说，内墙的较大洞口指2.0m以上的洞口；外墙的较大洞口由设计人员根据开间和门窗洞口尺寸的具体情况确定。但要注意的是当较大洞口两侧轴线处均已设置构造柱，且轴线距洞口边墙长不大于1.0m时，较大洞口两侧可不再设构造柱，但轴线处构造柱截面尺寸和纵向钢筋宜适当加强。  结语  砌体房屋在城乡建设中分量很大，涉及广大人民群众生产生活的方方面面，是人民群众生产生活的主要场所。提高砌体房屋抗震设计质量，重视砌体房屋抗震设计中的环节，使地震对砌体房屋的破坏降低到最低程度。对保护广大人民群众的生命财产安全是至关重要的。  注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。