淺談砌體結(jié)構(gòu)的抗震設計

      多層砌體結(jié)構(gòu)因其工程造價較低在我國目前是應用較為廣泛的結(jié)構(gòu)型式，在整個建筑業(yè)中占的比重是比較大的。從國內(nèi)外歷次大地震來看，砌體房屋的破壞率都比較高。我國的唐山、邢臺、耿馬一瀾滄地震，給人民的生命財產(chǎn)造成巨大損失，人員傷亡很多，房屋倒塌嚴重，教訓是十分沉痛的。因此，作好砌體結(jié)構(gòu)的抗震設防工作，具有十分重要的意義。

　　砌體結(jié)構(gòu)因其構(gòu)件組成和連接方式的內(nèi)在原因，具有脆性性質(zhì)，其抗剪、抗拉、抗彎強度都很低，如再不進行合理的抗震設計，其抗震性能及抗破壞能力就更低了。但地震災害中也有少數(shù)的房屋震害較輕。這說明經(jīng)過合理的設計和采取必要的抗震措施，精心施工，仍可在地震區(qū)采用。經(jīng)過幾十年的抗震科學研究，現(xiàn)在已經(jīng)總結(jié)出了一套適合我國國情的抗震理論和抗震方法即參數(shù)設計與概念設計相結(jié)合的設計方法。

　　一、簡述參數(shù)設計理念
　　參數(shù)設計即是進行地震作用和房屋各構(gòu)件的地震響應計算，包括各墻柱梁板承載力和變形計算。具體來講，我國現(xiàn)行抗震規(guī)范采用的是二階段設計法，即在小震下按彈性理論計算，然后做大震下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形計算。

　　小震下彈性理論的計算主要包括地震作用計算和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面抗震驗算仍然采用靜力設計規(guī)范的方法和基本指標。大震下結(jié)構(gòu)彈塑性變形計算是為了保障人民生命財產(chǎn)安全，對于延性結(jié)構(gòu)要進行結(jié)構(gòu)薄弱層的彈塑性變形計算，使之不超過允許限值以防止倒塌；砌體結(jié)構(gòu)（無筋砌體）屬于脆性結(jié)構(gòu)，我們現(xiàn)階段主要從抗震措施上考慮加強。

　　多層砌體房屋的地震作用計算一般是采用底部剪力法，以防震縫所劃分的結(jié)構(gòu)單元作為計算單元。計算出各樓層的水平地震剪力，然后按樓蓋的剛度和墻體的層間抗側(cè)力等效剛度分配到該方向的各抗側(cè)力墻體上。

　　對于無筋砌體截面抗震承載力的驗算，目前主要有兩種計算理論：剪摩理論和主拉應力理論。它們有各自的適用范圍：磚砌體一般采用主拉應力理論，而砌塊結(jié)構(gòu)可采用剪摩理論。

　　在砌體墻內(nèi)配置橫向鋼筋，在一定程度上可提高砌體的抗剪強度。研究表明，配置水平鋼筋的墻體，當配筋率為０．０３％～０．１６７時，極限承載能力較無筋砌體可提高５％～２５％。另一方面，配筋砌體受力后的裂縫分布均勻，變形能力大大增加。配筋墻體極限變形為無筋墻體的２～３倍。試驗表明：配筋量過多，并不能發(fā)揮其有效作用；配筋量過少，則對提高砌體的抗剪強度和改善砌體的延性起不到作用。一般配筋率在０．０７％～０．１７％較合適。

　　關于砌體房屋地震作用及墻體截面的抗震驗算的具體過程，我們的抗震規(guī)范做了比較詳盡地介紹，此處不一一贅述。

　　二、探討建筑抗震概念設計的重要性

　　抗震概念設計是指利用抗震經(jīng)驗通過合理的定性判斷對建筑場地選擇、建筑平（立）面和結(jié)構(gòu)體系、抗震構(gòu)造措施等重要問題進行抗震設計處理。由于地震本身的隨機性、各種結(jié)構(gòu)之間的差異以及結(jié)構(gòu)本身的復雜性、在遭受地震作用后其破壞機理和破壞過程的復雜性，目前的抗震計算設計仍處在較低水平，尚未達到科學的嚴密程度。因此，在目前要使建筑物具有盡可能好的抗震性能，首先應從大的方面入手，作好抗震概念設計，從根本上消除建筑物中的抗震薄弱環(huán)節(jié)，然后再輔以必要的抗震計算。如果整體的概念設計沒有作好，計算工作再細致，也很難有效地控制抗震薄弱環(huán)節(jié)，從而也難免在地震時建筑物不發(fā)生嚴重破壞，甚至倒塌。所以我們應該重視房屋震害的實地考察，找出房屋抗震的薄弱環(huán)節(jié)，總結(jié)出有益的抗震措施，作好建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設計。對砌體結(jié)構(gòu)這種脆性材料來說，建筑抗震概念設計更為重要。

　　與水平地震作用平行地墻體是承受地震作用的主要抗側(cè)力構(gòu)件，從以往的地震調(diào)查資料可以看出，承重橫墻地破壞主要是剪切破壞，并且一般是底層比上層嚴重?？v墻地破壞往往時因為橫墻間距過大或者樓（屋）蓋剛度較差而在平面外受彎受剪，在窗口上下截面處出現(xiàn)水平裂縫。

　　建筑物墻角的破壞也是很常見的，主要是因為應力集中和地震的扭轉(zhuǎn)作用造成的；樓梯間的破壞一般是比較重的，原因是樓梯間沒有一般房間的樓蓋形成空間的盒子結(jié)構(gòu)而空間剛度較差，且頂層休息平臺以上外縱墻為一層半高，穩(wěn)定性較差；縱橫墻的連接處，因為受到兩個方向地震力地作用受力復雜，容易產(chǎn)生應力集中，若施工時縱橫墻不同時咬槎砌筑，又缺乏足夠的拉結(jié)，則地震時連接處容易產(chǎn)生縱向裂縫，嚴重時縱橫墻拉脫，出現(xiàn)中墻外閃以至倒塌。

　　分析地震時砌體結(jié)構(gòu)地種種破壞，我們可以從構(gòu)造上對這些容易破壞的地方采取一些加強措施，提高建筑物的抗震能力。這些措施，我們的抗震規(guī)范已經(jīng)作出了一系列的規(guī)定，此處不再贅述，只是想強調(diào)幾個問題：

　　１．采用簡單規(guī)整的平面立面布局

　　結(jié)構(gòu)的總體布置是影響建筑抗震性能的關鍵問題。建筑抗震計算本來就是復雜而且不是非常成熟的科學，只有結(jié)構(gòu)布局簡單規(guī)整，才能盡量準確地確定結(jié)構(gòu)地計算簡圖并計算和分配地震作用。盡量采用橫墻承重體系或者縱橫墻共同承重體系。而且縱橫墻在平面內(nèi)盡量連續(xù)對齊，錯位墻體不宜過多。

　?。玻侠泶_定圈梁和構(gòu)造柱的位置

　　設置圈梁和構(gòu)造柱，砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能可以大大改善。據(jù)研究，若配筋墻體兩端設置構(gòu)造柱，由于水平鋼筋錨固于柱中，使鋼筋的效應發(fā)揮得更為充分，則可比無構(gòu)造柱同樣配筋率的墻體的承載能力可提高１３％左右。而且設置了構(gòu)造柱和圈梁的砌體結(jié)構(gòu)形成兩道防御：第一道時砌體墻只出現(xiàn)寬度不大的裂縫，層間變形不大，構(gòu)造柱尚未開裂；第二道是砌體裂縫大幅度地發(fā)展，*構(gòu)造柱及圈梁對砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。試驗研究發(fā)現(xiàn)，磚墻增設構(gòu)造柱后，位移延性系數(shù)增大很多，可達４～６。構(gòu)造柱除了能夠約束墻體的變形，提高砌體的抗剪強度之外，還能增強墻體之間的連接。這些對砌體的抗震都是十分有利的。

　　要確保構(gòu)造柱和圈梁有效地發(fā)揮他們的作用，合理確定它們的位置是至關重要的。建筑抗震規(guī)范對此已經(jīng)作了比較具體的規(guī)定，我們一定要嚴格按規(guī)范執(zhí)行。另外，圈梁應封閉連續(xù)，盡可能形成一個個近似矩形或圓形的箍。

　　３．作好各構(gòu)件之間的拉結(jié)工作

　　包括砌體墻與墻之間，圈梁構(gòu)造柱與墻體，樓屋蓋與圈梁墻體以及其他混凝土構(gòu)件與墻體之間均應設置可*連接。

　　綜上所述，以上的論據(jù)希望能給住宅的設計人員提個醒，現(xiàn)階段還有不少人對結(jié)構(gòu)的抗震設計重視的不夠，有麻痹思想，因為他們設計的房子尚未經(jīng)受地震的考驗，沒出現(xiàn)什么大的問題。一旦發(fā)生了地震，這些房屋能否達到我們"小震不壞，大震不倒"的抗震設防目標呢？作好砌體結(jié)構(gòu)地抗震設計是十分重要的，希望能引起有關技術(shù)人員的重視。