多层砌体结构房屋抗震设计要求

毛光明 (荆州市江汉建筑工程施工图设计审查事务所,湖北荆州434000)

1 地震对多层砌体结构房屋的破坏分析

在地震作用 (主要是水平地震作用的影响)下,多层砌体结构房屋的破坏情况随着结构类型和抗震措施的不同而不同。主要有如下2种[1]。

1.1 由结构或构件承载力不足而引起的破坏

当水平地震作用沿着房屋的横向对房屋产生影响时,水平地震作用主要通过楼盖传至横墙,再传至基础和地基,这时横墙主要承受剪切,当地震作用在墙内产生的剪力超过砌体抗剪承载力时,墙体就会产生斜裂缝或交叉裂缝;当水平地震作用沿着房屋的纵向对房屋产生影响时,它主要通过楼盖传至纵墙,再传至基础和地基。如果窗间墙很宽,纵墙将以剪切破坏为主;如果窗间墙很窄,就会产生压弯破坏。

1.2 由构件间连接不牢而引起的破坏

有些结构构件的尺寸并不小,承载力是足够的,但由于连接不牢、支撑系统不完善,整体性差而导致破坏。这种现象在地震时也是常见的,如纵横墙连接不牢以及楼板与墙体之间缺乏可靠的连接造成纵墙外闪,甚至成片塌落。

2 抗震设计要求

2.1 建筑体型和结构布置

1)平、立面布置和防震缝的设置 多层砌体房屋的平、立面布置力求简单、规整;尽量减少平面上凹凸曲折、立面上的高低错落与局部的突出、错层;纵横墙要均匀、对称、贯通,避免水平地震作用下的扭转影响和鞭梢效应。

当房屋平面或立面形状复杂时,可用防震缝把房屋分成若干个规则简单的体系的组合。由于地震作用的复杂性,体形不对称的结构遭受的破坏较体形对称的结构要重一些。但是,由于防震缝在不同程度上影响建筑立面的效果并影响工程造价,应根据建筑的类型、结构体系以及不同的地震烈度等区别对待。房屋的立面高差在6m以上,房屋有错层,楼板高差较大,各部分结构刚度、质量截然不同时,宜设置防震缝。防震缝应沿房屋全高设置。当建筑物形状复杂而又不设防震缝时,应选取符合实际的结构计算模型,进行精细抗震分析,估计局部应力和变形及扭转影响,判别易损部位并采用加强措施。

2)承重结构的布置 多层砌体房屋的横向地震力主要由横墙承担,不仅要求横墙具有足够的承载力,而且楼盖必须具有足够的水平刚度,以便将地震力传给横墙。因此对横墙最大间距应加以限制,以使楼盖满足传递水平地震力所需的刚度要求。

3)房屋的高度、层数及层高 多层砌体房屋的总高度和层数是业主和设计人员最关注的问题,但历次地震的宏观调查表明,房屋的总高度和层数与震害成正比。因此对房屋的总高度和层数作为强制性条文加以限制。对医院、教学楼等横墙较少 (同一楼层内开间大于4.2m的房屋占该层总面积的40%以上)的多层砌体,要适当降低总高度,减少层数;并规定多层砌体层高不宜超过3.6m,底框-抗震墙砌体房屋层高不应超过4.5m。

4)房屋高宽比 抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力,对房屋的高宽比进行限制。

5)楼梯间的布置 楼梯间空间刚度较差,不宜设在房屋的尽端或平面转角处。由于水平地震作用为横向和纵向2个方向,所以在多层砌体房屋转角处纵横2个墙面常出现斜裂缝。不仅房屋两端的2个外墙角容易发生破坏,而且平面上的其他凸出部位的外墙阴角同样容易破坏。楼梯间比较空敞,顶层外墙的无支承高度为一层半,在地震中的破坏比较严重,尤其是楼梯间设置在房屋尽端或房屋转角部位时其震害更为剧烈。

6)对地基和基础的要求 同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基土上;同一结构单元宜采用同一类型的基础;基础底面宜埋设在同一标高上,如设置在同一标高处困难时,则基础圈梁应按1∶2的台阶逐步放坡过渡,高差不宜有过大的突变。在软弱地基上的房屋应在外墙及所有承重墙下增设圈梁以加强抵抗不均匀沉降和增强房屋基础部分的整体性。

2.2 钢筋混凝土构造柱、芯柱的设置

钢筋混凝土构造柱虽然对墙体的抗剪强度提高有限,约为10%～20%左右,提高幅度与墙高宽比、竖向压力和开洞情况有关[2],但对墙体的约束和防止墙体开裂后的散落起非常显著的作用。构造柱与圈梁一起形成带钢筋混凝土边框的抗侧力体系,大大增强了砌体结构的整体作用。构造柱一般应设置在震害较重、连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。

2.3 钢筋混凝土圈梁的设置

设置钢筋混凝土圈梁可以加强多层砖房纵横向各墙体与楼盖间连接,增强房屋的整体性和空间刚度。圈梁形同一个箍紧楼盖、屋盖的水平横箍;圈梁连同构造柱一起,不仅加强了楼屋盖、墙体的整体性与稳定性,还可以缓解因地震和其他因素引起的不均匀沉降对房屋带来的破坏。

2.4 墙体的加强措施

对横墙较少的多层砌体结构,当其总高度和层数接近或达到 《建筑抗震设计规范》[3]的限值时,应对墙体采取加强措施,如加大圈梁和构造柱的配筋率,在房屋的底层和顶层窗台标高处沿墙设置通长的水平现浇钢筋混凝土带,截面高度不小于60mm,纵向钢筋不少于3×∅6mm等。

3 结 语

多层砌体结构是我国建筑工程设计中应用最广泛和应用数量最大的结构形式,作为脆性材料,它又是抗震性能较差的结构形式。结构施工图设计与审查人员只有面对现实,在遵循各种规范的前提下,加强抗震设计措施,尽量合理地解决结构上的技术问题,使之具有更好的抗震性与安全性。

[1]丁大钧.砌体结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]《砌体结构设计规范》GB 50003-2001[S].

[3]《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001[S].