砖混结构建筑在抗震设计中的主要问题和改进

刘志敏 闫小兵

0 引言

2008年5月12日 14时 28分,四川省汶川(北纬 31°,东经103.4°)发生强烈地震,宁夏、青海、山西、甘肃、河南、陕西、山东、云南、湖北、湖南、上海、重庆、北京等地均有震感。此次地震震级为里氏8.0级,其震中烈度高达11度,造成了巨大的人员伤亡和经济损失。笔者有幸在地震之后亲临地震现场考察,发现地震引起的工程、厂房、设施和建筑物(砖混结构居多)的破坏以及滑坡、崩塌等次生灾害是造成此次地震灾害的罪魁祸首,尤其是砖混结构房屋的坍塌尤为严重。调查资料显示:目前我国砖混结构的房屋占房屋总数的90%以上[1]。1976年唐山7.8级地震震害统计表明,砖混结构85%以上倒塌。砖混结构是一种脆性结构,其抗拉和抗剪能力均低,在强烈地震作用下,砖结构易于发生脆性的剪切破坏,从而导致房屋的破坏和倒塌。如果在多层砖混结构的设计中再追求大开间、大门洞甚至通窗效果等,必将大大削弱房屋的抗震能力。

1 砖混结构在抗震设计中存在的问题

1)中国目前住宅砖混结构超高、超层现象时有发生。

2)目前,施工不规范,质量难以保证。为满足部分大空间需要,仅在底层或顶层局部采用钢筋混凝土内框架结构,或将构造柱和圈梁局部加大,当作框架结构。

3)在砖混结构布置大门洞时,门洞间尺寸仅有240 mm。

4)个别砖混住宅楼将阳台作成大悬挑(悬挑长度大于2 m)延扩客厅面积,且不采取加强措施。

5)有的砖混结构纵、横墙沿平面布置多数不能对齐,或墙体沿竖向布置上下不连续等等。

2 砖混结构抗震设计意见

我国建筑抗震设防的目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”,中震相当于我们地震烈度区划图中给出的50年超越概率10%的烈度值,这里用I表示,这时,小震就用 I-1.55表示,大震就用I+1表示,小震的地震动峰加速度为中震的1/3,而大震的峰加速度为中震的4倍～6倍。

2.1 砖混结构房屋的高度和层数

实心黏土砖的多层砖混结构:墙厚不小于240 mm,在 6度地区,高度不应该超过24 m,层数不超过8层;在 7度地区,高度不超过21 m,层数不超过7层;在8度地区,高度不应该超过18 m,层数不超过6层;在9度地区,高度不超过12 m,层数不超过4层。高度误差空间为0.5 m。

抗震横墙最大间距:现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖在烈度为6度时为18 m,在烈度为7度时为18 m,在烈度为8度时为15 m,在烈度为9度时为11 m;底部框架—抗震墙底部或底部两层在烈度为6度时为21 m,在烈度为7度时为 18 m,在烈度为8度时为 15 m;多排柱内框架在烈度为6度时为 25 m,在烈度为7度时为21 m,在烈度为8度时为18 m。多层砖混结构总高度与总宽度的最大比值不应超过表1[2]的要求。

2.2 平面和立面布置以及结构体系

建筑平面形状应具有良好的整体作用,布置宜规则、对称。楼梯间不宜设在房屋的尽端和转角处;建筑的立面和竖向剖面力求规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,墙体沿竖向布置上下应连续,避免刚度突变;竖向抗侧力结构的截面和材料强度等级自下而上宜逐渐减小,避免抗侧力构件的承载力突变。近几年,在砖混结构房屋建筑中,存在为了客厅开大门洞,不惜牺牲门间墙宽度等诸多不合理的现象,应力求避免。建筑物结构体系应采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,同一结构单元中应采用相同的结构类型,应避免因局部削弱或突变造成薄弱部位产生应力集中或塑性变形集中。

2.3 抗震措施

2.3.1 构造柱和圈梁的设置

对横墙较多的多层砖混结构,构造柱设置部位应在楼、电梯间四角、楼梯段上下端对应的墙体处;外墙四角和对应转角;错层部分横墙和外纵墙交接处,大房间内外墙交接处,较大洞口两侧等,并满足表2的要求。

表2 砖房构造柱设置要求

多层砖混结构房屋现浇钢筋混凝土圈梁应按表3的要求设置。笔者经对7度区若干幢规则的7层住宅砖混结构抗震计算分析显示,底层所用混合砂浆的强度等级不能低于M10。

值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜过大。纵筋尺寸:通常在烈度为6度,7度时为4φ 10,在烈度为 8度时为4φ 12,在烈度为9度时为4φ 14。最大箍筋间距,通常在烈度为6度,7度时为250 mm,在烈度为8度时为200 mm,在烈度为9度时为150 mm,对于特殊重要的设施或建筑按以上要求的数值或提高一个等级采用就可以了,不宜无限提高。

表3 砖房现浇钢筋混凝土圈梁设置要求

2.3.2 悬臂构件的连接

目前,流行的悬臂阳台挑梁的最大外挑长度不宜大于1.8 m。6度～8度时,240 mm厚无锚固女儿墙(非出入口处)的高度不宜超过0.5m,当超过时,女儿墙应按抗震构造图集要求采取稳定措施。

2.3.3 构件间的连接措施

1)构造柱的连接:构造柱可不单独设基础(承重构造柱除外),但应伸入室外地面下500 mm,或锚入室外地面下不小于300 mm的地圈梁,构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎,并沿墙高每隔500 mm设2φ 6拉结钢筋,每边伸入墙内不小于 1 m;砖砌栏板应配水平钢筋,且压顶卧梁应与混凝土立柱相连,压顶卧梁宜锚入房屋的主体构造柱。2)墙与墙的连接:7度时层高超过3.6 m或长度大于7.2 m的大房间,以及8度和9度时,外墙转角及内外墙交接处,当未设构造柱时,应沿墙高每隔500 mm设2φ 6拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1 m。后砌的非承重砌体隔墙应沿墙高每隔 500 mm设2φ 6拉结钢筋与承重墙连接,每边伸入墙内不小于0.5 m。8度和9度时,长度大于5.1 m的后砌墙顶应与楼、屋面板或梁连接。凸出屋面的楼梯间等,构造柱应从下一层伸到屋顶间顶部,并与顶部圈梁连接。

3 结语

目前,在我国大部分民用和工业建筑中,多层砖混结构量大面广。加强多层砖混结构抗震设计,重视多层砖混结构抗震设计中的三个环节,就能有效降低多层砖混结构建筑在地震过程中的破坏程度,将地震灾害损失降到最低限度。

[1]周炳章.砌体房屋抗震设计[M].北京:地震出版社,1991.

[2]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[3]建筑结构设计手册丛书编委会.建筑抗震设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.

[4]张大伟,郭立英,于学智.建筑结构抗震设计中的概念设计[J].山西建筑,2008,34(13):77-78.