陈鑫
(邯郸市大友建筑设计有限公司,河北 邯郸 056000)
砌体结构是一种传统的墙体材料,在我国的广大中西部县域城镇中仍占有85%以上的比例。近些年来,随着建筑业的蓬勃发展,新型墙体材料也不断涌现,如混凝土小型空心砌块就是其中的一种。另外,结合就地取材的原则生产的各种地方性砌体材料,如蒸压类和烧结类的非粘土多孔砖及实心砖。这都为砌体结构的应用扩大了领域和范围。[1]
现代砌体结构已与传统的砖砌体有许多区别。按照砌体中的配筋率大小可将其分为无筋砌体、约束砌体和配筋砌体三类,它们的界限定义为:仅有少量的拉结钢筋,含筋量在0.07%以下时,可称为无筋砌体;约束砌体适用于地震设防地区的砌体结构,如在墙段边缘设置边缘构件(钢筋混凝土构造柱),同时,墙段上下设置有圈梁,此类砌体的特点是在砌体周边均有钢筋混凝土约束构件,砌体的配筋量为0.10%~0.2%左右;配筋砌体适用于10层以上的中高层建筑,如配筋混凝土空心小砌块,其实质是一种砌筑成型的剪力墙结构,其配筋率也接近于现浇钢筋混凝土剪力墙结构,即在0.25%左右。[2]
1966年的邢台地震和1976年的唐山地震等数十次破坏性大地震,以及2008年的汶川地震等,几乎无一例外地表明无筋砌体结构不能经受大地震的考验。尽管砌体结构的抗震性能是如此之差,然而,在城镇建设中,由于人口集中,土地有限,规范限制了一些传统材料的砌体结构高度,但又不可能把砌体结构限制过严,而是要适应发展的需要,在研究和总结震害的基础上,改进砌体结构的抗震性能,严格要求了小砌块的建造层数和高度,满足业主的需要。新修订的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)就适应了这种要求,提供了建造较高层数的砌体结构的安全性和适用性。同时相对于现浇钢筋混凝土剪力墙结构而言,其较低的工程造价也是显而易见的。
砌体结构的脆性性质可以通过配筋或加强边缘约束来改善。2008年汶川大地震以后,总结汶川地震中裂而不倒的砌体房屋的经验,提出了在承重墙体中在原有规范基础上增加设置边缘约束构件和砌体配筋率的规定,此种做法是安全的。
新抗震设计规范中考虑到诸多特点和结论,并继续贯彻到有关各项措施中。与此同时,更考虑到砌体结构抗震性能的进一步加强和安全性进一步提高的要求。修订中新增订了关于构造柱在墙段中的最大间距和构造柱的计算问题均进一步严格。
砌体结构要改变传统概念上的脆性性质,突破现有条件下的层数和高度限制,以及使之更有效地应用于抗震设防地区,应该采用配筋砌体。实心粘土砖及多孔砖、蒸压类砖等强度仅能达到MU10抗压强度10MPa),且孔洞率较小,不适宜砌筑配筋砌体。混凝土小型空心砌块的孔洞率可达50%(左右,强度可达MU20,是配筋砌体的理想材料。经过了多年时间考验证明,国内如上海、沈阳、抚顺等地也相继建成一批12~18层的试点工程,说明配筋砌块砌体结构有一定的市场[4]。配筋砌块砌体墙的力学性能与钢筋混凝土墙的非常接近,因为同属一种材料,仅在构造上有所区别。因此,如正截面承载力的计算,配筋砌块可采用与钢筋混凝土完全相同的基本假定和计算模式,仅是砌块墙中灌芯砌体的极限压应变应有所区别。
目前,根据修订后的规范,多层砌块也允许建造高度与一般砌体相同,造价亦相当接近。其抗震性能经过近十余年的研究,只要采取适当措施,抗震性能有可能超过一般砌体结构。多层砌块砌体结构有二种构造做法:一种是传统的芯柱做法,即利用砌块的孔洞,在部分孔洞中插入钢筋并灌实混凝土,形成芯柱体系;另一种做法是芯柱加构造柱体系,即在墙体连接部位采用现浇钢筋混凝土构造柱,在门窗洞口或墙段中段做芯柱。多层砌块砌体结构仍属刚性结构,其抗震特性与一般砌体结构十分相似。因此,除结合材料本身的特点外,其它各项抗震措施均适用。而底部框架-抗震墙房屋,地震震害表明此类结构倒塌破坏较多,考虑到目前新规范的对它的诸多限制要求,采用框架-抗震墙结构从经济上是不合理的,造价会有相当的增加。因此,从经济效益和使用方面考虑,暂时不建议采用此类结构形式。
抗震设计应该包括两部分内容:一是抗震验算;二是抗震措施。两者不可偏废;在某种程度上,抗震措施的重要性甚至更应突出。砌体结构的抗震措施可分为两部分,一部分是共性的规律,如抗震设计的基本要求中列举的条款。如不应采用严重不规则的方案;应使平面布置规则、对称;立面和竖向设计应规则,结构的侧向刚度应均匀变化,避免有突变(特别提出砌体结构中不应设置角窗问题);尽量选择有多道设防的结构体系;保证结构有良好的整体性,以及在结构材料、场地地基方面的选择等诸如此类与概念设计有关的原则,仍将继续遵守和沿用。此外,在砌体结构抗震构造措施方面,新规范提出了若干新的改进措施,此次就不详细列举(规范讲解很详细)。
砌体结构既是一种量大面广的结构形式,又是一种抗震性能较差的结构形式。我们不可能彻底淘汰它,摒弃它,只有面对现实。由于我国现在正处在墙体材料改革的时期,不同的地区都会有一些适合本地材料,但我们的总体思想"小震不坏,中震可修,大震不倒"是不变的,无论哪种材料,都要采取相应的抗震措施来保证工程的安全性,保证国家、保证人民的财产和生命不受损失。提高砌体结构的抗震性能,使它具有更好的抗震性能和安全性,这就是我们不断深入学习和执行新抗震规范的目的。
[1]丁大钧.砌体结构[J].教学刍议.建筑结构,1999.(3).
[2]周炳章.砌体结构抗震的新发展[J].教学刍议.建筑结构.2002.(5).
[3]施楚贤主编.砌体结构理论与设计[M].中国建筑工业出版社,1992.
[4]苑振芳.15层配筋砌块住宅试点工程简介[J].施工技术,1998.(7).
[5]苑振芳.国际标准《配筋砌体结构设计与施工规范》简介.工程建设标准化.1995.(5).