多层砌体结构抗震设计

冯 琦

(大同市房地产开发公司，山西大同 037006)

0 引言

砌体是由多种材料的块体砌筑而成的，是一种古老的结构形式，其中砖石是用的最多的砌体材料，几千年来因其良好的物理力学性能，易于取材、生产和施工，造价低廉，至今仍成为我国主导的建筑材料。但是我国的砌体材料相对于混凝土、钢结构等来说普遍存在着自重大、强度低、生产能耗高、毁田严重、施工机械化水平较低等弊病。随着我国着手进行建筑节能材料的开发应用，推广节能、节地、利废、保温、轻质、高强的新型墙体材料的应用，已逐步替代实心黏土砖。新材料既保留了传统砖结构取材广泛、施工方便、造价低廉的特点，又具有节约土地、节省能源、利于环保、自重轻等优势，使得砌体结构在我国结构体系中占有重要的一席。

地震，是地球内部发生的急剧破裂，地壳快速释放能量过程中在一定范围内引起地面震动的现象，是一种突发性强、破坏性大的自然灾害，给人类的生命和财产带来了巨大的损失。为了减轻地震给人类带来的危害，抗震设计思想便应运而生，并且不断发展。目前我国建筑抗震设计规范提出了抗震设防的三个水准，并采用两阶段设计来实现三个水准的设防要求，第一阶段设计是指抗小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力以及在小震作用下验算结构的弹性变形以满足第一水准的要求。第二阶段设计是指在大震作用下验算结构的弹塑性变形以满足第三水准抗震设防目标的要求。至于第二水准抗震设防目标的要求是以抗震构造措施来加以保证的。要切实做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”，具体有以下要求。

1 选取合理的建筑结构布局和结构体系

研究表明，简单对称的建筑物在地震时最不容易遭到破坏，抗震结构体系要求受力明确，传力合理，传力路线简单(一般为砖墙恒荷载传给梁，梁传给柱)，结构分析与结构在地震时的实际情况相接近。而且地震时作用方向的不确定性和结构对地震反应的复杂性，要求结构尽量符合“简单”的要求。无论在建筑平面上或立面上，应力求使质量、刚度、延性等均匀、对称分布，避免刚度突然变化或开设过大的洞口。当房屋的立面高差在6 m以上有较大错层，各部分刚度或质量截然不同时宜设防震缝。

2 采用横墙承重或设置圈梁、构造柱的结构体系

在砌体结构中，砖墙是主要的承重构件，不但承受垂直向的重力，也承受水平和竖直方向的地震作用力。在地震时，与地震方向平行的墙体是主要承受地震作用的抗侧力构件。资料显示，承重横墙的破坏形式主要为剪切破坏，且底层比上层严重。而纵墙的破坏是因为横墙间距过大或楼盖刚度较小，而在窗口或洞口截面处出现裂缝，因此要限制横墙的最大间距。而砌体又属于脆性材料，在地震时墙体的应力集中处容易产生裂缝，裂缝随着地震的发生不断扩大、发展，最终导致墙体失去承重作用。而当在此部位设置了钢筋混凝土构造柱或圈梁后，原本开裂的墙体能承受较大的地震能量，不易破坏倒塌。同时构造柱和圈梁要选用合理的尺寸，配置合理的钢筋，避免出现超筋破坏和少筋破坏。

3 控制砌体结构的房屋总高度

根据《抗震规范》第7．1．2条规定: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;对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处。砌体结构中楼盖重量占到房屋总重量的35%～50%，房屋高度越高，整体质量越大;在房屋总高度相同下，多一层楼板就意味着增加半层楼的地震作用。地震研究证明，砌体结构总高度越高，其受震害和破坏的程度也就越大。《抗震规范》规定了我国在不同砌体材料、不同抗震烈度下的总高度和层数限值。横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比规定降低3 m，层数相应减少1层;各层横墙很少的多层砌体房屋，还应再降低一层。另外《抗震规范》7．1．3规定:多层砌体承重房屋的层高，不应超过3．6 m。当使用功能确定有需要时，采用约束砌体等加强措施的普通砖房屋，层高不应超过3．9 m。

4 控制结构的最大高宽比

限制最大高宽比就是为了防止在地震倾覆力矩的作用下，墙体水平截面产生的弯曲拉应力超过气体的抗拉强度而开裂。对此《抗震规范》7．1．4做了规定，6度，7度区的最大高宽比为2．5，8度区为2．0，9度区为1．5。也就是说，只要最大高宽比不满足上述规定，对于多层砌体房屋就可不另作整体弯曲验算。但是需要注意的是像教学楼、医院等单面走廊或挑廊式房屋，其高宽比的总宽度不能包括走廊宽度。而且当建筑平面接近正方形时，其高宽比宜适当减小。

5 限制局部尺寸和加强构件间的连接

地震时，房屋首先从薄弱部位开始出现裂缝，随着裂缝的慢慢发展，引起整个结构的破坏甚至倒塌。这些薄弱部位主要是指窗间墙、墙端到门窗洞口间的墙体、无锚固的女儿墙等。当局部尺寸不足时，应采用局部加强措施弥补，且最小宽度不宜小于1/4层高。加强构件间连接的目的主要为加强砌体房屋的整体性，增强房屋构件各部分之间的连接，它包括纵横墙交接处、隔墙与承重墙的连接、楼盖与墙体以及屋架、阳台、过梁的搁置长度六个方面。

6 合理的构造措施

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的共同作用下造成的。

6．1 合理设置钢筋混凝土构造柱

构造柱除了能约束墙体的变形，提高砌体的抗剪强度外，还能增强墙体之间的连接，这些对砌体结构的抗震都是有利的。在配筋墙体两端设置构造柱，由于水平钢筋锚固于柱中，从而使钢筋的作用发挥得更好，则比无构造柱同样配筋率的墙体的承载能力提高13%左右。构造柱的设置应满足下列要求:

1)构造柱最小截面可采用180 mm×240 mm，纵向钢筋宜采用4Φ12，箍筋间距不宜大于250 mm，且在柱上下端应适当加密。

2)构造柱与墙连接处应砌成马牙槎，沿墙高每隔500 mm设2Φ6水平钢筋和Φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊钢筋网片，每边伸入墙内不宜小于1 m。

3)构造柱可不单独设基础，但应深入室外地面下500 mm，或与埋深小于500 mm的基础圈梁相连。

4)构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应从圈梁纵筋内侧穿过，保证构造柱纵筋上下贯通。

6．2 设置钢筋混凝土圈梁

由于砌体结构房屋整体性较差，为增强房屋的整体刚度，防止因地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响，可以根据实际情况在墙中沿水平方向设置封闭的现浇钢筋混凝土梁，即圈梁。对于装配式钢筋混凝土楼、屋盖或木屋盖的砖房，应根据不同的烈度按规范要求设置圈梁;纵墙承重时，抗震横墙上的圈梁间距应适当加密。而现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖与墙体又可靠连接的房屋，允许不另设圈梁，但楼板沿抗震墙体周边应加强配筋并与相应的构造柱钢筋可靠连接。同时圈梁应连续设在同一水平面，并且闭合;当圈梁被门窗洞口截断时，应在此部位加设相同截面的附加圈梁;纵横墙交界处的圈梁应与纵横墙可靠搭接;圈梁的截面高度不应小于120 mm，配筋按不同烈度有不同要求，当需增设基础圈梁时，截面高度不应小于180 mm，配筋不应少于4Φ12。当圈梁兼作过梁时，过梁部分的钢筋应按计算用量另行增配。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．

［2］GB 50003-2001，砌体结构设计规范［S］．

［3］施楚贤．砌体结构理论与设计［M］．北京:中国建工出版社，1992．