砌體結構的抗震論述

蘇明輝1  張  欣2

(1．西部金屬材料股份有限公司項目部  710065  西安；2．西安有色冶金設計研究院  7l000l  西安)

l.前言

    砌體結構是一種傳統的結構形式，在我國的各類建筑中占據著75％以上的比例。近些年來，隨著建筑業的蓬勃發展，新型的墻體材料不斷涌現，特別是結合就地取材的原則生產出的各種地方性砌體材料．如蒸壓類和燒結類的非黏土多孔磚及實心磚，都為砌體結構的應用擴展了領域和范圍。

    現代砌體結構已與傳統砌體結構有了很多區別，按照砌體中的配筋率大小可將其分為無筋砌體約束砌體和配筋砌體三類，它們的界限定義為：僅有少量的拉結鋼筋，含筋量在0.07％以下的，稱為無筋砌體；而墻段上下左右設有圈粱、構造柱，且含筋量在0．07％-0．17％的，稱為約束砌體；配筋砌體是一種砌筑成型的剪力墻結構，其配筋率也接近于現澆鋼筋砼剪力墻結構，古筋量在0．2％左右。

    1966年的邢臺地震和1976年的唐山地震以及國內外的其他一些破壞性地震，充分表明了無筋砌體結構無{擊經受大地震的考驗。但是考慮到我國的現狀。

經濟還不發達，人口眾多，土地有限，一下子取消這種結構是很不現實的，因此國家在研究和總結震害的基礎上，為改進砌體結構的抗震性能，于2002年新修訂的《建筑抗震設計規范》(GB50011—2001)和《砌體結構設計規范》(GB50003—2001)進行了更加詳細，有效的措施。

2.約束砌體的設計

    砌體結構的脆性性質可以通過配筋或加強邊緣約束來改善。l976年唐山大地震以后，總結唐山地震中裂而不倒的砌體結構的經驗，提出了在承重墻體中設置邊緣約束構件的規定。經過了二十多年的實踐證明，設有構造柱的砌體房屋，在經受九度地震后未發現有倒塌的實例，此種做法是安全的。

    約束砌體的墻體邊緣構件的截面不宜過大，配筋不宜過多。但必須先砌墻后澆構造柱砼，使柱與墻體能夠緊密結合，共同工作。這類構造柱在墻體受水平地震作用初期應力極小，剛度也不大。但當墻體開裂后柱內應力逐步增大，直至裂縫貫通墻體，構造柱才明顯受力直至鋼筋屈服，此時墻體已破碎，構造柱的約束使破碎的墻體不致塌落，從而達到“裂而不倒”的目標。但是構造柱的設置不能改變砌體剛性的性質，墻體在豎向力和水平地震力的作用下，沿45°主拉應力的軌跡開裂，并逐步延伸，形成對角“x”形裂縫，如果墻段過長(寬高比過大)，則墻體中段會出現水平裂縫，因此，構造柱的間距不能過大，否則影響其對墻體的約束作用。另外，構造柱必須與樓層圈梁緊密合作，通過兩者的拉結形成一個立體網格來共同約束砌體，同時對于地基的不均勻沉降，加強樓板與墻體的連接也都有著明顯的作用。

    通過大量的試驗和研究得知，在設置了構造柱的  砌體結構，其抗剪能力可以提高20％左右，更重要的是提高了墻體變形的能力，特別是對墻段的塑性變形后的約束作用。新規范對于構造柱的設置作了補充和完善：A．當砌體結構的層數和高度接近和達到限定指標時，其橫墻內的構造柱間距不能大于層高的二  倍，即一般不宜超過5．4m；縱墻內的構造柱一般不超過3．9m(外縱墻)和4 2m(內縱墻)，即大致每一個開間設置一根構造柱(如此規定很重要，試驗證明，墻段的寬高比超過2時，構造柱的約束作用明顯降低)。B．在開間較大、橫墻較少的多層住宅建筑中，當砌體結構的層數和高度接近和達到限定指標時，其橫墻內的構造柱間距不能大于層高；縱墻內的構造柱一般不超過4．2m；同時，在所有縱橫墻交接處及橫墻的中部均應設置構造柱。此外，還有很多限定和要求，但從上述情況不難看出新規范對多層砌體結構構造柱設置的規定，在一定程度上提高了砌體結構的抗震安全性，有效的保證了“大震不倒”的抗震設防總目標的實現，是非常重要的。

3.配筋砌體結構的設計

    砌體結構要改變傳統概念上的脆性性質，實現現有條件下的層數和高度限制，以及使之更有效地應用于抗震設防地區，應該采用配筋砌體。但是實心黏土  磚、多孔磚、蒸壓類磚等強度不高，且孔洞率較低，不適宜砌筑配筋砌體�；炷�土小型空心砌塊的孔洞率可達50％左右。強度也較高，是配筋砌體的理想材料。

    近年來，國內外建造了大量l0-28層的試點工程，取得了很多經驗和成績。下面，我們分析一下配筋砌體結構。首先，配筋砌塊墻體的力學性能與鋼筋砼墻非常接近，因同屬一種材料，僅在構造上有所區別。如正截面承載力的計算，配筋砌體可采用與鋼筋砼完全相同的基本假定和計算模型，僅是砌塊墻中灌芯砌體的極限壓應變應有所區別。

    又如配筋砌塊砌體墻的斜截面承載力中抗剪承載能力主要與下列因素有關：A．配筋砌塊墻的軸壓比。在軸壓比不大的情況下，墻體的抗剪能力和變形能力是隨著壓應力的增加而增加的；但當軸壓比達到一定數值后，這種現象將出現逆轉。根據試驗數據，需要控制配筋砌塊砌體墻中的壓應力，使之對抗剪承載力的提高不大于0．12N(N為軸向壓力)。B砌塊墻的高寬比或剪跨比，當剪跨比較小時，如λ≤1，則表現為剪切破壞；當λ>1時，則趨于彎曲破壞。剪切破壞的墻體抗側承載力遠小于彎曲破壞的墻體抗側承載力，因此，設計時盡量避免墻體的剪切破壞。根據國內的試驗資料，一般認為λ=2.0左右作為兩種破壞形態的分界值比較適宜。C．砌體墻中的鋼筋提高了墻體變形能力和抗剪能力。其中水平鋼筋在通過斜截面上直接受拉抗剪，但在墻體開裂前幾乎不受力，待墻體開裂后才參與工作，直至屈服。豎向鋼筋的抗剪作用主要通過銷栓作用使鋼筋受力，但一般墻體達到極限荷載時，鋼筋也不能全部達到屈服。D．還與砌塊及灌芯混凝土的強度有關，配筋砌塊砌體剪力墻一般要求灌實全部或大部分孔洞。因此，砌筑砂漿對墻體的抗剪承載力影響減少，使得此種墻體的抗剪性能更接近于鋼筋砼剪力墻。

    其次，配筋砌塊砌體墻的抗震設計遵循“強剪弱彎”的原則。按照不同的抗震等級，加強其底部剪力  墻的承載能力，分別取l．2～1．6倍進行設計。配筋砌塊砌體墻截面組合的剪力設計值應滿足：當剪跨比

大于2時，

    V≤1／Rre(0．2fbh)

    當剪跨比小于2時，

    V≤1／Rre(0．15fbh)

    最后，在配筋砌塊砌體墻中，連粱作為整體結構的第一道防線，即設計時應使連梁先予剪力墻破壞，從而保證墻體的安全。在對連粱設計時，應使連梁的斜截面抗剪承載能力大于正截面抗彎承載能力．實現“強剪弱彎”的原則。配筋砌塊砌體墻的連粱可以是配筋砌塊連粱，也可以是現澆鋼筋砼連粱。但考慮到連粱受力較大、配筋較多時，會給砌塊砌體施工帶來困難，因此，規定跨高比大于2．5時，采用鋼筋砼連粱，而不允許采用配筋砌塊砌體連粱。

4.抗震措施

    抗震設計應該包括兩部分內容：一是抗震驗算；二是抗震措施。兩者不可偏廢；在某種程度上，抗震措施的重要性更為突出。

    砌體結構的抗震措施可分為兩部分，一部分是共性的規律，如不應采用嚴重不規則的方案；應使平面布置規則、對稱；立面和豎向設計應規則，結構的側向剛度應均勻變化，避免有突變；盡量選擇有多道設防的結構體系；保證結構有良好的整體性．以及在結構材料、場地地基方面的選擇。另一部分是新規范提出的改進措施，如對各類磚砌體的應用范圍作了擴大，根據各地資源的不同，不僅對傳統的黏土類磚的抗震作了進一步要求，而且還列入了蒸壓類磚砌體、非黏土類磚砌體以及多孔磚砌體等的使用要求。在結合大量工程實踐的震害經驗的基礎上，對結構抗震構造措施方面提出了要求，A．對于圈粱的設置問題，取消了可以隔層設置的規定；B．對樓、屋蓋與墻體連接的要求，規定為了加強樓屋蓋的邊緣構件，即使在現澆鋼筋砼樓板中，也應該沿周邊加強配筋構造，以保證樓板邊沿與墻體的可靠連接；C對于大開問、少橫墻的砌體建筑，提出應降低層數和高度的要求，或采取嚴格的補強措施，以彌補抗震承載力上的不足。

    又如在對待多層砌塊建筑中，它的構造做法一般有兩種：一種是傳統的芯柱做法，利用砌塊的孔洞，在部分孔洞中插入鋼筋并灌實混凝土，形成芯柱體系；另一種是芯柱加構造柱體系，即在墻體連接部位采用現澆鋼筋砼構造柱，在門窗洞口或墻體中段做芯柱．這種結構體系有效地提高了建筑物的抗震能力。

    最后，我們說說底部框架一抗震墻結構，這種結構為上部砌體結構，下部鋼筋砼框架一剪力墻結構，由于它具有下部大開間可做商業門面房、上部小開間可做住宅用，深受城市建設的歡迎。但是這種結構抗震性能輕差。為了在一個時期內，解決這個矛盾，新規范提出了新的要求：A．建筑沿豎向的剛度變化必須嚴格控制在規定的范圍內，保證底層(或下部兩層)結構不首先破壞；B.加強了過度層的構造措施，使其作為兩種不同材料、不同結構轉化的可靠構件；c．底部框架一抗震墻結構的托墻粱是整個結構中的重要構件，但由于其上部墻體的工作和破壞機理非常復雜，是按一般的墻粱計算還是托粱計算，意見尚不統一。因此，設計上的簡化處理多以滿荷載居多，同時在構造措施上作了一系列比較嚴格的要求，以保證托墻粱的可靠工作。

5.結論

    砌體結構是我們日常生活中接觸最多的結構形式，盡管它有抗震性能差的弱點，但在我們這個經濟發展相對落后、人們生活水平還不太高的發展中國家中，它還是具有不可替代的作用，我們應該不斷的研究和探索這種結構，提高它的抗震能力，賦予它新的內涵，使其更好的為我們服務。

參考文獻：

[1]國家標準《砌體結構設計規范>GB50003—2001

[2]國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011-2001

[3]苑振芳《砌體結構設計手冊(第三版)》中國建筑工業出版社．2002

[4]張彩虹《配筋砌塊剪力墻斟截面設計方法試驗研究》碩士學位論文哈爾濱建筑工程學院

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)