淺析砌體結(jié)構(gòu)合理設(shè)計

張 杰  敖 財

西部建筑抗震勘察設(shè)計研究院 西安 710054  陜西建工集團(tuán)總公司建筑設(shè)計院 西安 710054

1.引言

    在新型建筑材料廣泛應(yīng)用的今天，超高層、體型奇特的建筑物被大量建造，而傳統(tǒng)的砌體房屋已經(jīng)被慢慢的邊緣化。究其原因，主要有以下幾點：砌體建筑抗震性能較差、不適合建造經(jīng)濟(jì)附加值高的建筑物。尤其是汶川地震后，砌體材料建造的建筑物破損嚴(yán)重，造成了重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，于是很多人的認(rèn)為砌體結(jié)構(gòu)抵抗地震的性能差，現(xiàn)階段已不適宜用砌體建造房屋。但是砌體結(jié)構(gòu)也有自身的優(yōu)點：易于取材、造價低廉、施工簡便。尤其是在我國很多經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)還在大量使用，如何做到砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理、安全適用就成了工程設(shè)計人員的首要問題。

    實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。汶川地震后，作者深入陜西受災(zāi)較嚴(yán)重的寧強(qiáng)、略陽、陳倉等地進(jìn)行實地調(diào)研，在了解了大量震區(qū)砌體建筑物情況后，得到了幾個基本的結(jié)論：（1）震后破損嚴(yán)重、造成重大損失的砌體結(jié)構(gòu)絕大部分建設(shè)年代久遠(yuǎn)，抗震構(gòu)造措施設(shè)置不規(guī)范，結(jié)構(gòu)布置不合理；（2）按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》<以下簡稱《抗規(guī)》>要求建造的砌體建筑，震后損害較輕，基本不影響使用或簡單維修即可正常使用，這類建筑也未造成較多人員的傷亡。由此可見結(jié)構(gòu)的合理布置、抗震構(gòu)造措施的規(guī)范設(shè)置對砌體建筑物的抗震性能影響很大。下面舉實例說明合理的結(jié)構(gòu)布置和抗震構(gòu)造措施對建筑物的影響。

2.砌體震害調(diào)查與理論計算

    2.1  陜西某災(zāi)區(qū)五層受損砌體建筑

    該建筑物一層做為辦公宿舍使用，二層及以上做為住宅使用，一層部分砌體抗震墻與上部砌體抗震墻豎向不連續(xù)，結(jié)構(gòu)平面布置不合理，在汶川地震中受損嚴(yán)重。根據(jù)該樓的現(xiàn)狀建立結(jié)構(gòu)復(fù)原模型，并進(jìn)行計算（如圖一所示），可以看到該建筑物一層抗震墻除個別外墻外，其余墻體抗力與效應(yīng)之比均不滿足《抗規(guī)》要求。而作者現(xiàn)場考察該樓受損情況發(fā)現(xiàn)，縱橫墻多處產(chǎn)生較大裂縫，墻體上的裂縫主要是由于水平地震剪力在墻體中引起的拉應(yīng)力超過墻體的抗拉強(qiáng)度所致。當(dāng)墻體受到地震反復(fù)作用時，墻體沿砌體灰縫破損，形成“一” 型或“X”型裂縫(如圖二、圖三所示)。受損部位與模擬計算結(jié)果基本一致。現(xiàn)假設(shè)在一層增設(shè)砌體抗震墻，使一層抗震墻與上部墻體豎向連續(xù)（如圖四所示），再次進(jìn)行抗震驗算，墻體的抗力與效應(yīng)之比結(jié)果詳見表一。由此可見砌體房屋抗震墻平面布置合理，可使各墻肢受力相對均勻，避免薄弱部位破壞，有利于提高建筑物的抗震性能。

    現(xiàn)場考察中還發(fā)現(xiàn)該建筑在一層跨度較大的梁根部均發(fā)生破壞（如圖五所示），這是由于該部位承受上部支撐梁荷載較大，且未設(shè)置構(gòu)造柱或者剛性支撐墊塊，發(fā)生局部受壓破壞。這種破壞發(fā)生易造成房屋突然倒塌，在設(shè)計中應(yīng)予注意。

 圖  一

圖  二

圖  三  

圖  四

表  一

圖  五

    2.2  陜西某災(zāi)區(qū)8度抗震設(shè)防區(qū)四層砌體建筑

    汶川地震后對該建筑進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)其未按照《抗規(guī)》的要求設(shè)置構(gòu)造柱，根據(jù)建筑現(xiàn)狀建立該結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行抗震計算，計算結(jié)果一層部分墻體抗力與效應(yīng)之比不滿足《抗規(guī)》的要求（如圖六所示），雖然該建筑在汶川地震后未出現(xiàn)較大破損，但存在諸多安全隱患。根據(jù)大量的試驗研究，構(gòu)造柱的作用主要有以下幾點：1構(gòu)造柱能夠提高砌體的受剪承載力；2構(gòu)造柱可以對砌體起約束作用、提高建筑物的抗倒塌能力；3構(gòu)造柱應(yīng)設(shè)置在連接薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。圖七為根據(jù)《抗規(guī)》要求設(shè)置構(gòu)造柱后，再次對該建筑物進(jìn)行抗震計算，結(jié)果詳見表二。

3.結(jié)論

    我國頒布的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》明確指出，建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。同時應(yīng)重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性和對抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響，宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體，避免側(cè)向剛度和承載力的突變。

    根據(jù)實例我們發(fā)現(xiàn)上述砌體結(jié)構(gòu)的震害主要表現(xiàn)為承重墻體的水平、交叉及斜裂縫，而造成這些破壞的原因主要是平面、豎向的不規(guī)則，以及未采取有效的加強(qiáng)措施。因此在此后的設(shè)計和施工中應(yīng)注意以下幾點：

    1.砌體抗震墻宜均勻?qū)ΨQ布置，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)；

    2.構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置可以有效提高砌體墻的受剪承載力和整體抗震性能，對做到“大震不倒”有著重要意義；

    3.對于局部受壓較大部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施，防止砌體抗震墻產(chǎn)生脆性破壞。

    而這些要求與《抗規(guī)》及《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)條文要求一致。由此可見按照規(guī)范要求合理設(shè)計、建造砌體建筑是可行的，對于很多不滿足規(guī)范要求的老舊砌體建筑物，建議對其進(jìn)行加固改造，消除安全隱患。

    現(xiàn)我國還處于發(fā)展中國家階段，人均國民生產(chǎn)總值還很低，在很多經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)建造砌體建筑，既可以節(jié)約大量成本，提高生產(chǎn)效率，還能使人的生命和社會資源得到最大限度的保障。 

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻(xiàn)：

〔1〕建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GBJ11-89）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989.

〔2〕建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

〔3〕砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50003-2001）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001. 

 (本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會      文徑網(wǎng)絡(luò)：尹維維 編輯  文徑 審核)