砌体结构房屋抗震设计研究

沈建薇万洪娜

摘要：介绍了水平地震作用下的破损形态，讨论了砌体结构房屋的抗震构造措施要遵循的基本要求。

关键词：砌体结构房屋；抗震设计；要求；措施

近几年，自然灾害频繁发生，与建筑行业最紧密相关的是地震。震害调查表明，砌体结构房屋因砌体材料的延性很差，破坏时呈脆性，故其抗地震的性能很弱。无筋砌体结构房屋在地震烈度为6度时就有少数轻微损坏，7度时大多数有轻微损坏，8度时大多数损坏，少数破坏，9度时许多破坏，少数倾倒，10度时许多倾倒，11，12度时普遍毁坏。但是，震害调研也表明，砌体结构房屋只要进行抗震设计，采取合理的抗震措施，确保施工质量，仍能有效地应用于地震设防区。因此，了解砌体结构房屋在地震作用下的一些常见破坏现象，对合理地进行它的抗震设计是十分重要的。

水平地震作用下的破损形态有以下几种：

（1）墙体交叉裂缝。

这主要是由于地震时加于墙体的往复水平地震剪力与墙体本身所受竖向压力引起的主拉应力过大而产生的剪切破坏裂缝。由于地震水平剪力是往复的，故呈交叉状。若这时砌体破碎过多，墙体将丧失承载力而倒塌。通常则是在墙体开裂后刚度减小，房屋周期加长，导致水平地震力减小，因而更多地表现为墙体上具有很宽的交叉裂缝而房屋却不倒塌。

（2）转角墙及内外墙连接处的破损。

这种破损往往表现在内外墙连接处的竖向裂缝，房屋四周转角处三角形或菱形墙体崩落，外纵墙大面积倒塌等。它们主要是由于内外墙连接处和房屋四周转角处刚度较大，必然吸收较多的地震能量，以及当房屋质量中心与刚度中心偏离引起扭转而在房屋四周和端部产生过大复合应力的缘故。

（3）空旷房间墙体的破损。

开间大的外墙和房屋顶层大房间的墙体，往往受弯剪或水平弯曲而使墙体发生通长水平裂缝。这是由于房间大，抗震墙体相距较远，地震剪力不能通过楼层直接传给这些墙体，部分或大部分水平地震作用要由垂直于水平地震作用方向的墙体承担，而这些墙体平面外的刚度小，砌体的抗弯强度低的缘故。

（4）碰撞损坏。

无论伸缩缝还是沉降缝，当缝宽未满足防震缝宽度要求时，变形缝两侧房屋因振动频率和振幅不同会引起互相碰撞，导致两侧房屋发生局部毁坏。

（5）突出屋面楼，电梯间，附墙烟囱，女儿墙等附属结构的破损。

这是由于地震的动力作用使得在房屋突出部位产生“鞭鞘效应”使水平地震剪力放大而引起的。破损的严重程度与突出屋面结构面积的大小有关，突出部分的面积相对于下层面积愈小，破损愈严重。

（6）砌体结构房屋楼盖的破损。

震害调查表明，现浇钢筋混凝土楼盖的整体性较好，与墙体连接紧密，一般震害较轻，但是预制楼盖的楼板，梁均有在往复水平地震作用与墙体连接脱落引起破坏甚至房屋倒塌的大量实例。这主要是因为板，梁在墙体上的支承长度不够的缘故。

（7）门窗过梁的损坏。

砖砌平拱，弧拱过梁对变形极为敏感，在地震时易形成端头的倒八字裂缝和跨中的竖向裂缝，甚至引起局部倒塌；而在一般情况下，钢筋混凝土过梁优于钢筋砖过梁，钢筋砖过梁又优于砖砌平拱，弧拱过梁。各种过梁，凡位于房屋尽端处，其损坏都比位于房屋中部的严重，而且上层房屋尽端处的过梁比下层损坏严重。

（8）设有钢筋混凝土构造时墙体的损坏。

现浇钢筋混凝土构造柱与圈梁一起构成墙体的边框，形成砖墙和钢筋混凝土框架的组合结构，具有很大的抗变形能力。在往复的水平地震作用下，这类墙体通常还可能发生交叉裂缝，但由于构造柱的存在，墙体裂缝的宽度不会很大。当水平地震剪力很大时，钢筋混凝土构造柱也可能破坏，其位置一般在柱头附近，现象是破损处混凝土崩裂，钢筋屈曲，同时墙体裂缝两侧的滑移错位加大，交叉裂缝显著变宽，但却能防止墙体倒塌。

砌体结构房屋的抗震构造措施要遵循下列抗震设计基本要求：

（1）房屋平立面布置宜规则，对称，沿房屋高度的质量分布和刚度变化宜均匀，楼层不宜错层；

（2）房屋所在场地宜选择有利地段和较好的场地土，避开不利地段和较弱的场地土，基础设计应考虑与上部结构相一致的结构体系；

（3）抗震结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递的途径，宜有削多道抗震防线，具备必要的承载能力，良好的变形能力和耗能能力；宜有合理的刚度和强度分布，以避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力或塑性变形集中；

（4）抗震构件除应有必要的承载能力和变现能力外，还必须保证构件间具有可靠的连接；

（5）应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱。

《建筑抗震设计规范》经过大量的震害调查，试验和理论分析提出砌体结构房屋抗震的一般规定和构造措施如下：

（1）一般规定：

a.砌体结构房屋高度，层高，高宽比限制砌体结构房屋层数愈多，总高度愈大，层高愈高，高宽比愈大，房屋所受的地震作用效应愈大，由房屋整体弯曲在墙体中产生的附加应力也愈大，震害可能愈严重。同时由于我国当前砌体材料的强度等级较低，房屋层数愈多高度愈大，将使墙体截面加厚，结构自重和地震作用都将相应加大，对抗震十分不利。故提出砌体结构房屋总高度，层数和高宽比的限值。

b.多层墙体房屋的结构体系。

由于纵墙承重方案的横墙间距较大，不利于抗震，故应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。

纵横墙体布置要均匀对称，平面内横墙宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线墙体各窗间墙宽度宜均匀。其目的是使地震作用能较均匀地分配到各个墙肢，不致使个别墙肢受力过分集中，同时尽量避免房屋平面内和层间高度方向的扭转。

当房屋立面高差超过6米，或有错层且楼板高差较大，或房屋各部分结构刚度，质量截然不同时，在8，9度地震设防区，宜在该房屋的上述部位设置防震缝。防震缝应沿房屋全高设置，缝两侧均应设置墙体，缝一般为50-100毫米。

楼梯间因其墙体缺少各层楼板的侧向支承，且其顶层墙体高度一般为1.5倍层高，往往在地震时遭受较重的震害，故不宜设置在房屋尽端和转角处，也不宜突出于外纵墙平面之外。

不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。不应使烟道，风道，垃圾道削弱承重墙体，否则应对被削弱的墙体采取加强措施。如必须作出屋面或附墙烟囱时，宜采用竖向配筋砌体。

c.抗震横墙最大间距限制。

d.墙体局部尺寸限制。

（2）抗震构造措施。

a.钢筋混凝土构造柱。钢筋混凝土构造柱与墙体组合构件的荷载位移曲线表明，构造柱虽然对提高墙体开裂的作用不大，但可使墙体的承载力提高10%~30%，这说明构造柱对阻止墙体开裂后的继续滑移错位，延缓墙体剥落，提高墙体变形能力作用很大。因此，抗震规范规定多层普通砖，多孔砖房的构造柱应设置在受地震作用较大，连接构造薄弱和易于应力集中的部位。构造柱最小截面尺寸为240毫米乘以180毫米，角柱可适当增加，构造柱与圈梁连接处其纵筋应穿过圈梁，确保上下贯通。箍筋采用直径6毫米，间距不宜大于250毫米，柱上下端大于等于H|6及大于等于450毫米范围内箍筋间距宜加密至100毫米。构造柱应先砌墙后浇注混凝土，连接处应砌成大马牙槎以便加强整体性和便于检查。构造柱沿墙高每隔500毫米设2根直径为6毫米拉结钢筋，每边伸入墙内不小于1000毫米。

b.钢筋混凝土圈梁可以在水平面内将装配式楼板连成整体，从而使房屋的整体性和空间刚度得到加强。因此圈梁是增强房屋整体性能，提高房屋抗震能力的有效措施。

通过砌体结构房屋抗震设计的研究，相信建筑行业会多一分保障。建筑行业的发展会蒸蒸日上。