摘要:通过对砖砌体结构房屋建筑抗震设计的重要性以及一些基本的设计方法的阐述,说明只要采取可靠而有效的构造措施,砖砌体房屋建筑在我国现阶段仍然是一种经济、适用、安全的结构形式。
关键词:砌体结构;抗震设计;概念设计
0引言
在我国经济、科研迅猛发展的大前提下,我国建筑行业在技术、规模、样式等多方面,有了长足的进步,但是,考虑到我国社会主义初级阶段的基本国情,在未来的几十年间里,可以预见的是房屋建筑的主题仍然是砖砌体,而砖砌体房屋在历次地震中的破坏又是最严重的。据对1976年我国唐山地震震害的统计,砖砌体结构建筑100%破坏,其中85%以上倒塌。砖砌体房屋建筑之所以地震破坏比例比较大,抗拉、抗剪和抗弯能力均较低是重要原因。在地震强烈的作用下,砌体结构建筑容易发生脆性剪切破坏,从而导致房屋的倒塌和破坏。所以,研究砖砌体房屋抗震设计中的问题是非常重要和极具现实意义的。纵观古今中外,不论是在6、7度区,还是在8度、甚至9度区,砖砌体房屋建筑的抗震设计都不乏成功的先例,这说明,经过合理设计并采用必要的抗震措施,可有效的降低震害,达到现行规范“大震不倒,中震可修,小震不坏”的要求。
1概念设计
抗震概念设计是指利用抗震经验,通过合理地定性判断对建筑场地的选择、建筑平(立)面和结构体系、抗震构造措施等重要问题进行抗震设计处理。由于地震本身的随机性、各种结构之间的差异以及结构本身的复杂性,在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程的复杂性,目前的抗震计算设计仍处在较低水平,尚未达到科学的严密程度。因此,在目前要使建筑物具有尽可能好的抗震性能,首先应从大的方面入手,做好抗震概念设计,从根本上消除建筑物种薄弱环节,然后再辅以必要的抗震计算。如果整体的概念设计没有做好,计算工作再细致,也很难有效地控制抗震薄弱环节,从而也难免在地震时建筑物不发生严重破坏,甚至倒塌。所以,我们应该重视房屋震害的实地考察,找出房屋抗震的薄弱环节,总结出有益的抗震措施,做好建筑结构的抗震概念设计,对砌体结构这种脆性材料来说,建筑抗震概念设计更为重要。
1.1 合理的平面、立面布置平面布置应规则、均匀、简单,尽量避免凹凸形状,多采用一字型平面,以利于抗震。平面布置复杂,致使质量中心与刚度中心不重合,在地震作用下产生扭转效应,大大加剧地震的破坏作用。对不规则型平面砌体房屋僵住,其伸出部分应尽量短,转角或交叉部分墙体应拉通,使水平地震作用能通过贯通的墙体传递到相连的另一侧,否则应当考虑设置抗震缝加以分离,缝宽为50―100mm,这样可以避免地震时建筑物的两侧如凹凸部位产生的过大应力集中,以及房屋质量中心与刚度中心因不重合产生扭转作用。房屋的窗口大小尽量一致,窗间墙应等宽且均匀布置,上下门窗宜对齐。立面布置应力求体型平整规则,承重墙体上下对齐,连续贯通,尽量避免局部突出。在一般地基条件下,砌体结构房屋层数越多,高度越高,其震害程度和破坏率也越大。因此,对这类结构房屋的总高数和层数等方面做出规定,是一种既经济有有效地抗震措施,对保证多层砌体结构房屋不致因整体弯曲而破坏也是有利的。对于那些现实中我们无法避免的体型不规则的房屋,应注意偏离结构刚心远端的抗震验算,建筑立面应避免头重脚轻,房屋重心尽可能降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭稍效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。
1.2 合理布置纵墙和横墙多层砖砌体房屋的主要承重构件时纵横墙体,在地震中主要犹豫承重纵横墙在地震力作用下产生裂缝,严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象,进而使房屋遭到破坏。所以合理布置纵横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。多层砖砌体房屋应优先采用。纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低,多层砖砌体房屋一般采用纵墙或横墙承重,由于非承重方向的约束墙体少,间距大,因而房屋该方向刚度较弱,空间刚度和整体性均较差,抗震能力低;在高烈度地区,墙体由于平面外的失稳而先行破坏。进而引起整个房屋倒塌,而在两个方向适当布置纵横墙混合承重的房屋,由于其限制了纵横墙的侧向变形,增强了空间刚度和整体性,对承受纵横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。墙体布置时,应尽量采用纵墙贯通的平面布置,当纵墙不能不能贯通布置时,可在纵横墙交接处采取加强措施,也可在纵横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱,并适当加强构造配筋;必要时还可以每隔一定高度放置水平拉筋(如2Ф6×500,以加强房屋整体性,防止纵横墙交接处被拉开。
1.3 合理确定圈梁和构造柱的位置设置圈梁和构造柱,砌体结构的抗震性能可以大大改善。据研究,若配筋墙体梁端设置构造柱,由于水平钢筋锚固于柱中,使钢筋的效应发挥得更为充分,则可比无构造柱同样配筋率的墙体的承载能力可提高13%左右,而且设置了构造柱和圈梁的砌体结构形成两道防御:第一道是砌体墙只出现宽度不大的裂缝,层间变形不大,构造柱尚未开裂;第二道是砌体裂缝大幅度的发展,靠构造柱及圈梁对砌体约束使墙体大变形消耗输入的地震能量。试验研究发现,砖墙增设构造柱后,位移延性系数增大很多,可达4～6。构造柱出了能够约束墙体的变形,提高砌体的抗剪强度之外,还能增强墙体之间的连接,这些对砌体的抗震都是十分有利的。要确保构造柱和圈梁有效地发挥他们的作用,合理确定它们的位置是至关重要的。建筑抗震规范对此已经做了比较具体的规定,我们一定要严格执行。另外,圈梁应封闭连续,尽可能形成一个个近似矩形或圆形的箍。
1.4 结构空间刚性的设定刚性楼盖体系是保证所有竖向抗侧力构件共同受力的先决条件,建议采用现浇楼屋盖,对于砖混结构体系采用现浇楼、屋盖不仅可消除滑移、散落问题,提高房屋的整体性、增大了楼板的刚度,而且对于平面上墙体对齐的要求也可以适当地放宽,因为作为以剪切变形为主的砖混饥饿否,层间变形时可以控制的,较强的楼、屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件,平面上当上下墙体不对齐时,现浇楼、屋盖能起到一定的传递水平力的作用,同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。砖混结构房屋采用纵墙或横墙承重,由于房屋另一方向约束墙体少、间距大,因而房屋的另一方向刚度较弱,空间刚度和整体性都较差,抗震能力低,在中强地震作用下,墙体由于平面外的失稳而先行破坏,进而引起整个房屋的倒塌。而在两个方向布置适当的纵横混合承重房屋,由于其限制了纵墙的侧向变形,增强了空间刚度和整体性,对承受纵横墙两个方向的水平地震作用,以及抗弯、抗剪都非常有利,抗震性能较纵墙或横墙承重好得多。
1.5 砌体房屋的总层数及总高度限值历次震害表明,砖混结构房屋的震害随着楼层数的增加而加剧。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)?在总结国内外历次震害经验的基础上,结合我国的国情,并考虑到加设构造柱防倒塌的抗震效果,制定出了我国在不同设防烈度下的砖混房屋总高数和层数限值。设计中房屋总高度和层数限值应同时满足,因为楼盖重量占到房屋总重的一半左右,房屋总高度相同,多一层楼盖就意味着增加半层楼的地震作用。
1.6 其他方面可采用的措施在抗震验算中,多层砖混房屋低层往往不容易满足抗震要求,即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承载力验算。为了提高墙体的抗震能力,可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋,使地震力由砌体及水平钢筋共同承担。多层砖混结构房屋的楼梯间宜设在每个单元中部,尽量避免将楼梯设在房屋尽端靠近山墙处;突出屋顶的楼梯间,构造柱应伸到顶部与顶部圈梁连接。为了避免个别墙段抗震强度不足首先破坏,导致逐个破坏,进而造成整栋房屋可以通过建筑上的合理布局,结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足,从而满足抗震要求。在抗震设计时体现以预防为主的设计思想达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标。对于建筑工程只有在抗震设防,抗震设计和施工质量三方面都符合要求,才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。
2结论
现阶段,人类对地震荷载的认识还很不成熟,而对于属于脆性结构的砖砌体房屋建筑,重视概念设计,辅以计算设计,是可以达到“三水准”要求的,因此该结构形式仍然是一种经济、安全、实用的结构形式。
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