摘要:砌體結構是用磚、石或砌塊,用砂漿等膠結材料砌筑而成的結構。因其所使用的建筑材料具有耐久性好、耐火性好、易就地取材等優(yōu)點, 而具有廣泛的應用空間。但因砌體結構的整體性能和延展性存在著固有缺點,導致其抗震性能差。因此,如何提高砌體結構的抗震性成為建筑行業(yè)亟待解決的技術難題之一。本文分析了多層砌體結構抗震概念設計的要點,對多層砌體結構的抗震措施進行了有益探討。
關鍵詞:多層砌體結構 抗震概念設計 抗震措施
時至今日,伴隨著鋼筋混凝土結構和鋼結構等技術的發(fā)展和應用,城市面貌日新月異,大量高層建筑拔地而起,高聳林立。但是在中、小城市,砌體結構仍廣泛的應用于低層和多層建筑,根據最新統(tǒng)計其約占該類建筑70%以上的建造面積。預計在今后,多層砌體結構仍將是一種主要的建筑形式,所以提高砌體結構抗震性的任務,任重而道遠。
一、多層砌體結構抗震概念設計
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多層砌體結構的墻體具有脆性性質,地震時容易產生裂縫,在地震作用下,開裂的墻體會產生平面錯動,從而會大幅度降低墻體的豎向承載力。當房屋的層數過多、自重過大時,破裂和錯位的墻體就可能被壓垮,因此對房屋的層數和高度要給予一定的限制。我國《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)對砌體結構房屋的總高度和層數的做出限制,廣大的工程設計人員和審圖人員應予以足夠的重視。
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根據豎向荷載傳遞路線的不同,多層砌體結構房屋的墻體結構布置方案按可以分為橫墻承重方案、縱墻承重方案,縱橫墻承重方案和內框架承重方案。
布置方案應優(yōu)先選用橫墻承重方案或縱橫墻承重方案。對于同一結構單元,宜選用相同的結構類型,墻體的布置應考慮地震作用的傳力途徑,縱橫向應具有一定的強度和剛度, 避免因局部削弱或截面突變造成薄弱部位的應力集中。對于可能出現的薄弱部位, 應采取措施提高其抗震能力。
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砌體結構的平面布置應規(guī)則、對稱,縱橫墻應各自拉通對齊,樓梯間不宜設置在房屋的轉角和盡端。砌體結構的立面布置力求規(guī)則, 應避免上重下輕的建筑布局,房屋內橫墻的布置應盡可能做到上下貫通,使地震作用的傳遞路線最短。
(四)抗震縫的設置
根據多次對地震災害的統(tǒng)計,房屋轉角的破壞程度往往比其他部位嚴重。當房屋的立面高差較大、錯層較大和質量及剛度截然不同時, 應采用防震縫將結構分成若干體型簡單、結構剛度均勻的獨立單元。根據《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)[1]的要求,有下列情況之一時宜設置防震縫:
1、 房屋立面高差在6m以上;
2、 房屋有錯層,且樓板高差大于層高的1/4;
3、 各部分結構剛度、質量截然不同。
防震縫還應沿房屋的全高設置,兩側均應設置墻體或柱。防震縫的寬度可根據房屋的高度和設防烈度而定,一般可在70~100mm的范圍內取值。此外,防震縫可與沉降縫、伸縮縫統(tǒng)一考慮,但沉降縫和伸縮縫應符合防震縫的要求。
二、多層砌體結構的抗震措施
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圈梁是指沿建筑物外墻四周及部分內橫墻設置的連續(xù)封閉的梁。在抗震設防地區(qū),利用圈梁加固墻身實乃必要。圈梁將房屋的縱橫墻連接起來,增強了墻身的穩(wěn)定性和結構的整體剛度;圈梁與構造柱共同作用時,能有效地限制墻體裂縫的開展;圈梁還可以有效地減少由較大振動荷載對建筑物的不利影響或地震引起的地基不均勻沉降。
對于多層砌體結構的現澆鋼筋混凝土圈梁,設置應符合下列要求:
1、裝配式鋼筋混凝土樓、屋蓋或木屋蓋應根據墻體的類別和設防烈度設置圈梁,當采用縱墻承重時,抗震橫墻上的圈梁間距應適當加密。
2、現澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓、屋蓋與墻體有可靠連接的房屋,應允許不另設圈梁,但樓板沿抗震墻體周邊均應加強配筋并應與相應的構造柱鋼筋有可靠連接。
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鋼筋混凝土構造柱是一種約束砌體的邊緣構件,它能夠有效的改善多層砌體結構的抗震性能。在墻體中設置構造柱,可以提高墻體的受剪承載力10%~30%,提高幅度與墻體高寬比、豎向壓力和開洞情況有關,構造柱還可以對砌體產生約束,使之有較高的抗變形能力。此外,構造柱與各層縱橫墻的圈梁所形成的體系還可以加強墻體的約束和抗倒塌能力。
鋼筋混凝土構造柱的作用在于對墻體的約束,因此構造柱不必使用過大的截面或配置過多的鋼筋。此外,構造柱的間距設置不能過大,否則將會削弱對墻段砌體的約束作用。根據多層砌體結構抗震的實踐經驗, 構造柱通常設置在震害較重、連接構造較為薄弱和易于產生應力集中的部位。
。ㄈ、屋蓋的設置
樓、屋蓋是房屋水平方向的分隔構件,也是承重構件,應有足夠的強度和剛度。設置應滿足以下要求:
1、樓、屋蓋的鋼筋混凝土梁或屋架應與墻體、柱或圈梁有可靠連接;不得采用獨立磚柱。對于跨度不小于6m的大梁支承構件,應采用組合砌體等加強措施,并滿足承載力的要求。
2、坡屋頂房屋的屋架應與頂層圈梁有可靠連接,檁條或屋面板應與屋架有可靠連接,房屋出入口處的檐口瓦應與屋面構件錨固。
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多層砌體結構中各構件的連接是抗震的關鍵,抗震構造連接的部位較多,重要部位的連接措施應符合下列要求:
1、構造柱與墻連接處應砌成馬牙槎,沿墻高每隔500mm設置2Φ6mm水平鋼筋和Φ4分布短筋平面內點焊組成的拉結網片或Φ4點焊鋼筋網片, 每邊伸入墻內不小于1m。
2、在構造柱與圈梁的連接處,構造柱的縱筋應在圈梁縱筋內側穿過,保證構造柱縱筋上下貫通[2]。
3、地震烈度為6、7度時, 長度大于7.2m的大房間,以及8、9度時外墻轉角及內外墻交接處, 應沿墻高每隔500mm配置2Φ6mm的通常鋼筋和Φ4分布短筋平面內點焊組成的拉結網片或Φ4點焊網片。
(五)樓梯間的設置
樓梯間的設置應符合下列要求:
1、裝配式樓梯段應與平臺板的梁可靠連接;不應采用墻中懸挑式踏步或踏步豎肋插入墻體的樓梯,不應采用無筋磚砌欄板。
2、突出屋頂的樓、電梯間,構造柱應伸到頂部,并與頂部圈梁連接,所有墻體應沿墻高每隔500mm設置2Φ6通長鋼筋和Φ4分布短筋平面內點焊組成的拉結網片或Φ4點焊網片 。
3、樓梯間及門廳內墻陽角處的大梁支承長度不應小于500mm,并應與圈梁連接。
(六)基礎的設置
基礎的設置應滿足以下要求:
1、同一結構單元的基礎(或樁承臺)宜采用同一類型的基礎,底面宜埋置在同一標高上,否則應增設基礎圈梁并應按1:2的臺階逐步放坡[3]。
2、在軟土地基上建造多層砌體結構,應在外墻下和承重墻下設置基礎圈梁,這樣不僅可以增強房屋的整體性,還能抵抗不均勻沉降。
【參考文獻】
[1]GB50011—2010 建筑抗震設計規(guī)范[S]北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010
[2]苑振芳. 砌體結構設計手冊[M].北京;中國建筑工業(yè)出版社,2002.
[3]唐岱新,等.砌體結構設計規(guī)范理解與應用[M]北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2002