多層磚房抗震設計中的主要問題和意見

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1、前言
    我國位于四川西部的南北地震構造帶,其地震的頻度高、強度大。我國大陸地震活動目前正處于本世紀以來的第五個活躍期。四川已經缺震7級以上地震近23年,缺震6級以上地震近10年。目前,四川的地震形勢十分嚴峻。
    地震造成人民生命財產損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內外歷次地震的經驗告訴我們:抓好抗震設防地區(qū)建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、最有效和最根本的措施。
    據文獻［4］記載,全國城鎮(zhèn)民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據有關部門近兩年對四川省的16個城鎮(zhèn)各類公建房屋統(tǒng)計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據對1976年我國唐山7.8級地震震害統(tǒng)計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結構,其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結構易于發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。
    2、目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
    (1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У?rdquo;的磚房,高度超過限值1m以上。
    (2) 在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結構體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內框架結構。有的僅將構造柱和圈梁局部加大,當作框架結構。
    (3) 住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。
    (4) 多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數,加之缺乏工程經驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
    (5) 多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。構造柱和圈梁的設置:多數設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側未設構造柱);抗震連接措施:多數設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
    3、多層磚房抗震設計意見
    我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數及構造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。  
    確保多層磚房抗震設計質量,主要有以下三個方面的內容。
    3.1 抗震概念設計
    3.1.1 房屋的高度和層數
    實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總層數不應超過文獻［1］表5.1.2的規(guī)定,總高度不宜超過表5.1.2的規(guī)定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。需要特別指明的是,表5.1.2是適用于橫墻較多的多層磚房。橫墻較多是指同一層內開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內。對于醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表5.1.2的規(guī)定降低3m,層數相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數;對抗震橫墻最大間距超過文獻［1］表5.1.5要求的多層磚房,已不屬于側力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。多層磚房總高度與總寬度的最大比值,不應超過文獻［1］表5.1.3的要求。
    房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻［2］第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規(guī)則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規(guī)則平面,房屋寬度可按加權平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
    3.1.2 結構體系
    應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。同一結構單元中應采用相同的結構類型,不應采用磚房與底框磚房或內框架磚房或框架結構等“混雜”的結構類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑?？v橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產生應力集中或塑性變形集中;對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
    3.1.3 平、立面布置
    建筑的平面布置和抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用。縱、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結構的側向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側力結構的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側力構件的承載力突變。8度和9度時,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,宜采用防震縫將結構分割成平面和體形規(guī)則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
    多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻［1］表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構造柱,可對已設構造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構造柱,則可用增設構造柱來滿足要求。房屋轉角處的門窗間墻承受雙向側向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構造柱來滿足。
    值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構造柱和圈梁可以協同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態(tài),在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結構中過多配置砼的桿系構件,其作用是有限的。
    3.2 抗震計算
    抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻［2］中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經對7度區(qū)若干幢規(guī)則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。
    3.3 抗震措施
    保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。多層磚房的抗震措施內容較多,概括起來,可分為三部分。
    3.3.1 構造柱和圈梁的設置
    對橫墻較多的多層磚房,應按文獻［1］表5.3.1的要求設置構造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應根據房屋增加一層或二層后的層數,按表5.3.1的要求設置構造柱。表中的“較大洞口”,設計中可界定為:門洞寬不小于2m和窗洞寬不小于2.3m;“大房間”可界定為:層高超過3.6m或長度大于7.2m。
    對橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、屋蓋或木樓、屋蓋的多層磚房,應按文獻［1］表5.3.5的要求設置圈梁;對于隔開間或每開間設置構造柱的多層磚房,應沿設有構造柱的橫墻及內、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設置閉合的圈梁。
    值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過大,通常按文獻［1］第5.3.6條要求的數值或提高一個等級采用就可以了,不宜無限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。
    3.3.2 構件間的連接措施
    多層磚房各構件間的抗震構造連接是多層磚房抗震的關鍵?？拐饦嬙爝B接的部位較多,重要部位的連接措施有下列幾項。
    a) 構造柱與樓、屋蓋連接
    當為裝配式樓、屋蓋時,構造柱應與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設圈梁);當為現澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設240mm×120mm拉梁(配4?φ10縱筋)與構造柱連接。
    b)  構造柱與磚墻連接
    構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設2?φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。
    c)  墻與墻的連接
    7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度和9度時,外墻轉角及內外墻交接處,當未設構造柱時,應沿墻高每隔500mm設2?φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。                       
    d)  屋頂間的連接
    突出屋面的樓梯間等,構造柱應從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。
    (5)后砌體的連接
    后砌的非承重砌體隔墻,應沿墻高每隔500mm設2?φ6拉結鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內不小于0.5m。8度和9度時,長度大于5.1m的后砌墻頂,應與樓、屋面板或梁連接。
    (6)欄板的連接
    磚砌欄板應配水平鋼筋,且壓頂臥梁應與砼立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。
    (7)構造柱底端連接
    構造柱可不單獨設基礎(承重構造柱除外),但應伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
    3.3.3 懸臂構件的連接
    (1)  女兒墻的穩(wěn)定措施
    6～8度時,240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5m,當超過時,女兒墻應按抗震構造圖集要求采取穩(wěn)定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結時,計算高度可從板面算起。
    (2)  懸挑構件　　
    懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m,不應大于2m。
    不應采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。
    4、結語
    多層磚房在城鄉(xiāng)建設中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設計,重視多層磚房抗震設計中的三個環(huán)節(jié),就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。