浅谈砌体结构房屋抗震设计

Abstract: In view of the masonry structure building seismic damage of multistory masonry buildings, the seismic design general requirements, design key points and construction measures of seismic design of masonry structure building, in order to increase the maximum seismic capacity.

Key words: masonry structure; earthquake; seismic design

中图分类号：TU2文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)06-0020-02

多层砌体房屋是我国居住、办公、学校和医院等建筑中最为普遍的结构形式。5～6层高的房屋，采用以砖砌体承重的混合结构非常普遍，不少城市建到7～8层;重庆市70年代建成了高达12层的以砌体承重的住宅;在工业厂房建筑中，通常用砌体砌筑围墙;中、小型厂房和多层轻工业厂房，以及小型影剧院、食堂、仓库等建筑的承重结构亦采用砌体。和混凝土及钢相比，砌体材料的抗压承载力特性相差甚远，因此严格意义上说砌体不是理想的弹性材料，也不适合作为抗震结构的材料。但是砌体在我国的应用非常普遍，约占民用建筑总量得70%。为满足使用要求可以采取相应的抗震措施来满足抗震要求。对砌体结构抗震，规范以抗震构造措施为主，通过对砌体结构的约束，实现抗震的目的。

总结多层砌体房屋的震害经验，房屋结构体系不合理或存在缺陷是多层砌体房屋产生震害的主要原因之一。因此多层砌体房屋合理的抗震结构体系，和必要的构造措施对于提高房屋的抗震能力是非常必要的，也是房屋抗震设计中应考虑的关键问题。因此在进行多层砌体房屋抗震设计时，结构体系和抗震构造问题应从以下几个方面进行重点考虑。

一、应优先采用横墙承重或纵横共同承重

纵墙承重的砌体结构，由于楼板的侧边一般不嵌入横墙内，横向地震作用有很少部分通过板的侧边直接传至横墙，而大部分通过纵墙经由纵横墙交接面传至横墙。因而，地震时外纵墙因板与墙体的拉结不良而成片向外倒塌，楼板也随之坠落。横墙由于为非承重墙，受剪承载能力降低，其破坏程度也比较重。

而横墙开洞较少，又有纵墙作为侧向支承，所以横墙承重的多层砌体结构具有较好的传递地震作用的能力。

纵横墙共同承重的多层砌体结构房屋可分为两种：一种是采用现浇板，另一种为采用预制短向板的大房间。其纵横墙共同承重的多层砌体结构房屋既能比较直接地传递横向地震作用，也能直接或通过纵横墙的连结传递纵向地震作用。

二、纵横墙的布置应均匀对称，沿平面内宜对齐，同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀，同时应尽量减少复杂立面所造成的附加震害

多层砌体房屋的平、立面布置应规则对称，最好为矩形，这样可避免水平地震作用下的扭转影响。然而对于避免水平地震作用下的扭转仅房屋平面布置规则还是不够的，还应做到纵横墙的布置均匀对称。

砖墙沿平面内对齐、贯通，能减少砖墙、楼板等受力构件的中间环节，使震害部位减少，使震害程度减轻;同时，由于地震作用传力路线简单，中间不间断，构件受力明确，其简化的地震作用分析能较好地符合地震作用的实际。

房屋的纵向地震作用分至各纵轴后，其外纵墙的地震作用还要按各窗间墙的侧移刚度再分配。由于宽的窗间墙的刚度比窄窗间墙的刚度大得多，必然承受较多的地震作用而破坏，而高度比大于4的墙垛其承载力更差已率先破坏，则对于宽窄差异较大的外纵墙，就会造成窗间墙的各个击破，降低了外纵墙和房屋纵向的抗震能力。因此，要求同一轴线的窗间墙宽度宜均匀，尽量做到等宽度。对于一些建筑阳台和窗之间留一个240mm宽的墙垛等做法不利于抗震，宜采取门连窗的做法。

三、纵横墙竖向应上、下连续，不宜采用上刚下柔的结构

房屋的纵横墙沿上下连续贯通，可使地震作用的传递路线更为直接合理。如果因使用功能不能满足上述要求时，应将大房间布置在顶层。若大房间布置在下层，则相邻上面横墙承担的地震剪力，只有通过大梁传递至下层两旁的横墙，这就要求楼板有较大的水平刚度。而从房屋纵横墙的对称要求来看，大房间宜布置在房屋的中部，而不宜布置在端头。而上刚下柔的房屋也只有通过大梁传递至下层两旁的横墙，这就要求楼板有较大的水平刚度。

四、抗震地区不宜采用墙梁

因墙梁是上部墙体与钢筋混凝土托梁一同进行协调工作。而在地震作用下，上部墙体开裂使墙体与钢筋混凝土托梁不能一同进行协调工作，因此而使结构变得不安全。

五、防震缝的设置

大量的震害表明，由于地震作用的复杂性，体形不对称的结构的破坏较体形均匀对称的结构要重一些。但是，由于防震缝在不同程度上影响建筑立面的效果各增加工程造价等，应根据建筑的类型、结构体系各建筑状态以及不同的地震烈度等区别对待。规范的原则规定为：当建筑形状复杂而又不设防震缝时，应选取符合实际的结构计算模型，进行精细抗震分析，估计局部应力和变形集中及扭转影响，判别易损部位并采用加强措施;当设置防震缝时，应将建筑分成规则的结构单元。对于多层砌体房屋，当有下列情况之一时宜设置防震缝：(1)房屋的立面高差在6m以上

(2)房屋有错层，且楼板高差较大

(3)各部分结构刚度、质量截然不同

六、楼梯间不宜设在房屋的尽端和转角处

由于水平地震作用为横向和纵向两个方向，所以在多层砌体房屋转角处纵横两个墙面常出现斜裂缝。不仅房屋两端的四个外墙角容易发生破坏，而且平面上的其他凸出部位的外墙阴角同样容易破坏。

楼梯间比较空敞和顶层外墙的无支承高度为一层半，在地震中的破坏比较严重。尤其是楼梯间设置在房屋尽端或房屋转角部位时，其震害更为加剧。

七、烟道、风道、垃圾道及配电箱洞口等不应削弱墙体

墙体是多层砌体房屋承重和抗侧力的主要构件。局部削弱的墙体，不仅在削弱处率先开裂，还将产生内力重分布。因此，规范规定烟道、风道、垃圾道和配电箱洞口不应削弱墙体;当墙体被削弱时，应对墙体采取水平配筋等加强措施，对附墙烟囱及出屋面烟囱采用竖向配筋。

八、砌体结构的材料强度、层高、总高及构造柱

砌体规范对砌体结构采取以限制层高及房屋高度为基本出发点的相关构造措施，对层高和房屋高度的限制必须遵守，一般不允许超过。五层及以上的房屋的墙体所用材料最低强度等级为：砖MU10、砂浆M5。结构设计中应严格按规范要求在砌体中设置钢筋混凝土构造柱和圈梁，使砌体墙成为约束砌体，来保证砌体结构“大震不倒”的设计目标。

砌体结构的脆性性质可以通过配筋或加强边缘约束来改善。1976年唐山大地震后，总结地震中八栋裂而不倒的砌体房屋的经验，提出了在承重墙体中设置边缘约束构件的规定。经过二十多年的实践考验证明，设有构造柱的砌体房屋，在经受九度地震后未发现有倒塌的实例，此种做法是安全的。但应注意以下几点：

1、约束墙体的构造柱截面不宜过大，配筋不宜过多。且必须是先砌墙后浇混凝土构造柱，使柱与墙体能够紧密结合，共同工作。此类构造柱在墙体受水平地震作用初期应力极小,刚度也不大。但当墙体开裂后柱内应力逐步增大,直到裂缝贯通墙体,构造柱才明显受力直到钢筋屈服。此时的墙体已破碎,构造柱的约束使得墙体破碎而不至于倒塌,从而达到“裂而不到”的目标。如果构造柱截面和配筋过大，由于混凝土刚度远大于砌体墙体，所以构造柱会吸收大多数的地震力，结果构造柱先于墙体破坏，起不到约束墙体的作用。

2、构造柱的设置不能改变砌体刚性的性质

墙体在竖向和水平地震作用下首先沿45°主拉应力的轨迹开裂，并逐步延伸，形成对角的“x”形裂缝;如果墙段的高宽比较大，则在墙体中段会出现水平裂缝段。因此构造柱的间距不能过大，否则将会消弱对墙段砌体的约束作用，基本上是纵墙内每开间均设，横墙内间距不大于层高的两倍。

3、构造柱必须依靠楼层上下楼盖圈梁的拉结

构造柱作为一种竖向构件，一般沿墙截面不变，配筋也少有变化。因此，在各楼层柱高处必须有圈梁作为锚固点，以形成上下和左右墙段的约束作用。

4、楼盖圈梁在多层结构中很难准确计算

它的作用是多方面的，如增强拉接，提高结构的整体性，抵御地基的不均匀沉降，加强楼板与墙体的连接等。而构造柱的作用也是如此，它在加强墙体之间的连接方面是明显的，但它的约束作用一般要在墙体开裂以后才能发挥，这是构造柱的特点之一。

5、设置构造柱之后，墙体的抗剪能力一般提高20%左右，因此应当认为提高砌体抗剪强度不是在墙两端设置构造柱的主要目的，构造柱的主要作用在于较大幅度的增大墙体的变形能力，特别是对墙段塑性变形后的约束作用。墙段两端的构造柱既不能阻止墙体裂缝的出现，也不能大幅度的提高墙段的抗剪能力，但它使墙段和房屋取得了较大的延性，从而减小了突然发生倒塌的危险性。

6、构造柱间距应该分两种情况区别对待。一种是单一作为约束边缘构件的构造柱，此类构造柱的设置主要考虑约束墙段的长度需要，以往抗震规范中尚不明确，无论在砌体横墙或纵墙中均为提出间距的要求。事实证明构造柱的约束作用是有限的。例如在以往的纵墙中设置构造柱时只要求在两端设构造柱，数十米长的构造柱难以约束墙段的破坏此时构造柱的数量是远远不够的。即使横墙中的构造柱间距一般可能达到11~12米，构造柱作用也难以完全发挥。根据工程实践经验和有关试验研究资料分析结果，新规范对此做了补充和完善： a) 当层数和房屋高度接近或者达到砌体结构限定高度时横墙内的构造柱间距不宜大于层高的2倍，即一般不宜超过5.4米;纵墙内的构造柱一般不超过3.9米(外纵墙)和4.2米(内纵墙)，即大致每开间均应设置一根构造柱。如此要求是十分必要的，实验证明墙段的宽高比超过2时，构造柱的约束作用降低。 b) 在开间较大、横墙较少的多层住宅中，当层数和房屋高度接近和达到砌体高度限定高度时对构造柱的设置间距要求更高。在横墙内的柱间距不宜大于层高，在纵墙内的柱间距不宜大于4.2米;同时在所有纵横墙交接处及横墙的中部也均应设有构造柱以约束相应墙段的砌体。通过上面规定可以看出构造柱作为一种约束边缘构件限定其最大间距是十分必要的，否则将难以发挥其应有的作用，新规范完善了对多层砌体结构构造柱设置的规定，在一定程度上也提高了砌体结构的抗震安全性，有效的保证了大震不倒的抗震设防的总目标的实现。

7、构造柱的计算

按照提高墙段的抗剪强度要求，设置构造柱是对构造柱作用的一种新发展。设置构造柱的目的不同因此设置部位也不同，此类构造柱一般均布置在墙段中段。当房屋的设防烈度要求较高或横墙较少，墙段不能承受所承担的地震作用时可采用增设构造柱的做法来提高墙段的抗剪强度，满足抗震设防地区对多层砌体结构的抗剪要求，因此中段构造柱的作用不同与设置在墙段边缘的约束构造柱，两者从概念上不能混为一谈。

对于配筋砌体，主要是对于当房屋层数比较高时应用，对于大量的民用建筑中，应用还不是很广泛，在此我们就不多谈了。但对于青岛地区而言，气候潮湿、抗震设防六度，住宅建设中的通常做法是在地面设架空层或半地下室，坡屋顶，实际层数达到8层，已超出规范限值。规范中的用词为“不宜”超过7层，也就是说只要采取合理有效的措施，还是可以实现的。具体做法是:

(1)楼层圈梁层层设置，截面适当加大

(2)墙体交接处均设置构造柱

(3)构造柱间距不大于4米

(4)大于米的洞口两侧设构造柱;

这样处理的中心意思就是按组合砌体来考虑这类情况。但这样处理后，因为现在的住宅设计要求较高，平面一般情况下都比较复杂，纵墙很少有连通的，所以墙体内的构造柱数量较大，对砌体本身而言是不利的，所以构造柱的截面不能过大，否则达不到我们要求的结果。

结语

使砌体结构适应可持续性发展的要求。传统的小块粘土砖以其耗能大、毁田多，运输量大的缺点越来越不适应可持续发展和环境保护的要求。对其改革势在必行。发展趋势是充分利用工业废料和对方性材料。例如，用粉煤灰、炉渣、矿渣等垃圾或废料制砖或者板材，可变废为宝，用河泥、湖泥、海泥制砖等。发展高强、轻质的空心块体，发展高强度、高粘结胶合力的砂浆，有效的提高砌体的强度和抗震性能。

参考文献:

[1] 砌体结构设计规范中国建筑工业出版社

[2] 建筑抗震设计规范中国建筑工业出版社

[3] 朱炳寅建筑结构设计问答及分析中国建筑工业出版社

[4] 施楚贤砌体结构理论与设计中国建筑工业出版社