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摘要：根據汶川地震后對砌體結構受損房屋的實地調查結果，造成砌體結構破損嚴重的主要原因是結構布置不合理、抗震構造措施設置不規范。通過還原受損建筑計算模型分析這些因素對砌體建筑的影響，并在日后的砌體結構設計中合理選擇結構方案，做到安全適用、技術先進、確保質量、經濟可行...

 淺析砌體結構合理設計

張 杰  敖 財

西部建筑抗震勘察設計研究院 西安 710054  陜西建工集團總公司建筑設計院 西安 710054

1.引言

    在新型建筑材料廣泛應用的今天，超高層、體型奇特的建筑物被大量建造，而傳統的砌體房屋已經被慢慢的邊緣化。究其原因，主要有以下幾點：砌體建筑抗震性能較差、不適合建造經濟附加值高的建筑物。尤其是汶川地震后，砌體材料建造的建筑物破損嚴重，造成了重大的人員傷亡和經濟損失，于是很多人的認為砌體結構抵抗地震的性能差，現階段已不適宜用砌體建造房屋。但是砌體結構也有自身的優點：易于取材、造價低廉、施工簡便。尤其是在我國很多經濟欠發達地區還在大量使用，如何做到砌體結構經濟合理、安全適用就成了工程設計人員的首要問題。

    實踐是檢驗真理的唯一標準。汶川地震后，作者深入陜西受災較嚴重的寧強、略陽、陳倉等地進行實地調研，在了解了大量震區砌體建筑物情況后，得到了幾個基本的結論：（1）震后破損嚴重、造成重大損失的砌體結構絕大部分建設年代久遠，抗震構造措施設置不規范，結構布置不合理；（2）按照《建筑抗震設計規范》<以下簡稱《抗規》>要求建造的砌體建筑，震后損害較輕，基本不影響使用或簡單維修即可正常使用，這類建筑也未造成較多人員的傷亡。由此可見結構的合理布置、抗震構造措施的規范設置對砌體建筑物的抗震性能影響很大。下面舉實例說明合理的結構布置和抗震構造措施對建筑物的影響。

2.砌體震害調查與理論計算

    2.1  陜西某災區五層受損砌體建筑

    該建筑物一層做為辦公宿舍使用，二層及以上做為住宅使用，一層部分砌體抗震墻與上部砌體抗震墻豎向不連續，結構平面布置不合理，在汶川地震中受損嚴重。根據該樓的現狀建立結構復原模型，并進行計算（如圖一所示），可以看到該建筑物一層抗震墻除個別外墻外，其余墻體抗力與效應之比均不滿足《抗規》要求。而作者現場考察該樓受損情況發現，縱橫墻多處產生較大裂縫，墻體上的裂縫主要是由于水平地震剪力在墻體中引起的拉應力超過墻體的抗拉強度所致。當墻體受到地震反復作用時，墻體沿砌體灰縫破損，形成“一” 型或“X”型裂縫(如圖二、圖三所示)。受損部位與模擬計算結果基本一致。現假設在一層增設砌體抗震墻，使一層抗震墻與上部墻體豎向連續（如圖四所示），再次進行抗震驗算，墻體的抗力與效應之比結果詳見表一。由此可見砌體房屋抗震墻平面布置合理，可使各墻肢受力相對均勻，避免薄弱部位破壞，有利于提高建筑物的抗震性能。

    現場考察中還發現該建筑在一層跨度較大的梁根部均發生破壞（如圖五所示），這是由于該部位承受上部支撐梁荷載較大，且未設置構造柱或者剛性支撐墊塊，發生局部受壓破壞。這種破壞發生易造成房屋突然倒塌，在設計中應予注意。

 圖  一

圖  二

  

圖  三  

   

圖  四

表  一

		節點1	節點2	節點3
原建筑	1層	0.82	0.73	0.87
增設抗震墻后	1層	1.01	1.01	1.12
結論：根據節點1、2、3結果分析比較后發現，增設砌體抗震墻后，大多數墻體抗力與效應之比較原來增長20%~25%，增設抗震墻體后滿足規范要求

  

圖  五

    2.2  陜西某災區8度抗震設防區四層砌體建筑

    汶川地震后對該建筑進行現場調研，發現其未按照《抗規》的要求設置構造柱，根據建筑現狀建立該結構模型并進行抗震計算，計算結果一層部分墻體抗力與效應之比不滿足《抗規》的要求（如圖六所示），雖然該建筑在汶川地震后未出現較大破損，但存在諸多安全隱患。根據大量的試驗研究，構造柱的作用主要有以下幾點：1構造柱能夠提高砌體的受剪承載力；2構造柱可以對砌體起約束作用、提高建筑物的抗倒塌能力；3構造柱應設置在連接薄弱和易于應力集中的部位。圖七為根據《抗規》要求設置構造柱后，再次對該建筑物進行抗震計算，結果詳見表二。

圖  六

 圖  七

 表  二

		節點1	節點2	節點3
原建筑	1層	0.73	0.72	0.87
增設構造柱后	1層	1.04	1.02	1.46
結論：根據節點1、2、3結果分析比較后發現，增設構造柱后，大多數墻體抗力與效應之比較原來增長40%~50%，增設構造柱滿足規范要求

3.結論

    我國頒布的《建筑抗震設計規范》、《砌體結構設計規范》明確指出，建筑設計應根據抗震概念設計的要求明確建筑形體的規則性。不規則的建筑應按規定采取加強措施；嚴重不規則的建筑不應采用。同時應重視其平面、立面和豎向剖面的規則性和對抗震性能及經濟合理性的影響，宜擇優選用規則的形體，避免側向剛度和承載力的突變。

    根據實例我們發現上述砌體結構的震害主要表現為承重墻體的水平、交叉及斜裂縫，而造成這些破壞的原因主要是平面、豎向的不規則，以及未采取有效的加強措施。因此在此后的設計和施工中應注意以下幾點：

    1.砌體抗震墻宜均勻對稱布置，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續；

    2.構造柱和圈梁的設置可以有效提高砌體墻的受剪承載力和整體抗震性能，對做到“大震不倒”有著重要意義；

    3.對于局部受壓較大部位應采取加強措施，防止砌體抗震墻產生脆性破壞。

    而這些要求與《抗規》及《砌體結構設計規范》相關條文要求一致。由此可見按照規范要求合理設計、建造砌體建筑是可行的，對于很多不滿足規范要求的老舊砌體建筑物，建議對其進行加固改造，消除安全隱患。

    現我國還處于發展中國家階段，人均國民生產總值還很低，在很多經濟欠發達地區建造砌體建筑，既可以節約大量成本，提高生產效率，還能使人的生命和社會資源得到最大限度的保障。 

依據標準及參考文獻：

〔1〕建筑抗震設計規范（GBJ11-89）.北京：中國建筑工業出版社，1989.

〔2〕建筑抗震設計規范（GB50011-2001）.北京：中國建筑工業出版社，2001.

〔3〕砌體結構設計規范（GB50003-2001）.北京：中國建筑工業出版社，2001. 

 (本文來源：陜西省土木建筑學會      文徑網絡：尹維維 編輯  文徑 審核) 

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