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摘要：砌體房屋是我國傳統的一種結構形式，也是我國尚處于發展中國家的水平所致、應用最廣泛的一種結構形式。歷次地震特別是2008年5月12日發生在汶川的8級大地震，砌體房屋倒塌和破壞的比例最高。對大量砌體房屋倒塌和破壞的震害調查分析顯示，凡經過抗震設防，遵守我國《建筑抗震設計規范》中的一些標準和措施，砌體房屋也能達到抗御大地震的目的。...

淺談多層砌體房屋結構的抗震設計

趙 渭 玲

(陜西省建筑設計研究院有限責任公司  郵編 710003)

    砌體結構材料一般屬脆性材料，砌筑而成的結構也是脆性結構，因此砌體結構的抗震性能是很差的，特別是在抵御側向水平地震作用時，在變形極小的情況下就會發生開裂，進而突然倒塌。歷次地震震害證明，給人民的生命安全及財產造成不可挽回的巨大損失。砌體結構這一結構形式，抗震還是有出路的。地震后總結的經驗說明，凡按《建筑抗震設計規范》進行正規設計的多層砌體房屋基本經受住了設防烈度的考驗。事實說明，只要精心設計、精心施工，嚴格遵循客觀規律，應用已獲得的科學成果和成功的實踐經驗，砌體結構房屋也能達到抗御地震的目的。用一定方式在砌體結構中配置適量的鋼筋或鋼筋混凝土構件，就能夠大大提高砌體結構的變形能力，增強其抗震性能。

    砌體結構可以劃分為無筋砌體、約束砌體和配筋砌體三類。如果按墻體的體積配筋率來大致界定：配筋率>0.2%時為配筋砌體；配筋率在0.07%~0.2%范圍時為約束砌體；僅配少量構造拉結鋼筋時為無筋砌體。

    本文主要為無筋多層砌體房屋結構的震害及原因分析及抗震設計對策。

一、多層砌體房屋結構的震害及原因分析

    近10年來，國內外發生多起較大地震，特別是2008年5月12日，我國四川省汶川縣發生了里氏8.0級特大地震，除極震區外，人口相對密集的綿陽市、德陽市、都江堰市等地倒塌和破壞嚴重的房屋以砌體結構為主。就砌體房屋而言，破壞程度也隨建造年代的推移明顯減輕，完好率明顯增強。說明隨著《抗規》的實施與不斷完善，只要做到合理設計、按規范采取有效的抗震措施，精心施工，在地震區可以采用并能夠達到相應的抗震設防要求。多層砌體房屋結構的震害及原因主要表現在以下幾個方面。

    1、較高層數砌體結構的破壞：6層及6層以上的砌體房屋地震時震害明顯加重。歷次地震總結得出砌體房屋的層數和高度與地震震害成正比的結論。

    2、平、立面布置要規則：震害表明平、立面簡單規則者，其震害程度要比平、立面復雜者輕的多。

    3、承重墻體的破壞：墻體高寬比接近1時，地震反復作用下產生斜向交叉裂縫；墻體高寬比更小時，墻體中間部位出現水平裂縫；有破壞嚴重者，喪失豎向承載能力，導致樓（屋）蓋倒塌。

    4、轉角處墻體破壞：由于剛度大，吸收地震力就大，且受到兩個方向的地震作用，出現應力集中，導致轉角墻體首先破壞。

    5、內外墻交接處破壞：由于內外墻不同時施工，未按放坡留槎，未按要求設置拉結筋或抗震設計未設置足夠圈梁、構造柱等因連接不足產生的破壞。

    6、房屋端部破壞：由于端部墻體依靠較少，出現邊端效應，是應力集中的一種表現形式，導致墻體破壞甚至局部倒塌。

    7、縱墻承重房屋外縱墻的破壞：由于地震時外縱墻與樓板的拉結不良，容易產生彎曲破壞而向外倒塌，樓板也隨之墜落。

    8、窗間墻、窗下墻和墻垛的破壞：比較細高的窗間墻受剪彎雙重作用，產生交叉裂縫或水平裂縫。

    9、樓梯間等墻體剛度變化和應力集中的部位的破壞和倒塌：由于樓梯間墻體缺少與各層樓板的側向支撐，特別是樓梯間頂層墻體的無支承高度為一層半，在地震中的破壞比較嚴重。

    10、出屋面附屬結構的破壞：由于鞭梢效應引起地震力的放大，若連接構造不力，地震時容易破壞。

二、多層砌體房屋結構的抗震概念設計

    1、多層砌體房屋總高度和總層數必須嚴格執行《抗規》第7.1.2條強制性條文。我國規定的多層砌體結構的高度和層數，已是世界之最。因此，不可以盲目再提高砌體房屋的層數和高度，否則就是對人民缺乏責任心甚至是犯罪。

    2、多層砌體房屋的層高不應超過3.6m。當使用功能確有需要時，采用約束砌體等加強措施的普通磚房屋，層高不應超過3.9m。這里的層高應為建筑層高，對底層為首層地面至上層樓面的高度；對其他層，可取上、下結構面距離。不應將層高與計算高度混淆。

    3、多層砌體房屋抗震墻的間距必須嚴格執行《抗規》第7.1.5條強制性條文。

    4、多層磚砌體房屋中砌體墻段局部尺寸限值宜按《抗規》第7.1.6條執行。墻段局部尺寸的限制，其目的是為了防止這些部位的墻體在地震時破壞，影響結構的整體抗震能力，從而導致房屋破壞甚至倒塌；限制女兒墻的最大高度則是為了避免女兒墻在地震時破壞，女兒墻在地震時破壞，跌落傷人，在歷次地震中屢次發生。當房屋的局部尺寸不滿足規范要求時，應采取局部加強措施彌補，且最小寬度不宜于1/4層高和表列數值的80%。局部加強措施采用設置構造柱時，應當注意以下問題：

    1）窗間墻的尺寸不足時，為了保證窗間墻的抗震能力，其最小尺寸不應小于800mm，構造柱沿墻長方向的截面尺寸不宜大于300mm。

    2）外墻盡端至門窗洞邊的尺寸不足時，其最小尺寸不應小于800mm，構造柱任一方向的截面尺寸不宜大于300mm。

    3）多層砌體房屋的墻段的最小寬度不應小于層高的1/4；當內墻的局部較小墻段不大于800mm時，應采取設置構造柱等加強措施。 內墻陽角至門窗洞邊的尺寸不應小于800mm，并采取設置構造柱等加強措施。

    4）墻段尺寸限值，當采取構造柱等加強措施時，可適當放寬限制。但絕不能將局部小墻垛以現澆鋼筋混凝土柱來代替，避免形成混凝土墻與砌體墻組成的混合結構體系，防止不同材料性能的墻體被各個擊破的情況發生。因為，砌體和混凝土在剛度、承載力和延性等方面的差別很大，其協同工作性能差。

    5、多層砌體房屋的建筑布置和結構體系，應嚴格按《抗規》第7.1.7條執行。合理的抗震結構體系，對于提高其整體抗震能力是非常重要的，是抗震設計應考慮的關鍵問題。

    1）應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。地震震害表明，由于橫墻開洞少，又有縱墻作為側向支承，所以橫墻承重的多層砌體結構具有較好的傳遞地震作用的能力。縱橫墻共同承重的房屋既能比較直接地傳遞橫向地震作用，也能直接或通過縱橫墻的連接傳遞縱向地震作用。

    2）縱橫墻的布置宜均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上、下連續，同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。這樣的布置，使結構受力均勻且明確，傳力簡捷，各墻段或墻垛之間，不容易因剛度和承載力相差懸殊，在地震發生時產生各個擊破的連鎖效應，從而避免較大的震害。

    為保證房屋縱向的抗震能力，《規范》規定多層砌體的縱橫墻體數量不宜相差過大。同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻，墻面洞口的面積，6、7度時不宜大于墻面總面積的55%，8、9度時不宜大于墻面總面積的50%；在房屋寬度的中部（約1/3寬度范圍）應有內縱墻，且多道內縱墻開洞后累計長度不宜小于房屋縱向長度的60%（高寬比大于4的墻段不計入）。

    3）防震縫的設置。《抗規》規定對于多層砌體房屋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。設置防震縫的目的在于將不規則的結構分成規則的結構單元，以減輕其震害。所設置的縫寬需滿足中震情況下各單元不碰撞的要求，同時應滿足伸縮縫、沉降縫和防震縫的最大值要求。

    《抗規》對平面布置不甚規則的多層砌體房屋在設置防震縫問題上有所放松，可盡量不設縫，但應對各部分之間加強連接處理。

    4）樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處。因為房屋的盡端和轉角處是應力比較集中且對扭轉較為敏感的部位，地震時容易產生震害。當必須在房屋盡端和轉角處設置樓梯間時，宜采取在必要部位增設構造柱、增設圈梁和加強墻體配筋等加強措施。

    5）房屋轉角處不應設置轉角窗，避免局部破壞嚴重。

    6）進一步加強樓、屋蓋的整體性。樓、屋蓋是房屋的重要橫隔，除了保證本身剛度和整體性外，必須與墻體有足夠支承長度和可靠的拉結，才能正常傳遞地震作用和保證房屋的整體性。《抗規》規定，橫墻較少、跨度較大的房屋，宜采用現澆鋼筋混凝土樓、屋蓋，以加強該類房屋的樓、屋蓋的整體性。

三、多層磚砌體房屋結構的抗震驗算

    因砌體房屋層數不多，剛度沿高度分布一般比較均勻，并以剪切為主，因此可采用底部剪力法計算。但值得注意的是，不能將抗震承載力驗算不滿足要求的墻段改為現澆鋼筋混凝土墻，因為這種做法使砌體房屋結構形成混凝土墻與砌體墻組成的混合結構體系，屬超規范、規程設計。

四、多層磚砌體房屋結構的抗震構造措施

    1、鋼筋混凝土構造柱

    1）抗震設計時，構造柱在多層磚砌體房屋中的主要作用：

    ①構造柱能提高砌體的受剪承載力，提高幅度與墻體高寬比、豎向壓力和開洞情況有關，約為10%~30%；

    ②構造柱主要對砌體起約束作用，使之具有較高的側向變形能力；

    ③構造柱設置在連接構造比較薄弱和應力與變形易于集中的部位，能夠提高這些部位的防倒塌能力。

    2）構造柱的設置原則應嚴格按《抗規》第7.3.1和7.3.2 -5條執行。

    3）構造柱的截面、配筋、與墻體的拉結、與圈梁的連接及基礎做法應嚴格按《抗規》第7.3.2條執行。   

    4）梁下構造柱的設計原則：不論墻垛大小，均不能按一般構造柱要求對待。梁下構造柱承擔梁傳來的彎矩作用，應考慮柱在壓、彎、剪聯合作用下的受力狀態，因此應通過設計計算對墻垛和柱的配筋作出規定，而僅按一般構造柱設置配筋是不夠的。

    2、鋼筋混凝土圈梁：抗震設計時，圈梁與構造柱連接在一起，形成多層砌體結構房屋的水平箍帶和豎向箍帶，可大大加強砌體結構房屋的整體性，提高砌體結構房屋在地震時的變形能力和防倒塌能力，是抗震的有效措施。

    1）圈梁的設置原則應嚴格按《抗規》第7.3.3條執行。

    2）圈梁的截面、配筋及構造要求應嚴格按《抗規》第7.3.4條執行。

    3、樓、屋蓋的抗震構造要求，包括樓板擱置長度，樓板與圈梁、墻體的拉結，屋架（梁）與墻、柱的錨固、拉結等等，是保證樓、屋蓋與墻體整體性的重要措施，應嚴格按《抗規》第7.3.5、7.3.6條執行。

    4、樓梯間：樓梯間作為地震疏散通道，而且地震時受力比較復雜，容易造成破壞。抗震設計時應嚴格按《抗規》第7.3.8強制性條文執行。

    5、墻體拉結鋼筋的設置及做法應嚴格按《抗規》第7.3.2、7.3.7條執行。較大的房間在地震中的會加重破壞程度，需要局部加強墻體的連接構造要求，本次規范修訂，將拉結筋的長度改為通長，并明確為拉結網片。

    6、基礎：《抗規》規定，同一結構單元的基礎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。

    7、丙類的多層磚墻體房屋，當橫墻較少且總高度和總層數接近或達到《抗規》表7.1.2條規定限值時，應按《抗規》第7.3.14條采取加強措施。

五、結束語

    基于我國國情，多層砌體房屋的應用還很廣泛。如何使這一傳統的結構形式安全可靠地服務于人民，是結構設計工程師責無旁貸的天職。《抗規》GB50011-2010是在原《抗規》的基礎上，結合對2008.5.12汶川地震的震害分析及研究，進一步加強和提高了多層砌體結構房屋的抗震要求及構造措施。對于砌體房屋的抗震設計，主要以抗震構造措施為主，《抗規》采取的各項措施主要是為了加強配筋和增強約束以改善和彌補砌體結構本身的脆性性質，從而提高這類房屋的整體性能及其薄弱部位和重要部位砌體構件的抗震能力，達到抗震的目的。《抗規》所采取的措施細致且可操作性強，設計時必須認真貫徹執行，是實現多層砌體房屋提高整體抗震能力的基本前提。

參考文獻：

1、《建筑抗震設計規范》GB50011-2010；

2、《建筑抗震設計規范》GB50011-2010統一培訓教材；

3、《建筑抗震設計規范》GB50011-2010疑問解答（五）；

4、《砌體結構設計規范》GB5003-2001；

5、《建筑結構施工圖設計文件審查常見問題分析》姜學詩編著；

6、《建筑震害與設計對策》全國注冊結構工程師繼續教育必讀系梁教材（之五）。

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

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