砖混结构抗震性能分析

摘要:文章分析了砖混结构的震害,论述了其抗震设计原则,从保证结构刚度均匀、圈梁和构造柱设置、增强墙体面积和砂浆强度、合理设置纵横墙、墙体内设置水平钢筋以及加强施工质量等角度论述了改善砖混结构抗震性能的措施。

关键词:砖混结构;抗震性能;抗震设计;结构刚度

中图分类号:TU398 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)09-0140-03

砖混砌体结构因其构造简单、施工方便、造价低廉等优点非常适合国内目前具体情况,因而其被广泛利用,但国内以前的砖混结构由于未能给予足够的抗震设计及施工,因而其在历次地震中都发生了较为严重的破坏,给人们的生民及财产均带来了巨大的损失,因此对多层砖混砌体结构进行抗震性能分析具有非常重要的现实意义。

一、震害分析

砌体结构在地震作用下产生破坏的原因可分为外因和内因两种。地震力是导致砌体结构破坏的外因,地震过程中的纵波产生垂直力,横波产生水平力和扭转力,当水平力方向与墙体方向一致时墙体则会因为剪切作用而产生交叉裂缝;当水平力方向与墙体走向垂直时,墙体则由于弯曲产生平面破坏,人们为了克服该种情况而设置了圈梁和构造柱;在地震等级较低时产生的垂直力一般小于重力,但若建筑物层数较多则垂直力会在上部产生拉应力,因此为了减小该效应人们对砖混结构的建筑高度加以限制;扭转力则会使建筑物质心绕刚度中心旋转,若偏心较大则墙角处会产生严重破坏;砌体结构破坏的内因是结构本身特点,由于砖混结构具有建筑材料脆性和结构整体连接差的特点,因此在建筑结构薄弱处、受力复杂处以及突出部位或连接不牢固部位均易产生破坏。

二、抗震设计原则

平立面布置应规则、均匀、对称。多层砖混结构为避免在地震过程中质量、刚度发生突变,避免楼层错位现象发生,应力求建筑结构规则、对称,以避免因结构形体复杂和抗侧力不均匀时导致应力集中和扭转产生造成破坏;

纵横墙共同承重。多层砖混房屋应优先采用纵墙与横墙共同承重的结构体系,并且应力求纵横墙均匀对称布置,沿平面内应对齐沿竖向应上下连接,位于同一轴线的窗间墙应宽度均匀,楼梯间不宜设置在房屋尽端或转角处,烟风道不能消弱墙体,一旦消弱墙体则应采取加强措施,不宜设置无竖向配筋的附墙烟囱等。

高宽限制。历次地震灾害表明灾害程度与建筑总高度和层数有密切关系,房屋破坏率与层数基本成正比,因此应对砖混结构建筑层数和总高度加以控制;同时由于房屋高宽比越大则地震的倾覆作用越明显,因此对房屋的总高度和总宽度比值进行控制;由于该种房屋在地震中产生的横向地震力主要由横墙承担,若横墙间距过大数量过少则会导致楼盖平面内变形过大,造成横墙整体抗震能力下降,因此对横墙间距也应加以控制。

三、改善抗震性能措施

(一)结构刚度均匀

根据抗震概念设计的基本原理,砖混结构应在平面上规则、对称且刚度均匀,墙体布置应连续贯通,但在实际工程设计中往往出现建筑刚度中心与质量中心不重合,因此地震发生时则会引起偏转,最终会导致远离刚度中心的刚度较小的构件产生较大变形,从而造成局部破坏,针对这一现象应采取在远离刚度中心部位增设钢筋混凝土构造柱及圈梁来加强对墙体的约束,对薄弱部位的加强;将刚度较大部位的部分墙体改为轻质隔墙或加大刚度较小部位的断面尺寸的方式来调整结构刚度等措施加以解决。

(二)圈梁和构造柱的设置

圈梁可以加强内外墙的连接,增强建筑的整体性,有效的约束预制板的散落从而大大降低砖墙出平面倒塌的可能性;可以提高楼盖的水平刚度,减轻了墙体平面外破坏的危险;地震发生时其可以限制墙体裂缝的开展及延伸,从而对地震作用下基础的不均匀沉降在很大程度上缓解等作用而作为最经济有效的抗震措施。圈梁施工过程中易发生施工人员按照上部纵筋受压、下部纵筋受拉来计算钢筋的绑扎搭接长度造成钢筋绑扎长度不够;现浇圈梁在楼梯间门窗洞口截断处有未增设圈梁或将圈梁增设在洞口下部,或附加圈梁与圈梁的搭接长度少于规定长度;为使圈梁代替过梁而将圈梁降低不能与楼板靠紧而不能有效提高房屋刚度,降低圈梁抗震作用;房屋转角处及内外墙交接处发生漏放或少放圈梁附加钢筋或转角处圈梁纵筋锚固长度达不到规定标准。

构造柱由于可以提高结构的变形能力和延性,使结构在地震作用下不会发生突然倒塌;由于构造柱的设置使整个结构形成了有圈梁和构造柱组成的带边框的体系,由于构造柱的设置可允许外墙分别砌筑之后通过构造柱实现墙体相互连接,可在很大程度上提高结构整体性等可知构造柱能够显著提高墙体和房屋的延性、增强砌体结构的变形能力而在一定程度上提高抗震能力。此外,构造柱和圈梁一起可通过对墙体横向和竖向加筋来阻止裂缝的扩展和延伸,对开裂后砌体的错位加以限制,从而约束墙体不会散落,墙体的竖向承载力不会大幅度降低从而提高建筑结构的抗震能力。

(三)增加墙体面积与砂浆强度

砖混结构建筑震害随楼层增加而加剧,其抗震能力与墙面面积和砂浆强度成正比,因此增加墙体面积和提高砂浆强度也是减轻震害的有效措施,一般要求对于抗震等级为6～7级的建筑其墙体面积率不应低于10%,6层以上房屋墙体面积率不应低于12%,施工砂浆强度不应低于M5;同时因为楼盖重量一般占到建筑总重的1/2,因此高度相同的情况下多一层楼盖则意味着增加半层楼的地震作用;砖混结构高度和层数不同时其薄弱楼层也不同,一般4层以下建筑薄弱层一般为底层,5层以上建筑由于底层墙体抗力大于2层墙体抗力而导致薄弱层上移,因此在设计过程中对于4层及以下建筑应增加底层墙体面积和砂浆强度,对于5层以上建筑则应对底部1～3层墙面积率和砂浆强度增强。

(四)墙体间连接

墙体与楼盖板连接率可在一定程度上控制建筑的抗震效果,目前国内施工的多层砖混结构其楼屋盖也多采用全现浇板,其可大大提高了房屋的整体性,同时也增加了房屋的刚度以及楼盖板与墙体的连接,从而可对纵墙出现水平面外的弯曲破坏有效控制。

(五)合理设置横墙和纵墙

砖混结构的主要承重构件是纵横墙体,地震灾害也主要是由于承重纵横墙在地震力作用下产生裂缝最终导致倾斜、错动甚至倒塌,因此要加强建筑抗震性能需对纵横墙合理布置,多层砖混结构的纵横墙布置应均匀对称,其沿平面应对齐,竖向上应上下连续,同时应保证同一轴线上的窗间墙厚度均匀,同时应尽量采用纵墙贯通的平面布置原则,由于地震产生的横向地震力主要由横墙承担因此应控制横墙间距来对横向地震力进行有效控制。

(六)墙体内设置水平钢筋

由于多层砖混结构建筑一般是底层往往不能满足抗震要求,因此可在该层承重墙体内配置水平钢筋来提高其抗震力,实现地震力由砌体及水平钢筋共同承担,从而增强墙体的抗震性,减轻其脆性,增加延性等。

(七)加强施工质量

设计的优劣应通过施工来实现,只有高质量的施工才能保证建筑达到设计抗震标准,施工过程中对于砂浆强度、砌体质量、纵横墙的连接、楼屋盖的整体性等均要靠高质量施工来实现其设计标准,因此可知高质量施工是确保多层砖混结构抗震性能的有效措施。

四、结语

多层砖混结构抗震性能的好坏直接影响到广大人民财产和生命安全,因为该种结构形式的构成建筑材料的不确定性及施工质量等多方面原因往往导致其抗震性能不能达到设计要求,因此应从设计到施工进行全方位控制才能有效保证其抗震性,确保建筑的功能性及使用寿命和人民生命财产安全。

参考文献

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作者简介:朱春华(1976-),男,江西安福人,上海建科结构新技术工程有限公司工程师,研究方向:建筑结构。