砖混结构抗震设计分析

摘要：文章分析砖混结构的震害，阐述目前砖砌体结构在抗震设计中存在的一些问题，并提出提高其抗震性能的设计原则和措施。

关键词：砖混体结构震害 抗震设计措施

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、砖砌体结构在抗震设计中存在的问题

在砖砌体房屋中，砖墙既是承重构件又是水平地震作用的构件。而砌筑砖墙的砖和砂浆都是脆性材料，抗震性能差，在6度地震作用时少量墙体就会出现裂缝，随着地震作用的加大其房屋破坏的程度明显增强、房屋破坏的数量明显增多。砌体结构在抗震设计中存在的一些共性问题主要表现在：

1、平面不规则和楼板不连续。由于居住者要求住宅建筑具有明卧、明厅、明卫和明厨，设计者和开发商为满足这种需求，使得建筑物平面凹凸部分尺寸较大，有的可能超过该方向总尺寸的30%，属于平面不规则建筑。加之相邻楼梯间的影响（楼梯间处楼板不连续），使得楼板局部不连续，更加重了结构的不规则，增加了地震扭转附加效应，使整个楼盖的侧向刚度较弱，整体性差，不利于抗震。

2、总高度和总层数超限。有的阁楼层不高且不住人可不作为一层考虑；有的阁楼层空间较高，且设计作为居室的一部分应作为一层考虑。另外，当阁楼层的面积小于顶层面积的30%时阁楼层可不作为一层考虑。砖砌体房屋的层数越多，高度越高，其地震破坏程度就越大。

3、错层砖砌体结构和纵墙墙体布置较弱。在一些地方，设计者和开发商为了满足时尚消费群体的需要同时节省资金，将住宅楼设计成错层砖砌体结构。高差一般小于层高的一半，底层作为汽车库。为了车辆的进出方便，外纵墙一般开较大的洞口，使得纵墙墙段的尺寸很小甚至只剩下构造柱。砖砌体作为脆性材料并不适用于地震作用下较强的剪切作用，错层的结构层数增加，错层墙体受力复杂，加上底层车库的外纵墙刚度较弱，造成底部纵向刚度明显偏心，容易引起扭转破坏。

4、钢筋混凝土圈梁和构造柱混凝土强度等。级偏低：有的施工单位认为圈梁和构造柱在多层砖房中是非承重构件, 没有意识到地震发生时圈梁和构造柱所起的重要作用, 对圈梁和构造柱的混凝土材料及配比要求不重视，自配制的混凝土强度达不到设计要求。5）多层砌体房屋的纵向布置较弱。随着住宅商品化，使得一些多层砌体住宅楼的客厅面积增大，个别的设计为在该部分不设置墙体，形成构造柱、圈梁、阳台门相连，使得外纵墙的开洞率大于55%。

三、抗震设计原则

1、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;

2、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。

3、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。

四、 砖混结构抗震设计措施

1 合理布置建筑平面和立面

抗震设计中，建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。当房屋的平面上凹凸不平，立面上高低错落时，震害往往比较严重。地震时，地震力对刚度中心有较大的偏心距，不仅使房屋产生剪切和弯曲，而且还使房屋产生扭转，大大加剧地展的破坏力度。建筑立面应避免头重脚轻，房屋重心尽可能降低，房屋的平面布置应简单，避免墙体局部突出和凹进。凸出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应，同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。如需要布置局部突出的建筑物时，应采取措施，在变截面处加强连接，或采用刚度较小的结构或减轻突出部分的结构自重。，楼梯间不宜布置在房屋端部的第一开间或转角处，不宜开设过大窗洞，以免把楼层圈梁切断。墙体沿竖向布置上下应连续，避免刚度突变; 竖向抗侧力结构的截面和材料强度等级自下而上宜逐渐减小，避免抗侧力构件的承载力突变。房屋的顶层不宜设置大会议室、舞厅等空旷大房间，房屋的底层不宜设铺面等通敞开大门洞。当确需设置时，应采取弥补薄弱部位的加强型措施或进行专门研究。

2 注意砖混结构房屋的刚度及整体性

房屋抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性，纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，建议采用现浇楼屋盖，对于砖混结构体系采用现浇楼、屋盖不仅可消除滑移、散落问题，提高房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可以予以适当的放宽，因为作为以剪切变形为主的砖混结构，层间变形是可控制的。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点，是较理想的抗展构件，不但可消除滑移、散落问题，增加房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽。

3 严格限制砌体房屋的总层数及总高度

在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，房屋总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的侧向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。

4 纵墙和横墙的合理布置

房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗展能力的高低，多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重，由于非承重方向的约束墙体少，间距大，因而房屋该方向刚度较弱，空间刚度和整体性均较差，抗震能力低。因此，对于体型不规则房屋应注意调整结构刚心，建筑立面应避免头重脚轻，结构重心尽可能降低。出屋面部分如屋顶的女儿墙、水箱间等，由于根部与下部结构连接薄弱，刚度突变，受鞭梢效应影响严重，在地震时容易率先破坏倾倒。在高烈度地区，墙体由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋倒塌。而在两个方向适当布置纵、横墙混合承重的房屋，由于其限制了纵、横墙的侧向变形，增强了空间刚度和整体性，对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。因此，多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，纵、横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。墙体布置时，应尽量采用纵墙贯通的平面布置，当纵墙不能贯通布盆时，可在纵横墙交接处采取加强措施，也可在纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱，并适当加强构造配筋;以加强房屋整体性，防止纵、横墙交接处被拉开。在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墙承担，不仅要求横墙有足够的承载力，而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平刚度; 对抗震横墙最大间距的构造规定就是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。当横墙间距过大时，纵向砖墙会因过大的层间变形而产生平面的弯曲破坏，使楼盖失去传递水平地震力的能力，从而导致地震力还未传到横墙，纵墙就已破坏，所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。

五、 结语

随着社会经济的发展及人们对地震灾害了解的深入,将加快砖混体结构抗震设计的研究和创新，使其设计能够更安全、更科学，抗震性能更好，从而保障人们的生命财产安全。

参考文献：

[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2]GBJ111-87,铁路工程抗震设计规范[S].

[3]GB 50003-2001,砌体结构设计规范[S].

[4]周炳童.砌体结构抗震的新分析.北京:建筑结构2002.3(5):69~72