砌體結(jié)構(gòu)抗震的新發(fā)展

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一、引言
    砌體的結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)的墻體材料，在我國(guó)的各類建筑中仍占80%以上的比例。近些年來(lái)，隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，新型墻體材料也不斷涌現(xiàn)，如從歐美引進(jìn)的混凝土小型空心砌塊就是其中的一種。另外,結(jié)合就地取材的原則生產(chǎn)的各種地方性砌體材料,如蒸壓類和燒結(jié)類的非粘土多孔磚和實(shí)心磚.這都為砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用擴(kuò)大了領(lǐng)域和范圍。
    現(xiàn)代砌體結(jié)構(gòu)已與傳統(tǒng)的砌體有許多區(qū)別。按照砌體中的配筋率大小可將其分為無(wú)筋砌體結(jié)構(gòu)、約束砌體和配筋砌體三類，它們的界限定義為：僅有少量的拉結(jié)鋼筋，含筋量在0.07%以下時(shí)為無(wú)筋砌體；約束砌體適用于地震設(shè)防地區(qū)的砌體結(jié)構(gòu)，如在墻段邊緣設(shè)置邊緣構(gòu)件（鋼筋混凝土構(gòu)造柱），同時(shí)墻段上下設(shè)置有圈梁，此類砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在砌體周邊均有鋼筋混凝土約束構(gòu)件，砌體配筋量在0.07%-0.17%左右；配筋砌體適用于10層以上的中高層建筑，如配筋混凝土空心砌塊，其實(shí)就是一種砌筑成型的剪力墻結(jié)構(gòu)，其配筋率也接近于現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，即在0.2%左右。
    1966年的邢臺(tái)地震和1976年的唐山地震等數(shù)十次破壞性大地震，以及1923年日本關(guān)東大地震等，幾乎無(wú)一例外的表明無(wú)筋砌體結(jié)構(gòu)不能承受大地震的考驗(yàn)。因此目前國(guó)外抗震規(guī)范一般只允許建造3層及三層以下的砌體結(jié)構(gòu)。
    盡管砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能如此之差，然而在城鎮(zhèn)建設(shè)中，由于我國(guó)人口集中，土地有限，所以我們不可能把砌體結(jié)構(gòu)限制過(guò)嚴(yán)，而是要適應(yīng)發(fā)展的需要，在研究和總結(jié)震害的基礎(chǔ)上，改進(jìn)砌體的抗震性能，提高它的建造層數(shù)和高度，滿足業(yè)主需要。
    二、約束砌體
    砌體結(jié)構(gòu)的脆性性質(zhì)可以通過(guò)配筋或加強(qiáng)邊緣約束來(lái)改善。1976年唐山大地震后，總結(jié)地震中八棟裂而不倒的砌體房屋的經(jīng)驗(yàn)，提出了在承重墻體中設(shè)置邊緣約束構(gòu)件的規(guī)定。經(jīng)過(guò)二十多年的實(shí)踐考驗(yàn)證明，設(shè)有構(gòu)造柱的砌體房屋，在經(jīng)受九度地震后未發(fā)現(xiàn)有倒塌的實(shí)例，此種做法是安全的。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
    1、約束墻體的構(gòu)造柱截面不宜過(guò)大，配筋不宜過(guò)多。且必須是先于墻后澆構(gòu)造柱混凝土，使柱與墻體能夠緊密結(jié)合，共同工作。此類構(gòu)造柱在墻體受水平地震作用初期應(yīng)力極小,剛度也不大。但當(dāng)墻體開(kāi)裂后柱內(nèi)應(yīng)力逐步增大,直到裂縫貫通墻體,構(gòu)造柱才明顯受力直到鋼筋屈服。此時(shí)的墻體已破碎,構(gòu)造柱的約束使得墻體破碎而不至于倒塌,從而達(dá)到“裂而不到”的目標(biāo)。如果構(gòu)造柱截面和配筋過(guò)大，由于混凝土剛度遠(yuǎn)大于砌體墻體，所以構(gòu)造柱會(huì)吸收大多數(shù)的地震力，結(jié)果構(gòu)造柱先于墻體破壞，起不到約束墻體的作用。
    2、構(gòu)造柱的設(shè)置不能改變砌體剛性的性質(zhì)。墻體在豎向和水平地震作用下首先沿45°主拉應(yīng)力的軌跡開(kāi)裂，并逐步延伸，形成對(duì)角的“x”形裂縫；如果墻段的高寬比較大，則在墻體中段會(huì)出現(xiàn)水平裂縫段。因此構(gòu)造柱的間距不能過(guò)大，否則將會(huì)消弱對(duì)墻段砌體的約束作用，基本上是縱墻內(nèi)每開(kāi)間均設(shè)，橫墻內(nèi)間距不大于層高的兩倍。
    3、構(gòu)造柱必須依靠樓層上下樓蓋圈梁的拉結(jié)。構(gòu)造柱作為一種豎向構(gòu)件，一般沿墻截面不變，配筋也少有變化。因此，在各樓層柱高處必須有圈梁作為錨固點(diǎn)，以形成上下和左右墻段的約束作用。
    4、樓蓋圈梁在多層結(jié)構(gòu)中很難準(zhǔn)確計(jì)算，它的作用是多方面的，如增強(qiáng)拉接，提高結(jié)構(gòu)的整體性，抵御地基的不均勻沉降，加強(qiáng)樓板與墻體的連接等。而構(gòu)造柱的作用也是如此，它在加強(qiáng)墻體之間的連接方面是明顯的，但它的約束作用一般要在墻體開(kāi)裂以后才能發(fā)揮，這是構(gòu)造柱的特點(diǎn)之一。
    5、設(shè)置構(gòu)造柱之后，墻體的抗剪能力一般提高20%左右，因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)為提高砌體抗剪強(qiáng)度不是在墻兩端設(shè)置構(gòu)造柱的主要目的，構(gòu)造柱的主要作用在于較大幅度的增大墻體的變形能力，特別是對(duì)墻段塑性變形后的約束作用。墻段兩端的構(gòu)造柱既不能阻止墻體裂縫的出現(xiàn)，也不能大幅度的提高墻段的抗剪能力，但它使墻段和房屋取得了較大的延性，從而減小了突然發(fā)生倒塌的危險(xiǎn)性。
    6、構(gòu)造柱間距應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對(duì)待。一種是單一作為約束邊緣構(gòu)件的構(gòu)造柱，此類構(gòu)造柱的設(shè)置主要考慮約束墻段的長(zhǎng)度需要，以往抗震規(guī)范中尚不明確，無(wú)論在砌體橫墻或縱墻中均為提出間距的要求。事實(shí)證明構(gòu)造柱的約束作用是有限的。例如在以往的縱墻中設(shè)置構(gòu)造柱時(shí)只要求在兩端設(shè)構(gòu)造柱，數(shù)十米長(zhǎng)的構(gòu)造柱難以約束墻段的破壞此時(shí)構(gòu)造柱的數(shù)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。即使橫墻中的構(gòu)造柱間距一般可能達(dá)到11~12米，構(gòu)造柱作用也難以完全發(fā)揮。
    根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)試驗(yàn)研究資料分析結(jié)果，新規(guī)范對(duì)此做了補(bǔ)充和完善：
    a) 當(dāng)層數(shù)和房屋高度接近或者達(dá)到砌體結(jié)構(gòu)限定高度時(shí)橫墻內(nèi)的構(gòu)造柱間距不宜大于層高的2倍，即一般不宜超過(guò)5.4米；縱墻內(nèi)的構(gòu)造柱一般不超過(guò)3.9米（外縱墻）和4.2米（內(nèi)縱墻），即大致每開(kāi)間均應(yīng)設(shè)置一根構(gòu)造柱。如此要求是十分必要的，實(shí)驗(yàn)證明墻段的寬高比超過(guò)2時(shí)，構(gòu)造柱的約束作用降低。
    b) 在開(kāi)間較大、橫墻較少的多層住宅中，當(dāng)層數(shù)和房屋高度接近和達(dá)到砌體高度限定高度時(shí)對(duì)構(gòu)造柱的設(shè)置間距要求更高。在橫墻內(nèi)的柱間距不宜大于層高，在縱墻內(nèi)的柱間距不宜大于4.2米；同時(shí)在所有縱橫墻交接處及橫墻的中部也均應(yīng)設(shè)有構(gòu)造柱以約束相應(yīng)墻段的砌體。
    通過(guò)上面規(guī)定可以看出構(gòu)造柱作為一種約束邊緣構(gòu)件限定其最大間距是十分必要的，否則將難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用，新規(guī)范完善了對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱設(shè)置的規(guī)定，在一定程度上也提高了砌體結(jié)構(gòu)的抗震安全性，有效的保證了大震不倒的抗震設(shè)防的總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
    7、構(gòu)造柱的計(jì)算
    按照提高墻段的抗剪強(qiáng)度要求，設(shè)置構(gòu)造柱是對(duì)構(gòu)造柱作用的一種新發(fā)展。設(shè)置構(gòu)造柱的目的不同因此設(shè)置部位也不同，此類構(gòu)造柱一般均布置在墻段中段。當(dāng)房屋的設(shè)防烈度要求較高或橫墻較少，墻段不能承受所承擔(dān)的地震作用時(shí)可采用增設(shè)構(gòu)造柱的做法來(lái)提高墻段的抗剪強(qiáng)度，滿足抗震設(shè)防地區(qū)對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)的抗剪要求，因此中段構(gòu)造柱的作用不同與設(shè)置在墻段邊緣的約束構(gòu)造柱，兩者從概念上不能混為一談。
　三、對(duì)于配筋砌體，主要是對(duì)于當(dāng)房屋層數(shù)比較高時(shí)應(yīng)用，對(duì)于大量的民用建筑中，應(yīng)用還不是很廣泛，在此我們就不多談了。但對(duì)于青島地區(qū)而言，氣候潮濕、抗震設(shè)防六度，住宅建設(shè)中的通常做法是在地面設(shè)架空層或半地下室，坡屋頂，實(shí)際層數(shù)達(dá)到8層，已超出規(guī)范限值。規(guī)范中的用詞為“不宜”超過(guò)7層，也就是說(shuō)只要采取合理有效的措施，還是可以實(shí)現(xiàn)的。具體做法是： 
    （1）樓層圈梁層層設(shè)置，截面適當(dāng)加大；
    （2）墻體交接處均設(shè)置構(gòu)造柱；
    （3）構(gòu)造柱間距不大于4米；
    （4）大于米的洞口兩側(cè)設(shè)構(gòu)造柱；
    這樣處理的中心意思就是按組合砌體來(lái)考慮這類情況。但這樣處理后，因?yàn)楝F(xiàn)在的住宅設(shè)計(jì)要求較高，平面一般情況下都比較復(fù)雜，縱墻很少有連通的，所以墻體內(nèi)的構(gòu)造柱數(shù)量較大，對(duì)砌體本身而言是不利的，所以構(gòu)造柱的截面不能過(guò)大，否則達(dá)不到我們要求的結(jié)果。
    四、由于我國(guó)現(xiàn)在正處在墻體材料改革的時(shí)期，不同的地區(qū)都會(huì)有一些適合本地材料，但我們的總體思想“小震無(wú)礙，中震可修，大震不倒”是不變的，無(wú)論哪種材料，都要采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施來(lái)保證工程的安全性，保證國(guó)家、人民的財(cái)產(chǎn)不受到損失。