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，在我國的各類建筑中仍占80%以上的比例。近些年來，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心磚.這都為砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用擴大了領(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%以下時為無筋砌體；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），同時墻段上下設(shè)置有圈梁，此類砌體結(jié)構(gòu)的特點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，幾乎無一例外的表明無筋砌體結(jié)構(gòu)不能承受大地震的考驗。因此目前國外抗震規(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)限制過嚴，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)可以通過配筋或加強邊緣約束來改善。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，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)過二十多年的實踐考驗證明，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)有倒塌的實例，此種做法是安全的。但應(yīng)注意以下幾點：
    1、約束墻體的構(gòu)造柱截面不宜過大，配筋不宜過多。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。但當墻體開裂后柱內(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,從而達到“裂而不到”的目標。如果構(gòu)造柱截面和配筋過大，由于混凝土剛度遠大于砌體墻體，所以構(gòu)造柱會吸收大多數(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)力的軌跡開裂，并逐步延伸，形成對角的“x”形裂縫；如果墻段的高寬比較大，則在墻體中段會出現(xiàn)水平裂縫段。因此構(gòu)造柱的間距不能過大，否則將會消弱對墻段砌體的約束作用，基本上是縱墻內(nèi)每開間均設(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，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)中很難準確計算，它的作用是多方面的，如增強拉接，提高結(jié)構(gòu)的整體性，抵御地基的不均勻沉降，加強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裂以后才能發(fā)揮，這是構(gòu)造柱的特點之一。
    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)當認為提高砌體抗剪強度不是在墻兩端設(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)生倒塌的危險性。
    6、構(gòu)造柱間距應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對待。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度需要，以往抗震規(guī)范中尚不明確，無論在砌體橫墻或縱墻中均為提出間距的要求。事實證明構(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)造柱時只要求在兩端設(shè)構(gòu)造柱，數(shù)十米長的構(gòu)造柱難以約束墻段的破壞此時構(gòu)造柱的數(shù)量是遠遠不夠的。即使橫墻中的構(gòu)造柱間距一般可能達到11~12米，構(gòu)造柱作用也難以完全發(fā)揮。
    根據(jù)工程實踐經(jīng)驗和有關(guān)試驗研究資料分析結(jié)果，新規(guī)范對此做了補充和完善：
    a) 當層數(shù)和房屋高度接近或者達到砌體結(jié)構(gòu)限定高度時橫墻內(nèi)的構(gòu)造柱間距不宜大于層高的2倍，即一般不宜超過5.4米；縱墻內(nèi)的構(gòu)造柱一般不超過3.9米（外縱墻）和4.2米（內(nèi)縱墻），即大致每開間均應(yīng)設(shè)置一根構(gòu)造柱。如此要求是十分必要的，實驗證明墻段的寬高比超過2時，構(gòu)造柱的約束作用降低。
    b) 在開間較大、橫墻較少的多層住宅中，當層數(shù)和房屋高度接近和達到砌體高度限定高度時對構(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)防的總目標的實現(xiàn)。
    7、構(gòu)造柱的計算
    按照提高墻段的抗剪強度要求，設(shè)置構(gòu)造柱是對構(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的地震作用時可采用增設(shè)構(gòu)造柱的做法來提高墻段的抗剪強度，滿足抗震設(shè)防地區(qū)對多層砌體結(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、對于配筋砌體，主要是對于當房屋層數(shù)比較高時應(yīng)用，對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，實際層數(shù)達到8層，已超出規(guī)范限值。規(guī)范中的用詞為“不宜”超過7層，也就是說只要采取合理有效的措施，還是可以實現(xiàn)的。具體做法是： 
    （1）樓層圈梁層層設(shè)置，截面適當加大；
    （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考慮這類情況。但這樣處理后，因為現(xiàn)在的住宅設(shè)計要求較高，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，對砌體本身而言是不利的，所以構(gòu)造柱的截面不能過大，否則達不到我們要求的結(jié)果。
    四、由于我國現(xiàn)在正處在墻體材料改革的時期，不同的地區(qū)都會有一些適合本地材料，但我們的總體思想“小震無礙，中震可修，大震不倒”是不變的，無論哪種材料，都要采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施來保證工程的安全性，保證國家、人民的財產(chǎn)不受到損失。