馬仁平 谷久祥
(黑龍江省農(nóng)墾北安建筑安裝總公司,黑龍江 北安 164000)
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。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(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。
隨著建筑業(yè)的發(fā)展,臨街有底層為鋼筋混凝土框架的大空間商店,上部為小空間磚房或砌塊建筑的房屋大量建設(shè)。這種房屋存在著明顯的弊?。?/p>
1.1 往往形成梁上砌墻的布置,使抗震橫墻在最不利的底層被切斷。且底層框架一般為大空間的公共建筑,由于使用功能上的需要,在客觀上給縱橫抗震墻的布置帶來了不少困難。
1.2 底層大部分用于商業(yè)目的,門窗開洞要求都很大,因而有的采用了前排為鋼筋混凝土柱后為磚混的結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)目前無明確定義且前后兩種材料剛度差異懸殊,對高烈度地區(qū)的抗震極為不利。
1.3 未作計算憑習(xí)慣錯誤地認(rèn)為,底層框架的側(cè)向剛度一定比磚房好,縱向框架側(cè)向剛度一定比橫向好,而實際上并非如此。
1.4 上面為幾層砌體、開間小、橫墻多、不僅重量大,側(cè)移剛度也大,而底層框架側(cè)移剛度比上層小得多。剛度的急劇變化使得在結(jié)構(gòu)剛?cè)峤唤犹?,?yīng)力高度集中,在柱端產(chǎn)生塑性鉸,并使房屋的變形集中發(fā)生在相對薄弱的底層。這種比較薄弱的底層或中間層,可稱之為“軟層”。這種“軟層”在抗震設(shè)計中應(yīng)引起高度的注意。
砌體結(jié)構(gòu)是采用砌塊和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。其是通過砌塊和砂漿的互相作用及縱橫墻的拉結(jié)而達(dá)到具有一定整體性和承重能力。但砌體的抗拉、彎、剪的強(qiáng)度又較其抗壓強(qiáng)度低,導(dǎo)致建筑變形能力小,抗震性能差等缺點,使砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到一定限制。因此改善砌體的延性,提高建筑物的整體穩(wěn)定性和抗震性能具有重要意義。
常用的砌體建筑抗震處理措施,應(yīng)注意以下幾類。
2.1 合理布局。建筑平面、立面應(yīng)盡可能簡潔、規(guī)整,使結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕,房屋的重心盡可能降低,避免采用錯落凹凸的立面,突出建筑屋面部分的高度不應(yīng)過高,以免地震時發(fā)生鞭梢效應(yīng),同時應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性。如在實際工程中,在不可避免的情況下,應(yīng)盡量在適當(dāng)部位設(shè)置抗震縫,將體型復(fù)雜、平面不規(guī)則的建筑分割成幾個相對規(guī)整的獨立單元。
2.2 控制建筑高度及層數(shù)。歷次震害證明,砌體建筑的層數(shù)越多,高度越高,其地震破壞就越大。因為建筑層數(shù)及高度值越大就意味著側(cè)向地震作用就越大,同時也加大了建筑底部的傾覆力距。因此在地震中,傾覆力矩過大使得底部墻體產(chǎn)生過大的壓力和剪力而被破壞。所以控制砌體結(jié)構(gòu)高度及層數(shù)對減少地震災(zāi)害有很大的作用。在國家新修改的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2008)也對多層砌體建筑的總高度和層數(shù)有強(qiáng)制性的規(guī)定。
2.3 增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的整體性及剛度。有效增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的整體性及剛度的措施有許多種,一般常見及在實踐證明的方法有縱、橫墻的合理布置,建筑的樓蓋為現(xiàn)澆,增加墻體面積及提高砂漿的強(qiáng)度,設(shè)置圈梁及構(gòu)造柱等。在地震中多層砌體結(jié)構(gòu)的縱、橫向地震作用主要由相應(yīng)墻體承擔(dān)。因此,縱、橫墻的合理布置且控制橫墻的間距,可控制縱、橫墻的側(cè)向變形,增強(qiáng)了空間剛度和整體性,對承受縱、橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。墻體布置時,應(yīng)盡量采用縱墻貫通的平面布置,而當(dāng)縱墻不能貫通布置時,則應(yīng)在墻體交接處采取加強(qiáng)措施。而橫墻最大間距就是為了滿足樓蓋對傳遞水平地震所需的剛度要求。其中,在8度設(shè)防時,現(xiàn)澆或裝配整體鋼筋混凝土樓蓋板的多層砌體建筑的橫墻最大間距為15米。如橫墻間距過大時,縱墻會因過大的層間變形而產(chǎn)生平面的彎曲破壞。
根據(jù)歷次地震后建筑受害情況分析,多層砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力與墻體的截面積大小及砂漿等級高低成正比。在多層砌體建筑的抗震驗算中,底部兩層的地震作用力較大,是結(jié)構(gòu)的薄弱層。此時改變部分墻體的承載面積和適當(dāng)提高砂漿的強(qiáng)度等級可提高抗震能力,實踐證明提高砂漿的強(qiáng)度能同時提高建筑的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪能力,從而達(dá)到提高砌體建筑的抗震性能力的目的。
在多層砌體建筑中設(shè)置水平圈梁,可加強(qiáng)內(nèi)外墻的連接,增強(qiáng)建筑的整體性。特別是屋蓋和基礎(chǔ)頂兩處的圈梁的設(shè)置具有提高建筑的豎向剛度和抗御不均勻的沉降能力。由于圈梁的約束作用使樓蓋與縱、橫墻構(gòu)成箱形結(jié)構(gòu),能有效地約束裝配板材的散落,使磚墻發(fā)生平面倒塌可能性大為降低,以充分發(fā)揮各片墻體的抗震能力。在磚墻設(shè)構(gòu)造柱能提高砌體建筑的延性,發(fā)揮磚墻砌體側(cè)向擠出塌落的約束作用,使砌體的抗剪承載能力提高10~30%,提高了砌體結(jié)構(gòu)的變形能力。另外在建筑中設(shè)置構(gòu)造柱能提高建筑物的整體性,利用其塑性變形和滑移摩擦來消耗地震能量,從而提高建筑的抗震能力,且圈梁與構(gòu)造柱一起對墻體在豎向平面內(nèi)進(jìn)行約束,可限制墻體裂縫的開展,并減小裂縫與水平面的夾角,保證墻體的整體性和變形能力,提高了墻體的抗剪能力,因此構(gòu)造柱與圈梁的設(shè)置是一種經(jīng)濟(jì)有效的抗震措施。
總之,砌體結(jié)構(gòu)是我國使用歷史很長的結(jié)構(gòu)類型。但由于砌體結(jié)構(gòu)材料的脆性性質(zhì),用其砌筑而成的砌體結(jié)構(gòu)也是脆性結(jié)構(gòu),它的抗震性能很差,在抵御側(cè)向水平地震作用時,在變形極小的情況就會開裂,進(jìn)而突然倒塌,所以造成人們的生命和財產(chǎn)的巨大損失。為了最大限度地減輕震害,建筑工程技術(shù)人員應(yīng)努力在抗震設(shè)防、抗震設(shè)計和施工質(zhì)量三方面都提高到一個新的水平,才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。
[l]中華人民共和國原城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GBJll-89)[S].
[2] 施楚賢.砌體結(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.