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【摘 要】 砖混结构房屋由于选材方便、施工简单、工期短、成本低等特点,多年来它都一直是我国建筑中使用最广泛的一种建筑形式,在民用建筑中占有的比例最大,特别是在广大农村地区,砖混结构房屋最为普遍。我国属于地震多发地区,是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。已发生的5·12汶川大地震、青海玉树地震、芦山地震中,砖混结构损坏非常严重,造成了大量的人员伤亡和财产损失,因此必须做好砖混结构房屋的抗震设计。本文简要介绍了砖混结构房屋主要特点,从各个方面研究和分析了对砖混结构房屋抗震有利的因素,并对砖混结构房屋未来的发展方向进行了展望,指出其具有广阔的发展前景。
【关键词】 砖混结构;抗震设计;场地;刚度
1 选择对抗震有利的场地
多次大地震的震后调查研究表明,场地地形条件是影响建筑物破坏程度的一个重要因素,因此选择合适的场地非常重要。建筑场地按抗震要求可分为有利地段、一般地段、不利地段、危险地段。位于平坦开阔地段的稳定基岩,坚硬场地土,密实、均匀的中硬土均为有利地段;对建筑抗震不利的地段主要有软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、陡坡、陡坎、河岸和边坡的边缘等;危险地段一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等以及地震断裂带上可能发生地表错位的部位。选择建筑场地时应根据地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。当遇到不利地段时宜采取避开的方案,实在无法避开时,应尽量使建筑物场地选择建在基岩或薄土层上,以减轻地震对建筑物的破坏作用。对危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类的建筑。
2 合理布局建筑平面和立面
建筑平面、立面尽可能简单、规则、对称、减少偏心。竖向体型宜规则、均匀,避免有较大错层、外挑和内收。结构平面布置尽量规则,建筑物的质量中心与刚度中心应尽量重合,避免地震作用下产生扭转效应。建筑设计时应考虑降低房屋的重心,保证建筑的稳定性。凸出屋面部分的楼梯间、水箱间、烟囱、女儿墙等附属结构高度不应过高,由于地震时“鞭端效应”的影响,较高的女儿墙、高出屋面的烟囱更容易损坏或倒塌。
建筑的层数及高度必须满足GB 50011-2010建筑抗震设计规范第7.1.2条要求,由于房屋总重量及高度的增加,使其所受的水平地震作用也更大,同时也加大对底部的倾覆力矩,因此减少层数、降低层高、减轻自重等都是削弱地震影响的有效途径。
3 保证结构的整体性
砖混房屋抗震能力的强弱取决于结构的整体刚度和整体稳定性。纵、横向墙体、楼板组成了空间整体刚度的结构体系,要保证结构的整体性,可增大楼板的刚度和墙体的刚度。水平地震作用通过楼盖传递、分配给楼层中各墙体,并在墙体中产生剪力,刚度大的楼板及屋盖,水平刚度大能很好的传递水平荷载。现浇楼板及屋盖起到传递水平力的作用的同时也增加了楼板对墙体的约束。在合适的部位增设钢筋混凝土构造柱,也能增强结构整体性;设置配筋圈梁可增强建筑的空间刚度,提高结构整体稳定性,从而提高房屋的抗震性能。
4 科学的布置墙体
多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体。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,在两个方向适当布置纵、横墙混合承重,在很大程度上限制了纵、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。根据历次地震调查统计,纵墙承重的结构布置方案,因横向支撑较少,纵墙容易受弯曲破坏而导致倒塌,为此应优先采用横墙承重的结构布置方案。纵、横墙均匀对称布置,可使各墙垛受力基本相同,避免薄弱部位的破坏。为保证房屋纵向的抗震能力,并保证两个主轴方向振動特性不宜相差过大,纵、横向墙体数量不宜相差过大,在房屋宽的中部(约1/3宽度范围)应有内纵墙,且多道内纵墙开洞后累计长度不宜小于房屋纵向长度的60%。
楼梯间墙体缺少各楼板的侧向支撑,有时还会因为楼板踏步削弱了楼梯间的墙体整体强度,尤其是楼梯间顶层,楼梯间墙体有一层半楼层的高度,震害会加重。因此,在建筑布置时楼梯间尽量不设在尽端,或对尽端开间采取专门的加强措施。
5 有效的布置构造柱、圈梁
由于砖混结构房屋整体强度低、刚度小,因此墙体、楼板(屋盖)截面大,相应的材料用量也大,故而加大了建筑的自重,对其产生的地震作用也大,为提高结构的抗震性能,规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土构造柱并与圈梁连接形成封闭空间,共同加强建筑物的整体稳定性。构造柱与圈梁形成空间闭合结构后可对墙体起到约束作用,当墙体产生裂缝后可控制裂缝的发展,因此提高了墙体的整体性和变形能力,构造柱不承担竖向荷载的受力柱,主要用于抵抗剪力、抗击地震等横向作用,设置构造柱使高墙体的抗剪承载力可提高10%~30%左右。
另外,要强调在楼梯间设置构造柱特别重要,在汶川地震中发现楼梯间损坏非常严重,有些房屋的楼梯间由于没有设置构造柱,地震作用后几乎完全垮塌。因此楼梯斜段上下端对应墙体处设置构造柱,楼梯间四角也要设置构造柱,这样它就形成了一个应急疏散安全岛,大大提升了楼梯间的抗震能力。
在砖混结构房屋中,沿水平方向设置封闭的钢筋混凝土圈梁,可提高房屋空间刚度、增加建筑物的整体性,提高砌体的抗剪、抗拉强度,防止地震作用或其他较大荷载对房屋的破坏。设置圈梁还可提高房屋的整体刚度,提高纵、横墙水平方向的抗剪承载力,减轻由于地震时地基不均匀产生的沉降。
6 其他抗震措施
当建筑物外形复杂或者长度过长,或者房屋各部分的高度,刚度,重量相差很大,在地震力的作用下,由于房屋高度,刚度和重量差异部分的自振频率不一样,在各部分连接处,会引起相互性,拉挤压,并产生附加拉力,剪力和弯矩造成震害,所以应设置防震缝。
砖混房屋的抗震能力与砂浆强度等级成正比,提高砂浆强度是提高墙体抗剪承载力最直接的方法,相对于增大墙体面积提高砂浆强度,更经济、更有效。另外,当房屋墙体某些部位存在薄弱环节抗震验算通不过时,薄弱部分可采用配筋砖砌体,配置钢筋后使墙体的竖向承载力和水平方向抗剪承载力都得到提高,并且提高了墙体的延性,减小了墙体竖向和水平方向产生裂缝的可能性。
施工质量达标,是保证抗震设计的关键,砖混房屋施工时必须严格按照设计及规范要求进行。房屋的抗震效果与施工质量密切相关,抗震设计是通过施工来实现的,特别是多层砖混房屋的一些抗震构造措施更是靠高质量的施工才能充分发挥作用。砌体质量,纵、横墙体之间的连接,楼盖的整体性,楼盖与墙体之间的连接,甚至非结构构件与主体结构的锚固等,均需要高质量的施工才能满足。
7 结语
随着国家经济及房地产业的迅速发展,在中小城市里新建了越来越多的砖混结构房屋,由于抗震技术的不断进步,砖混结构房屋的抗震要求也越来越高,因此我们在设计过程中要不断学习和引用更先进的抗震技术,同时将各种技术措施综合起来,取长补短来完善抗震设计方案。由于砖混房屋有着许多的优点,如成本低,有良好的耐火性、保温性、隔热、隔音效果好,施工设备、施工方法也简单,未来仍将是我国主要的民用住宅形式之一。
参考文献:
[1]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[2]杨永兴.谈现代混凝土结构抗震设计理念[J].山西建筑,2012,38(2):48-49.
[3]周炳章.砌体房屋抗震设计规定[J].工程抗震,1999,1.
【关键词】 砖混结构;抗震设计;场地;刚度
1 选择对抗震有利的场地
多次大地震的震后调查研究表明,场地地形条件是影响建筑物破坏程度的一个重要因素,因此选择合适的场地非常重要。建筑场地按抗震要求可分为有利地段、一般地段、不利地段、危险地段。位于平坦开阔地段的稳定基岩,坚硬场地土,密实、均匀的中硬土均为有利地段;对建筑抗震不利的地段主要有软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、陡坡、陡坎、河岸和边坡的边缘等;危险地段一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等以及地震断裂带上可能发生地表错位的部位。选择建筑场地时应根据地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。当遇到不利地段时宜采取避开的方案,实在无法避开时,应尽量使建筑物场地选择建在基岩或薄土层上,以减轻地震对建筑物的破坏作用。对危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类的建筑。
2 合理布局建筑平面和立面
建筑平面、立面尽可能简单、规则、对称、减少偏心。竖向体型宜规则、均匀,避免有较大错层、外挑和内收。结构平面布置尽量规则,建筑物的质量中心与刚度中心应尽量重合,避免地震作用下产生扭转效应。建筑设计时应考虑降低房屋的重心,保证建筑的稳定性。凸出屋面部分的楼梯间、水箱间、烟囱、女儿墙等附属结构高度不应过高,由于地震时“鞭端效应”的影响,较高的女儿墙、高出屋面的烟囱更容易损坏或倒塌。
建筑的层数及高度必须满足GB 50011-2010建筑抗震设计规范第7.1.2条要求,由于房屋总重量及高度的增加,使其所受的水平地震作用也更大,同时也加大对底部的倾覆力矩,因此减少层数、降低层高、减轻自重等都是削弱地震影响的有效途径。
3 保证结构的整体性
砖混房屋抗震能力的强弱取决于结构的整体刚度和整体稳定性。纵、横向墙体、楼板组成了空间整体刚度的结构体系,要保证结构的整体性,可增大楼板的刚度和墙体的刚度。水平地震作用通过楼盖传递、分配给楼层中各墙体,并在墙体中产生剪力,刚度大的楼板及屋盖,水平刚度大能很好的传递水平荷载。现浇楼板及屋盖起到传递水平力的作用的同时也增加了楼板对墙体的约束。在合适的部位增设钢筋混凝土构造柱,也能增强结构整体性;设置配筋圈梁可增强建筑的空间刚度,提高结构整体稳定性,从而提高房屋的抗震性能。
4 科学的布置墙体
多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体。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,在两个方向适当布置纵、横墙混合承重,在很大程度上限制了纵、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。根据历次地震调查统计,纵墙承重的结构布置方案,因横向支撑较少,纵墙容易受弯曲破坏而导致倒塌,为此应优先采用横墙承重的结构布置方案。纵、横墙均匀对称布置,可使各墙垛受力基本相同,避免薄弱部位的破坏。为保证房屋纵向的抗震能力,并保证两个主轴方向振動特性不宜相差过大,纵、横向墙体数量不宜相差过大,在房屋宽的中部(约1/3宽度范围)应有内纵墙,且多道内纵墙开洞后累计长度不宜小于房屋纵向长度的60%。
楼梯间墙体缺少各楼板的侧向支撑,有时还会因为楼板踏步削弱了楼梯间的墙体整体强度,尤其是楼梯间顶层,楼梯间墙体有一层半楼层的高度,震害会加重。因此,在建筑布置时楼梯间尽量不设在尽端,或对尽端开间采取专门的加强措施。
5 有效的布置构造柱、圈梁
由于砖混结构房屋整体强度低、刚度小,因此墙体、楼板(屋盖)截面大,相应的材料用量也大,故而加大了建筑的自重,对其产生的地震作用也大,为提高结构的抗震性能,规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土构造柱并与圈梁连接形成封闭空间,共同加强建筑物的整体稳定性。构造柱与圈梁形成空间闭合结构后可对墙体起到约束作用,当墙体产生裂缝后可控制裂缝的发展,因此提高了墙体的整体性和变形能力,构造柱不承担竖向荷载的受力柱,主要用于抵抗剪力、抗击地震等横向作用,设置构造柱使高墙体的抗剪承载力可提高10%~30%左右。
另外,要强调在楼梯间设置构造柱特别重要,在汶川地震中发现楼梯间损坏非常严重,有些房屋的楼梯间由于没有设置构造柱,地震作用后几乎完全垮塌。因此楼梯斜段上下端对应墙体处设置构造柱,楼梯间四角也要设置构造柱,这样它就形成了一个应急疏散安全岛,大大提升了楼梯间的抗震能力。
在砖混结构房屋中,沿水平方向设置封闭的钢筋混凝土圈梁,可提高房屋空间刚度、增加建筑物的整体性,提高砌体的抗剪、抗拉强度,防止地震作用或其他较大荷载对房屋的破坏。设置圈梁还可提高房屋的整体刚度,提高纵、横墙水平方向的抗剪承载力,减轻由于地震时地基不均匀产生的沉降。
6 其他抗震措施
当建筑物外形复杂或者长度过长,或者房屋各部分的高度,刚度,重量相差很大,在地震力的作用下,由于房屋高度,刚度和重量差异部分的自振频率不一样,在各部分连接处,会引起相互性,拉挤压,并产生附加拉力,剪力和弯矩造成震害,所以应设置防震缝。
砖混房屋的抗震能力与砂浆强度等级成正比,提高砂浆强度是提高墙体抗剪承载力最直接的方法,相对于增大墙体面积提高砂浆强度,更经济、更有效。另外,当房屋墙体某些部位存在薄弱环节抗震验算通不过时,薄弱部分可采用配筋砖砌体,配置钢筋后使墙体的竖向承载力和水平方向抗剪承载力都得到提高,并且提高了墙体的延性,减小了墙体竖向和水平方向产生裂缝的可能性。
施工质量达标,是保证抗震设计的关键,砖混房屋施工时必须严格按照设计及规范要求进行。房屋的抗震效果与施工质量密切相关,抗震设计是通过施工来实现的,特别是多层砖混房屋的一些抗震构造措施更是靠高质量的施工才能充分发挥作用。砌体质量,纵、横墙体之间的连接,楼盖的整体性,楼盖与墙体之间的连接,甚至非结构构件与主体结构的锚固等,均需要高质量的施工才能满足。
7 结语
随着国家经济及房地产业的迅速发展,在中小城市里新建了越来越多的砖混结构房屋,由于抗震技术的不断进步,砖混结构房屋的抗震要求也越来越高,因此我们在设计过程中要不断学习和引用更先进的抗震技术,同时将各种技术措施综合起来,取长补短来完善抗震设计方案。由于砖混房屋有着许多的优点,如成本低,有良好的耐火性、保温性、隔热、隔音效果好,施工设备、施工方法也简单,未来仍将是我国主要的民用住宅形式之一。
参考文献:
[1]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[2]杨永兴.谈现代混凝土结构抗震设计理念[J].山西建筑,2012,38(2):48-49.
[3]周炳章.砌体房屋抗震设计规定[J].工程抗震,1999,1.