探讨多层砖混结构房屋的抗震设计

探讨多层砖混结构房屋的抗震设计

地震是一种常见的自然现象，其破坏力不容小觑。特别是在地震频发的地区，房屋的抗震设计显得尤为重要。砖混结构房屋由于其选材方便、施工简单等特点，在我国民用建筑中占据重要地位。然而，这种结构在地震中往往表现出脆性性质，抗震性能较差。本文将从多个方面探讨如何通过科学设计来提高多层砖混结构房屋的抗震性能。

一、科学布局建筑平面和立面

建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。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。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度；对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。

建筑立面应避免头重脚轻，房屋重心尽可能降低，避免采用错落的立面，突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。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案，即使不可避免时，也应尽量在适当部位设置防震缝，将体型复杂，平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元。

在实际工程设计中，应尽可能兼顾建筑造型，又满足使用功能要求的前提下，将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方；同时又能有效地提高工程的抗震性能。

二、砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值

历次震害证明，砌体房屋的层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。现行建筑抗震设计规范（GB50011—2001）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定：多层砌体房屋的总高度及层数应满足表1中的限值。

（注：室内外高差大于0.6m时，房屋总高度应允许比表中数据适当增加，但不应多于1.0m）

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側向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏，故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

三、增强砌体房屋的刚度及整体性

房屋是纵、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，其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。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，是较理想的抗震构件，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，因作为以剪切变形为主的砌体结构，层间变形是可控制的。较强的楼板及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。因此，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。

四、提高砌体强度

砌体强度是影响房屋抗震性能的重要因素之一。砌体强度主要取决于砖的强度等级、砂浆的强度等级和砌筑质量。提高砌体强度的主要措施有：

1. 提高砖的强度等级：采用高强度砖可以提高砌体的强度，但成本较高，一般情况下不推荐使用。

2. 提高砂浆的强度等级：提高砂浆的强度等级是提高砌体强度最经济有效的方法。根据试验，砂浆强度等级每提高一级，砌体的抗压强度可提高10%~15%。因此，在抗震设防地区，砌体房屋的砌筑砂浆强度等级不应低于M5，对于6度设防区不应低于M7.5，对于7度及以上设防区不应低于M10。

3. 改善砌筑质量：砌筑质量对砌体强度的影响很大。在施工中应严格控制灰缝的厚度和饱满度，保证灰缝的均匀性和密实性，避免出现瞎缝、假缝和通缝等质量问题。

五、有效设置房屋圈梁和构造柱

多次震害调查表明，圈梁是多层砖房的一种经济有效的措施，可提高房屋的抗震能力，减轻震害。在多层砖混房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁，可加强内外墙的连接，增强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用使楼盖与纵、横墙构成整体的箱形结构，能有效地约束预制板的散落，使砖墙出平面倒塌的可能性大大降低，以充分发挥各片墙体的抗震能力。圈梁作为边缘构件，对装配式楼、屋盖在水平面内进行约束，可提高楼盖，屋盖的水平刚度，同时能保证楼盖起一整体横隔板的作用。圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙体裂缝的开展，且不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，并减小裂缝与水平面的夹角，保证墙体的整体性和变形能力，提高墙体的抗剪能力。设置圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响，特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。现浇钢筋混凝土圈梁的设置应符合现行建筑抗震设计规范的要求。现浇钢筋混凝土圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。圈梁的截面高度不应小于120mm，配筋应符合表4的要求。

多次实验表明，砖墙增设构造柱后能提高砖混房屋的延性，发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用；设置钢筋混凝土构造柱能使砌体的抗剪承载力提高10~30%，提高砌体的变形能力，是有效的抗倒塌措施。另外，在多层砖混房屋中合理地设置构造柱，能起到增强房屋整体性的作用，还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量，从而大大提高抗震能力。现浇钢筋混凝土构造的设置部位应符合建筑抗震规范的要求。构造柱最小截面可采取240×180mm，8度超过五层时，构造柱纵向钢筋宜采用4Ф14，箍筋间距不应大于200mm，且在柱上、下端宜适当加密。房屋四角的构造可适当加大截面及配筋，构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500毫米设Ф6拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于1m。

六、在合理位置的墙段内设置水平钢筋

在抗震验算中，多层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求，即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承力验算。为了提高墙体的抗震能力，可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋，使地震力由砌体及水平钢筋共同承担。一些试验表明，配筋多孔砖墙体可以有效地提高墙段的抗震性能，减少脆性，增加延性，增强砖混房屋的抗震性能。水平配筋砖砌体的砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5，水平钢筋宜采用HPB235、HRB335钢筋，配筋率不应小于0.07%，也不宜大于0.17%，间距不应大于400mm；钢筋锚固长度不宜小于180mm。

七、其它措施

多层砖混结构房屋的楼梯间宜设置在每个单元中部，尽量避免将楼梯设在房屋尽端靠近山墙处；突出屋顶的楼梯间，构造柱应伸到顶部与顶部圈梁连接。为了避免个别墙段抗震强度不足首先破坏，导致逐个破坏，进而造成整栋楼破坏甚至倒塌，要求房屋的局部尺寸宜满足抗震规范的限值要求。多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局，结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，从而满足抗震要求。在抗震设计时体现以预防为主的设计思想达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。对于建设工程只有在抗震设防，抗震设计和施工质量这三方面都符合要求，才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。