抗震设计在砖混多层结构房屋设计的应用研究

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  【摘 要】根据抗震新规范从合理选择建筑物布局等方面论述了多层砖混结构房屋的抗震设计要点,并提出相关质量保证措施,从而保证建筑质量以最大限度地减少灾害给人类造成的损失。在地震设防地区,改善多层砖混砌体房屋结构延性对提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。本文根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范,结合自身设计的实践经验,对多层砖混房屋抗震设计进行分析探讨。
  【关键词】多层结构砖混结构抗震设计
  1引言
  近年来中国频发地震,造成的巨大伤亡和财产损失,时刻警示着人们要重视建筑的安全性能和抗震设计的重要性。多年来,砖混结构因其选材方便,造价低,施工简单,工期短等特点一直是当前建筑中使用较多一种建筑形式。其中民用住宅建筑中约占90%以上。砖混结构是指建筑物的主要承重构件以砖墙为主体,楼板采用预制或现浇钢筋混凝土,它是我国民用住宅采用的主要结构形式。2010年12月份,建设部颁布了最新的建筑抗震设计规范(GB50011-2010),对多层砌体结构的抗震设计提出了更高的要求。
  2抗震设计在多层砖混结构设计中的应用现状及问题
  19世纪中叶以后,随着水泥、混凝土和钢筋混凝土的应用,砖混结构建筑迅速兴起。高强度砖和砂浆的应用,推动了高层砖承重建筑的发展。
  2.1砖混结构的主要形式
  水平墙承重又叫做横墙承重,是使用和山墙平行的横墙支承楼层。比较适用于在平面布局上具有一定规律性的建筑结构。
  和水平墙承重相对应,纵墙承重就是采用纵墙来支承楼层,使用这种结构方式可以灵活布置开间,但是建筑物在刚度性能方面比较差,所以不能在立面开设一些大面积门窗。
  横纵墙混合承重就是在建筑结构中一部分使用横墙支撑楼层,还有一部分使用纵墙来支承楼层。这种结构形式比较适用于平面相对复杂、内部空间多变的建筑。
  内框架和砖墙混合承重。这种结构形式在建筑的内部使用梁柱来代替墙承重支撑楼层,建筑外围使用护墙起承重作用。此种结构形式可以获得比较大的内部空间,在平面布局上灵活多变,但是建筑物在刚度性能方面比较差。
  钢筋混凝土和砖墙混合承重。这种结构形式在建筑的底层使用钢筋混凝土框架起承重作用,而上部使用砖墙承重。
  3抗震设计对多层砖混结构设计优化影响分析方案
  3.1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。
  3.2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,在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值。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。
  3.3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。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。
  3.4适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度
  历次震害表明,多层砖混房屋的抗震能力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比,提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力,是减轻震害的有效途径之一。在6层砖混房屋的抗震验算中,上面几层的地震作用较小,容易满足抗震承载力的要求,而底部一、二两特别是第一层的地震作用力较大,是薄弱层,往往不容易满足要求;但若改变部分墙体的承载面积或适当提高砂浆的强度等级,如将部分240mm宽的承重墙改为360mm宽的墙,或将砂浆强度等级由M5体高到M10,则在抗震结果中显示满足抗震要求。可见在进行6层砖混房屋的抗震验算时,适当增加底部1~2层墙体面积或提高砂浆强度能有效地提高房屋的整体抗震能力。当施工质量控制等级为B级时,龄期为28天的以毛截面计算的普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值应按表2采用;砌体的轴心抗拉强度设计值,弯曲抗拉强度设计值和拉剪强度设计值应按表3采用。
  比照以上两表,可见对于相同类别的砌体,烧结普通砖或烧结多孔砖用不同强度等级的砂浆砌筑,其抗压强度设计值、轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值是不同的,随着砂浆强度等级的提高,同类别砌体的以上各设计强度也相应提高,所以可见提高砂浆强度等级,能有效提高砌体的强度,增加砌体的承载力,从而达到提高砖混房屋抗震性能的目的。
  3.5有效设置房屋圈梁和构造柱。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。
  3.6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。
  4.结论
  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。
  参考文献:
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