浅谈砌体结构的抗震设计
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摘要：本文从抗震角度诠释了多层砌体结构设计的抗震设计，在现行抗震规范采用的“三水准两阶段”设计法下如何做好多层砌体结构的设计。
关键词：砌体结构；抗震概念设计
Abstract: In this paper, the interpretation of the seismic design of multistory masonry structure seismic design from the perspective, how well the design of multi-story masonry structure is adopted in the current seismic code " Sanshui two stage design method ".
Key words: masonry structure; seismic concept design
中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A文章编号：
多层砌体结构因其工程造价较低在我国目前是应用较为广泛的结构形式，在整个建筑业中占着很大的比重。从节能和减排的角度，砌体结构仍有发展的余地。从国内外历次大地震来看，砌体结构在强烈地震作用下的破坏是极其严重的。无论我国1966年河北邢台邢台地震，1970年的云南通海地震，1976年河北唐山地震、2008年汶川地震等，还是国外如1923年日本关东地震，印度、墨西哥、希腊、俄罗斯、智利、印尼等国发生的大地震，都使砌体结构房屋大量破坏倒塌，造成人员和财产的巨大损失，教训是十分沉痛的。因此，作好砌体结构的抗震设防设计，具有十分重要的意义。
砌体结构因其构件组成和连接方式的内在原因，具有脆性性质，其抗剪、抗拉、抗弯强度都很低，如再不进行合理的抗震设计，其抗震性能及抗破坏能力就更低了。但地震灾害中也有少数的房屋震害较轻。这说明经过合理的设计和采取必要的抗震措施，再加上精心施工，仍可在地震区采用。我们在经过几十年的抗震科学研究，已经有一套适合我国国情的抗震理论和抗震方法来实现砌体结构的抗震设计。
首先注重抗震计算理论和方法。
抗震计算即是进行地震作用和房屋各构件的地震作用效应计算，包括各墙柱梁板承载力和变形计算。具体来讲，我国现行抗震规范采用的是“三水准二阶段”设计法：第一阶段通过多遇地震烈度地震作用的结构截面承载力验算，使同设计规范的强度和变形能力水平大体相当，保证小震不坏和中震可修；第二阶段通过罕遇地震烈度地震作用下的结构薄弱层弹塑性变形验算，并采取相应的构造保证措施保证大震不倒。
小震下弹性理论的计算主要包括地震作用计算和结构的内力分析，而结构构件的截面抗震验算仍然采用静力设计规范的方法和基本指标。大震下结构弹塑性变形计算是为了保障人民生命财产安全，对于延性结构要进行结构薄弱层的弹塑性变形计算，使之不超过允许限值以防止倒塌；砌体结构（无筋砌体）属于脆性结构，我们现阶段主要从抗震措施上考虑加强。
多层砌体房屋的地震作用计算一般是采用底部剪力法，以防震缝所划分的结构单元作为计算单元。计算出各楼层的水平地震剪力，然后按楼盖的刚度和墙体的层间抗侧力等效刚度分配到该方向的各抗侧力墙体上。
对于无筋砌体截面抗震承载力的验算，目前主要有两种计算理论：剪摩理论和主拉应力理论。它们有各自的适用范围：砖砌体一般采用主拉应力理论，而砌块结构可采用剪摩理论。
在砌体墙内配置横向钢筋，在一定程度上可提高砌体的抗剪强度。研究表明，配置水平钢筋的墙体，当配筋率为０．０３％～０．１7%时，极限承载能力较无筋砌体可提高５％～２５％。另一方面，配筋砌体受力后的裂缝分布均匀，变形能力大大增加。配筋墙体极限变形为无筋墙体的２～３倍。试验表明：配筋量过多，并不能发挥其有效作用；配筋量过少，则对提高砌体的抗剪强度和改善砌体的延性起不到作用。一般配筋率在０．０７％～０．１７％较合适。
关于砌体房屋地震作用及墙体截面的抗震验算的具体过程，《建筑抗震设计规范》做了比较详尽地介绍。
其次注重建筑抗震概念设计。
抗震概念设计是指利用抗震经验通过合理的定性判断对建筑场地选择、建筑平（立）面和结构体系、抗震构造措施等重要问题进行抗震设计处理。由于地震本身的随机性、各种结构之间的差异以及结构本身的复杂性、在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程的复杂性，目前的抗震计算设计仍处在较低水平，尚未达到科学的严密程度。因此，在目前要使建筑物具有尽可能好的抗震性能，首先应从大的方面入手，作好抗震概念设计，从根本上消除建筑物中的抗震薄弱环节，然后再辅以必要的抗震计算。如果整体的概念设计没有作好，计算工作再细致，也很难有效地控制抗震薄弱环节，从而也难免在地震时建筑物不发生严重破坏，甚至倒塌。所以我们应该重视房屋震害的实地考察，找出房屋抗震的薄弱环节，总结出有益的抗震措施，作好建筑结构的抗震概念设计。对砌体结构这种脆性材料来说，建筑抗震概念设计更为重要。
与水平地震作用平行地墙体是承受地震作用的主要抗侧力构件，从以往的地震调查资料可以看出，承重横墙地破坏主要是剪切破坏，并且一般是底层比上层严重。纵墙地破坏往往时因为横墙间距过大或者楼（屋）盖刚度较差而在平面外受弯受剪，在窗口上下截面处出现水平裂缝。
建筑物墙角的破坏也是很常见的，主要是因为应力集中和地震的扭转作用造成的；楼梯间的破坏一般是比较重的，原因是楼梯间缺少各层楼板的侧向支承，有时还因为楼梯间踏步消弱楼梯间的墙体，尤其是楼梯间顶层，墙体有一层半楼层高度，稳定性较差；纵横墙的连接处，因为受到两个方向地震力地作用受力复杂，容易产生应力集中，若施工时纵横墙不同时咬槎砌筑，又缺乏足够的拉结，则地震时连接处容易产生纵向裂缝，严重时纵横墙拉脱，出现中墙外闪以至倒塌。
分析地震时砌体结构的种种破坏，我们可以从构造上对这些容易破坏的地方采取一些加强措施，提高建筑物的抗震能力。这些措施，抗震规范已经作出了一系列的规定，此处不再赘述，只是想强调几个问题：
１．采用简单规整的平面立面布局
结构的总体布置是影响建筑抗震性能的关键问题。建筑抗震计算本来就是复杂而且不是非常成熟的科学，只有结构布局简单规整，才能尽量准确地确定结构地计算简图并计算和分配地震作用。尽量采用横墙承重体系或者纵横墙共同承重体系。而且纵横墙宜均匀对称，在平面内尽量连续对齐，错位墙体不宜过多，纵横向墙体数量不宜相差过大。
２．合理确定圈梁和构造柱的位置
设置圈梁和构造柱，砌体结构的抗震性能可以大大改善。据研究，若配筋墙体两端设置构造柱，由于水平钢筋锚固于柱中，使钢筋的效应发挥得更为充分，则可比无构造柱同样配筋率的墙体的承载能力可提高１３％左右。而且设置了构造柱和圈梁的砌体结构形成两道防御：第一道时砌体墙只出现宽度不大的裂缝，层间变形不大，构造柱尚未开裂；第二道是砌体裂缝大幅度地发展，靠构造柱及圈梁对砌体约束使墙体大变形消耗输入的地震能量。试验研究发现，砖墙增设构造柱后，位移延性系数增大很多，可达４～６。构造柱除了能够约束墙体的变形，提高砌体的抗剪强度之外，还能增强墙体之间的连接。这些对砌体的抗震都是十分有利的。应当指出：局部小墙垛绝不可以采用混凝土或钢筋混凝土柱来取代。
要确保构造柱和圈梁有效地发挥他们的作用，合理确定它们的位置是至关重要的。建筑抗震规范对此已经作了比较具体的规定，我们一定要严格按规范执行。另外，圈梁应封闭连续，尽可能形成一个个近似矩形或圆形的箍，同时应重视外墙周圈圈梁的加强。
3． 设置墙体配筋
设置墙体水平配筋能够有效提高墙体水平抗剪能力约30%左右；当水平配筋两端加以锚固时效果将更为突出。历次震害调查表明，多层砌体房屋墙体的破坏多数发生在房屋的下部，尤其是底层。理论和和实践表明，底部由于地震剪力较大而导致首先破坏和开裂。应当指出：此项对不同设防地区设置通长水平拉结筋的要求是一种抗震构造措施，即凡地震区的多层砌体房屋中，均应设置通长水平筋，但一般不计入强度验算之列。
３．作好各构件之间的拉结
多层砌体结构房屋的整体性要靠各种构件之间的连接构造加以保证。包括砌体墙与墙之间，圈梁构造柱与墙体，楼屋盖与圈梁墙体以及其他混凝土构件与墙体之间均应设置可靠连接。
最后在设计砌体结构时应遵循下列抗震设计基本要求。
1．控制多层砌体房屋的层数和高度、高宽比、抗震横墙的最大间距；
2. 选择有利于抗震的结构体系，结构宜有多道设防功能，且有明确的计算简图和合理的地震作用传力途径；
3．建筑物平立面布置宜规则、对称，沿建筑物高度的质量分布和刚度变化宜均匀，楼层不宜错层；
4．建筑物所在场地宜选择有利于抗震设防的场地，稳定的地基土，远离发震断裂等；
5．抗震构件应有必要的承载能力和变形能力外，还必须保证构件间具有可靠的连接；
6．应按规定设置钢筋混凝土构造柱和圈梁；
7．处理好非结构构件；
8．合理选用材料，保证施工质量。
综上所述，以上希望能给设计人员提供参考。作好砌体结构地抗震设计是十分重要的，希望能引起有关技术人员的重视。
参考文献：
国家标准《砌体结构设计规范》GB50003-2011.北京：中国建筑工业出版社，2011
国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.北京：中国建筑工业出版社，2010
唐岱新、龚绍熙、周炳章.砌体结构规范理解与应用（第二版）.北京.中国建筑工业出版社