王 正

汶川地震實例表明,砌體結(jié)構(gòu)在開間較小,構(gòu)造柱按構(gòu)造與計算要求設(shè)置并同圈梁形成混凝土約束邊框的情況下,比框架體系具備更多的超靜定次數(shù),而由于各種原因框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計時并未實現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的目標(biāo)。實例表明,大量塑性鉸出現(xiàn)在柱端,砌體結(jié)構(gòu)因而也就在大震時具備了比框架結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的抗震能力,現(xiàn)通過若干問題分析砌體結(jié)構(gòu)的利弊。

1 平面

若平面不規(guī)則,墻體不連貫形成連續(xù)的抗側(cè)力體系,在計算中就會發(fā)現(xiàn)部分墻體抗力效應(yīng)比遠(yuǎn)小于1。計算所需配筋超過墻體最大配筋率要求,只能依靠增加構(gòu)造柱或抗力效應(yīng)比較小的墻體混凝土剪力墻,才能保證通過,如圖1,圖 2所示。圖1中結(jié)構(gòu)平面較為規(guī)則,圖2平面是 L形且很不規(guī)則,所以圖2墻體中40%左右墻體抗力效應(yīng)比較小,以致于不得不將部分墻體上洞口減小或移動洞口位置,才使得最終結(jié)構(gòu)抗震計算通過。圖1中雖平面較為規(guī)則,但樓梯間凸出、外墻不連貫且開有較大洞口,部分端部墻體仍需配筋,而樓梯間凸出,凸出部分墻體在地震中位移勢必增大,極易造成破壞,但建筑方案不得改動,最后將整個凸出部分配筋,同時增大了構(gòu)造柱筋及圈梁尺寸與配筋(構(gòu)造柱主筋再加大為 4二級鋼14,箍筋變?yōu)橐患変?8@100。圈梁截面430 mm,箍筋變?yōu)橐患変?@100),以期在大震中即便是墻體開裂,而在圈梁構(gòu)造柱的約束下也不致于全面垮塌,從而保證了人員的安全撤出,若要實現(xiàn)這一目標(biāo),構(gòu)造柱圈梁就不能提前破壞。

以上就是由于平面不規(guī)則而引起的一系列問題,實際上,開發(fā)商應(yīng)注意到如果平面規(guī)則,可以節(jié)省很大一筆投資。筆者曾遇到一個工程,邊單元全部是大開間臥室、客廳、開有角窗,結(jié)果導(dǎo)致抗震驗算無法通過。后經(jīng)與開發(fā)商協(xié)商,做成假角窗,即山墻無翼墻。即便如此,山墻厚度達(dá)到500 mm厚,且墻體配置水平五道三級鋼4鋼筋,這種做法非常不經(jīng)濟(jì)。而磚混結(jié)構(gòu)能夠存活至今,依靠的是其造價低廉和施工簡便,若是單純追求外立面效果、房屋大開間的話,筆者認(rèn)為結(jié)構(gòu)形式不宜采用砌體結(jié)構(gòu)。

2 基礎(chǔ)

汶川地震中部分民房就采用了柔性條形基礎(chǔ),由于基礎(chǔ)的整體性不強(qiáng),使得基礎(chǔ)提前破壞,從而導(dǎo)致了墻體通長裂縫的出現(xiàn),使得整個建筑物徹底損毀。因此可以推論砌體結(jié)構(gòu)不適于采用柔性基礎(chǔ),而我們以現(xiàn)今的經(jīng)濟(jì)力量來看,完全可以采用筏板基礎(chǔ)或剛性條基。在實際中,如果采用了筏板基礎(chǔ),建筑物沉降差就會減小,從而極大的避免了由于不均勻沉降而產(chǎn)生的墻體裂縫。在震中地區(qū),豎向地震作用巨大,有資料表明,汶川地震中豎向地震加速度已大于1.0g,在此種情況下,柔性條基勢必破壞,而剛性基礎(chǔ)因其整體性良好,抗震能力強(qiáng),可保證大震情況下基礎(chǔ)不被首先破壞,從而保證了上部結(jié)構(gòu)不會因基礎(chǔ)的破壞而失去承載力導(dǎo)致垮塌。若基礎(chǔ)剛性愈強(qiáng),其抗震能力勢必愈強(qiáng)。因此,砌體結(jié)構(gòu)由于材料自身原因,上部剛度不強(qiáng),為保證其在大震下不倒塌,宜采用筏板基礎(chǔ),而一些地基自身剛度較強(qiáng)的地段如基巖,筆者認(rèn)為可采用剛性條基。

3 構(gòu)造柱及墻體加筋

構(gòu)造柱除應(yīng)按規(guī)范要求,在外墻四角、樓(電)梯間四角,較大洞口兩側(cè)、大房間內(nèi)外墻交接處、較大洞口兩側(cè),所有縱橫墻交接處設(shè)置以外,在8度區(qū)的磚混結(jié)構(gòu)計算時,許多墻中部都應(yīng)按計算要求增加構(gòu)造柱,尤其是端部短墻,如圖1中方框處短墻,若不增加墻中部構(gòu)造柱,墻體抗力效應(yīng)比只能達(dá)到0.71,抗震驗算根本無法通過。但應(yīng)注意到,如適當(dāng)增加構(gòu)造柱數(shù)量將有利于改善墻體抗力效應(yīng)比,但當(dāng)中部構(gòu)造柱增加到一定程度時,不僅對抗力效應(yīng)比提高沒有幫助,反而會因為墻體截面面積減小而降低其抗震承載力,而某些部位的構(gòu)造柱應(yīng)整體加強(qiáng),如圖1中樓梯面凸出部位,外墻角部,這些在地震作用中效應(yīng)較大的部位,加強(qiáng)措施可采用加大箍筋,提高混凝土標(biāo)號,同時應(yīng)增大豎向鋼筋規(guī)格。計算中若增加構(gòu)造柱仍無法使抗力效應(yīng)大于1,則只能采取墻體加筋的方法,但設(shè)計時應(yīng)注意很多問題。如電算結(jié)果僅提供配筋值,并未考慮最大最小配筋率,另外規(guī)范要求,水平灰縫厚度不得大于12 mm,而鋼筋上下至少應(yīng)保證2 mm厚砂漿,因此水平筋根部筋直徑之和不得大于8 mm。一般情況下,水平筋可取4 mm(240墻三排、370墻四排),分布筋3 mm。但是筆者認(rèn)為,設(shè)計中應(yīng)盡量少采用或不采用水平配筋,而應(yīng)靠盡可能調(diào)整方案、洞口大小位置來提高抗力效應(yīng)比,因為在施工過程中,鋼筋上下各2 mm砂漿就很難保證,而且加筋后灰縫厚度經(jīng)常超過規(guī)范值,不得不返工重做,從而加大了經(jīng)濟(jì)成本,產(chǎn)生耗時耗力的效果。

4 結(jié)語

磚混結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于施工簡便、造價低廉,在實際應(yīng)用中,如采用剛性基礎(chǔ)、平面規(guī)則、開窗洞口位置合理的情況下,如按造價及計算要求設(shè)置構(gòu)造柱、增加圈梁,這種結(jié)構(gòu)仍然有著良好的抗震功能,尤其是在華北大部分地區(qū)及西部少部分地區(qū),粉煤灰有大量儲備,在技術(shù)支持下,粉煤灰蒸壓砌塊的各項指標(biāo)已全面超過粘土磚,磚混結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的生存空間。因此,筆者認(rèn)為磚混結(jié)構(gòu)只適用于經(jīng)濟(jì)適用房、廉租房等工程建設(shè),而不適用于房屋開間較大的學(xué)校、醫(yī)院等公共建筑或豪華住宅。

[1] 鄭 娟.探討砌體結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計[J].山西建筑,2009,35(33):80-81.