李 佳

建筑物的設(shè)計和建造手段經(jīng)歷了一個從剛性設(shè)計、柔性設(shè)計、延性設(shè)計到采用結(jié)構(gòu)控制手段的演變過程[1]。砌體結(jié)構(gòu)多采用磚和砂漿砌筑，通過內(nèi)外磚墻的咬砌達(dá)到整體連接性，這種組成材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì)，變形能力小，雖然采取加強措施，但抗震性能和砌體的抗拉能力、抗剪能力都較低，結(jié)構(gòu)較易發(fā)生脆性的剪切破壞，甚至導(dǎo)致整個房屋的破壞和倒塌。但是多層砌體結(jié)構(gòu)房屋在建筑設(shè)計領(lǐng)域，特別是中小城鎮(zhèn)還有著廣泛的應(yīng)用，因此在抗震設(shè)防地區(qū)改善多層磚混砌體房屋結(jié)構(gòu)延性，提高抗震性能具有極其重要的意義。

筆者通過工程實例，運用計算機的計算軟件理論計算出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而進(jìn)行合理設(shè)計，通過在相應(yīng)位置設(shè)置構(gòu)造柱，墻體內(nèi)設(shè)置鋼筋，加大承重墻體厚度等方式加強房屋的抗震性能，使多層砌體結(jié)構(gòu)成為了滿足工程相應(yīng)抗震設(shè)計目標(biāo)的結(jié)構(gòu)體系。

1 工程概述

實例工程為山西省某縣的一棟住宅樓。住宅樓總共六層，其中一層為儲物間和車庫，二層以上為住宅，共六個單元。建筑總高度18.75 m，首層層高2.6 m，二層及以上層高3.0 m，總建筑面積5 560 m2。

其建筑主體結(jié)構(gòu)采用砌體結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。工程所在地的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計地震分組為第二組，設(shè)計基本地震加速度為0.20 g。此建筑抗震設(shè)防類別屬于丙類。建筑場地類別為Ⅲ類。

2 結(jié)構(gòu)的抗震分析

該工程運用PKPM V3.1的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及計算，計算結(jié)果顯示一層及二、三層多數(shù)縱向墻體抗震驗算結(jié)果不滿足要求，分析造成此結(jié)果的原因如下：

1）工程所在區(qū)域抗震烈度8度，0.20 g，6層，總高18.75 m，根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表7.1.2房屋的層數(shù)限值為6層，建筑總高度限值18 m，因此該多層磚砌體房屋總高度18.75 m，六層砌體已達(dá)到規(guī)范所規(guī)定的上限值。

2）建筑場地類別為Ⅲ類，且場地土有輕微液化，都是對抗震很不利的因素。

3）由于建筑需要縱墻較少，底層外縱墻少且開洞較大，底層和標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)縱墻不是上下對齊，二層以上較多縱墻在第一層并沒有落地，以建筑1個單元為例，如圖1、2所示，比如標(biāo)準(zhǔn)層的D軸①②段及⑥⑦段墻體在第一層并沒有墻體。

圖1 首層墻體布局Fig.1 Wall layout of the first layer

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層墻體布局Fig.2 Wall layout of the standard layer

2.1 抗震加強措施

2.1.1 對基礎(chǔ)采取的措施

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表4.3.6，丙類建筑，地基的液化等級為輕微者，基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不采取措施。即盡量避免采用加固處理液化土層的方法,而是對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)在構(gòu)造措施方面進(jìn)行有效處理。采取的措施比如通過采用箱基、筏板基礎(chǔ)或者加設(shè)基礎(chǔ)圈梁等。為此該住宅樓采用筏板基礎(chǔ)[3]，并在-0.050 m標(biāo)高處加設(shè)300 mm高基礎(chǔ)圈梁。在管道洞口處，洞口尺寸有預(yù)留，采用柔性接頭。

2.1.2 上部結(jié)構(gòu)采取的措施

該工程一共6個單元，在3個單元處設(shè)置了伸縮縫兼做防震縫，縫寬100 mm，且縫兩側(cè)均設(shè)置墻體。

在底層的窗臺下墻體灰縫內(nèi)設(shè)置3道焊接鋼筋網(wǎng)片，并伸入兩邊窗間墻內(nèi)不小于600 mm。頂層墻體有門窗洞時，在過梁上的水平灰縫內(nèi)設(shè)置3道焊接鋼筋網(wǎng)片，并伸入洞口兩端墻內(nèi)不小于600 mm。

樓梯間屬于砌體結(jié)構(gòu)抗震的薄弱部位，所以將樓梯間墻體通過配置鋼筋得以加強，比如頂層沿墻高每隔500 mm處設(shè)置通長鋼筋；其他的各層樓梯間的休息平臺處設(shè)置鋼筋混凝土帶。

由于一層外縱墻洞口為庫房的大門，根據(jù)建筑需要開洞較大，為2 500 mm×2 100 mm，而二層以上的相應(yīng)位置為臥室窗洞口，僅為1 700 mm×1 700 mm,導(dǎo)致下層開洞大于上層，因此庫房門洞上部梁受力很大，不能簡單的按照過梁和圈梁的合并來計算，而是單獨對此道梁進(jìn)行了受力分析，配筋見圖3。

圖3 車庫門洞上梁配筋圖Fig.3 Reinforcement diagram of beam on the garage door

2.1.3 構(gòu)造柱的設(shè)置

圖4 配筋墻體位置Fig.4 Reinforced wall location

鋼筋混凝土構(gòu)造柱的作用主要在于對墻體的約束，構(gòu)造柱截面不必過大，但是需要和各層縱橫墻的圈梁和現(xiàn)澆樓板連接，才能充分發(fā)揮約束作用。按照GB 50011—2010表7.3.1條規(guī)定設(shè)置構(gòu)造柱。規(guī)范第7.3.2條第5款規(guī)定，在高度和層數(shù)接近表7.1.2限值時，還需要增設(shè)構(gòu)造柱，構(gòu)造柱具體布置位置見圖2，在個別縱墻抗震驗算結(jié)果不合格處，如軸與③軸交接處,軸與⑤軸交接處增設(shè)構(gòu)造柱，加強縱墻墻體抗震能力。構(gòu)造柱的配筋方面，根據(jù)GB 50011—2010第7.3.2條構(gòu)造柱采用4采16的縱筋，箍筋采用φ8@200。四角及轉(zhuǎn)角處的構(gòu)造柱截面適當(dāng)加大，采用370 mm×370 mm。

2.1.4 圈梁的設(shè)置

抗震構(gòu)造是砌體房屋設(shè)計的重點，而抗震構(gòu)造的重點又是圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置，圈梁和構(gòu)造柱共同設(shè)置能增強房屋的整體性和抗變形能力，提高房屋的抗震性能，避免墻體開裂后突然倒塌，是抗震的有效措施[2]。該工程在屋蓋及每層樓蓋處、各層所有橫墻處均設(shè)置180 mm高圈梁，圈梁配筋4φ12，箍筋φ6@200。

圈梁在門窗洞口無法連續(xù)時的做法見圖5。當(dāng)圈梁和過梁重疊時的做法詳見圖6。

圖5 圈梁在洞口不連續(xù)處做法Fig.5 The ring beam in the hole discontinuity approach

圖6 圈梁兼做過梁做法Fig.6 Ring beam and lintel approach

2.1.5 墻體配置鋼筋

砌體的抗拉強度很低，為了提高整個墻體的抗拉能力，可以采用在灰縫中配置一定數(shù)量的橫向鋼筋，根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第10.2.2條式10.2.2-2：

式中： V——考慮地震作用組合的墻體剪力設(shè)計值，kN；

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)；

fvE——砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強度設(shè)計值，N/mm2；

A——墻體橫截面面積，mm2；

ζs——鋼筋參與工作系數(shù)；

fyh——墻體水平縱向鋼筋的抗拉強度設(shè)計值，N/mm2；

Ash——層間墻體豎向截面的總水平縱向鋼筋面積，mm2。

在墻體斷裂退出工作時，墻體內(nèi)的鋼筋會起到抗剪的作用。規(guī)范規(guī)定砌體墻體的配筋率在0.07%～0.17%為宜。該工程根據(jù)PKPM計算，軟件在墻體抗震驗算不合格的墻段標(biāo)示所需配置鋼筋面積，根據(jù)鋼筋面積在墻段砌體灰縫處配置鋼筋，如圖4中陰影部分墻體中配置2φ6@200的鋼筋，可改善砌體結(jié)構(gòu)的受力性能，提高砌體的延性。

另外，在墻體轉(zhuǎn)角處和縱橫墻交接處按照規(guī)范設(shè)置拉結(jié)鋼筋。根據(jù)GB 50003—2011第6.2.2條“應(yīng)沿豎向每個400 ～500 mm設(shè)拉結(jié)鋼筋，其數(shù)量為每120 mm墻厚不少于1根直徑6 mm的鋼筋”；“埋入長度從墻的轉(zhuǎn)角或交接處算起，對實心磚墻每邊不少于500 mm”[4]。

2.1.6 加厚縱墻

采取以上措施后，個別墻體在抗震驗算時仍然不合格，由于首層軸縱墻不影響建筑需求，所以優(yōu)先采取加厚此道縱墻，改墻厚為490 mm，其他縱墻也采用370 mm厚磚砌筑。二層所有縱墻均采用370 mm厚。

3 結(jié)論

砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震性能較差，當(dāng)縱、橫墻不能滿足抗震強度驗算要求時，應(yīng)根據(jù)抗剪強度大小，選擇各種提高抗剪強度承載力的方法[2]。筆者簡要介紹某多層砌體結(jié)構(gòu)的實際工程，通過采取各種提高多層砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的措施使房屋達(dá)到了滿足抗震設(shè)防要求的各項指標(biāo)，分析計算的過程使幾種措施的應(yīng)用更加明確和直觀。

總結(jié)提高砌體房屋抗震性能的六種方法如下：

1）改善地基的抗震能力，改善整個結(jié)構(gòu)的整體性。

2）將薄弱部位予以加強。如在樓梯間、底層和頂層窗臺板處設(shè)置混凝土帶。

3）墻體段內(nèi)增設(shè)構(gòu)造柱，除按照規(guī)范設(shè)置外，通過計算在相應(yīng)位置可增設(shè)。

4）每層內(nèi)外橫縱墻處均設(shè)置圈梁。

5）在砌體結(jié)構(gòu)的灰縫中配置適當(dāng)數(shù)量的鋼筋

6）在不影響建筑需求的情況下增厚墻體。

[1]楊書靈.消能減震技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用[J].林產(chǎn)工業(yè),2016,43(8):59-60.

[2]朱炳寅.建筑抗震設(shè)計規(guī)范應(yīng)用與分析 GB 50011—2010[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011:345.

[3]李佳.國有林場危舊房改造項目住宅樓地基處理方法[J].林產(chǎn)工業(yè),2015,42(2):53-55.

[4]GB 50003—2011 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.