砌體結構抗震的新發展論文
砌體結構抗震的新發展論文
摘要：砌體結構是一種傳統的牆體材料，在我國的各類建築中仍佔80%以上的比例。近些年來，隨著建築業的蓬勃發展，新型牆體材料也不斷湧現，如從歐美引進的混凝土小型空心砌塊就是其中的一種。另外,結合就地取材的原則生產的各種地方性砌體材料,如蒸壓類和燒結類的非粘土多孔磚和實心磚.這都為砌體結構的應用擴大了領域和範圍.
關鍵詞：砌體 抗震
一、引言
砌體的結構是一種傳統的牆體材料，在我國的各類建築中仍佔80%以上的比例。近些年來，隨著建築業的蓬勃發展，新型牆體材料也不斷湧現，如從歐美引進的混凝土小型空心砌塊就是其中的一種。另外,結合就地取材的原則生產的各種地方性砌體材料,如蒸壓類和燒結類的非粘土多孔磚和實心磚.這都為砌體結構的應用擴大了領域和範圍.
現代砌體結構已與傳統的砌體有許多區別。按照砌體中的配筋率大小可將其分為無筋砌體結構、約束砌體和配筋砌體三類，它們的界限定義為：僅有少量的拉結鋼筋，含筋量在0.07%以下時為無筋砌體；約束砌體適用於地震設防地區的砌體結構，如在牆段邊緣設定邊緣構件（鋼筋混凝土構造柱），同時牆段上下設定有圈樑，此類砌體結構的特點是在砌體周邊均有鋼筋混凝土約束構件，砌體配筋量在0.07%-0.17%左右；配筋砌體適用於10層以上的中高層建築，如配筋混凝土空心砌塊，其實就是一種砌築成型的剪力牆結構，其配筋率也接近於現澆鋼筋混凝土剪力牆結構，即在0.2%左右。
1966年的邢臺地震和1976年的唐山地震等數十次破壞性大地震，以及1923年日本關東大地震等，幾乎無一例外的表明無筋砌體結構不能承受大地震的考驗。因此目前國外抗震規範一般只允許建造3層及三層以下的砌體結構。
儘管砌體結構的抗震效能如此之差，然而在城鎮建設中，由於我國人口集中，土地有限，所以我們不可能把砌體結構限制過嚴，而是要適應發展的需要，在研究和總結震害的基礎上，改進砌體的抗震效能，提高它的建造層數和高度，滿足業主需要。
二、約束砌體
砌體結構的脆性性質可以透過配筋或加強邊緣約束來改善。1976年唐山大地震後，總結地震中八棟裂而不倒的砌體房屋的經驗，提出了在承重牆體中設定邊緣約束構件的規定。經過二十多年的實踐考驗證明，設有構造柱的砌體房屋，在經受九度地震後未發現有倒塌的`例項，此種做法是安全的。但應注意以下幾點：
1、約束牆體的構造柱截面不宜過大，配筋不宜過多。且必須是先於牆後澆構造柱混凝土，使柱與牆體能夠緊密結合，共同工作。此類構造柱在牆體受水平地震作用初期應力極小,剛度也不大。但當牆體開裂後柱內應力逐步增大,直到裂縫貫通牆體,構造柱才明顯受力直到鋼筋屈服。此時的牆體已破碎,構造柱的約束使得牆體破碎而不至於倒塌,從而達到“裂而不到”的目標。如果構造柱截面和配筋過大，由於混凝土剛度遠大於砌體牆體，所以構造柱會吸收大多數的地震力，結果構造柱先於牆體破壞，起不到約束牆體的作用。
2、構造柱的設定不能改變砌體剛性的性質。牆體在豎向和水平地震作用下首先沿45°主拉應力的軌跡開裂，並逐步延伸，形成對角的“x”形裂縫；如果牆段的高寬比較大，則在牆體中段會出現水平裂縫段。因此構造柱的間距不能過大，否則將會消弱對牆段砌體的約束作用，基本上是縱牆內每開間均設，橫牆內間距不大於層高的兩倍。
3、構造柱必須依靠樓層上下樓蓋圈樑的拉結。構造柱作為一種豎向構件，一般沿牆截面不變，配筋也少有變化。因此，在各樓層柱高處必須有圈樑作為錨固點，以形成上下和左右牆段的約束作用。
4、樓蓋圈樑在多層結構中很難準確計算，它的作用是多方面的，如增強拉接，提高結構的整體性，抵禦地基的不均勻沉降，加強樓板與牆體的連線等。而構造柱的作用也是如此，它在加強牆體之間的連線方面是明顯的，但它的約束作用一般要在牆體開裂以後才能發揮，這是構造柱的特點之一。
5、設定構造柱之後，牆體的抗剪能力一般提高20%左右，因此應當認為提高砌體抗剪強度不是在牆兩端設定構造柱的主要目的，構造柱的主要作用在於較大幅度的增大牆體的變形能力，特別是對牆段塑性變形後的約束作用。牆段兩端的構造柱既不能阻止牆體裂縫的出現，也不能大幅度的提高牆段的抗剪能力，但它使牆段和房屋取得了較大的延性，從而減小了突然發生倒塌的危險性。
6、構造柱間距應該分兩種情況區別對待。一種是單一作為約束邊緣構件的構造柱，此類構造柱的設定主要考慮約束牆段的長度需要，以往抗震規範中尚不明確，無論在砌體橫牆或縱牆中均為提出間距的要求。事實證明構造柱的約束作用是有限的。例如在以往的縱牆中設定構造柱時只要求在兩端設構造柱，數十米長的構造柱難以約束牆段的破壞此時構造柱的數量是遠遠不夠的。即使橫牆中的構造柱間距一般可能達到11~12米，構造柱作用也難以完全發揮。
根據工程實踐經驗和有關試驗研究資料分析結果，新規範對此做了補充和完善：
a) 當層數和房屋高度接近或者達到砌體結構限定高度時橫牆內的構造柱間距不宜大於層高的2倍，即一般不宜超過5.4米；縱牆內的構造柱一般不超過3.9米（外縱牆）和4.2米（內縱牆），即大致每開間均應設定一根構造柱。如此要求是十分必要的，實驗證明牆段的寬高比超過2時，構造柱的約束作用降低。
b) 在開間較大、橫牆較少的多層住宅中，當層數和房屋高度接近和達到砌體高度限定高度時對構造柱的設定間距要求更高。在橫牆內的柱間距不宜大於層高，在縱牆內的柱間距不宜大於4.2米；同時在所有縱橫牆交接處及橫牆的中部也均應設有構造柱以約束相應牆段的砌體。
透過上面規定可以看出構造柱作為一種約束邊緣構件限定其最大間距是十分必要的，否則將難以發揮其應有的作用，新規範完善了對多層砌體結構構造柱設定的規定，在一定程度上也提高了砌體結構的抗震安全性，有效的保證了大震不倒的抗震設防的總目標的實現。
7、構造柱的計算
按照提高牆段的抗剪強度要求，設定構造柱是對構造柱作用的一種新發展。設定構造柱的目的不同因此設定部位也不同，此類構造柱一般均佈置在牆段中段。當房屋的設防烈度要求較高或橫牆較少，牆段不能承受所承擔的地震作用時可採用增設構造柱的做法來提高牆段的抗剪強度，滿足抗震設防地區對多層砌體結構的抗剪要求，因此中段構造柱的作用不同與設定在牆段邊緣的約束構造柱，兩者從概念上不能混為一談。
三、對於配筋砌體，主要是對於當房屋層數比較高時應用，對於大量的民用建築中，應用還不是很廣泛，在此我們就不多談了。但對於青島地區而言，氣候潮溼、抗震設防六度，住宅建設中的通常做法是在地面設架空層或半地下室，坡屋頂，實際層數達到8層，已超出規範限值。規範中的用詞為“不宜”超過7層，也就是說只要採取合理有效的措施，還是可以實現的。具體做法是：
（1）樓層圈樑層層設定，截面適當加大；
（2）牆體交接處均設定構造柱；
（3）構造柱間距不大於4米；
（4）大於米的洞口兩側設構造柱；
這樣處理的中心意思就是按組合砌體來考慮這類情況。但這樣處理後，因為現在的住宅設計要求較高，平面一般情況下都比較複雜，縱牆很少有連通的，所以牆體內的構造柱數量較大，對砌體本身而言是不利的，所以構造柱的截面不能過大，否則達不到我們要求的結果。
四、由於我國現在正處在牆體材料改革的時期，不同的地區都會有一些適合本地材料，但我們的總體思想“小震無礙，中震可修，大震不倒”是不變的，無論哪種材料，都要採取相應的抗震構造措施來保證工程的安全性，保證國家、人民的財產不受到損失。