砌体结构抗震能力的提高研究

关键词：抗震能力 砌体结构 建筑设计 构件 　 

　　在传统的墙体建筑材料中，砌体结构是其中所占比重最大的建筑材料，目前随着我国建筑企业的不断发展，在建筑材料上也出现了很多全新墙体建筑材料，比如一些小型的混凝土空心砌块，同时还有一些依照就地取材原则所生产的各种地方性的砌体建筑材料，比如实心砖、非粘土多孔砖以及蒸压多孔砖，这些砌体结构出现都在应用领域上实现了扩大。由于砌体结构在施工过程中具有施工方便、工期短、选材便利以及造价低廉等多方面的特点，因此目前在我国一般房屋建筑过程中还是占据了比较重要地位。 

　　我国一直以来都对房屋抗震方面给予了足够的重视，从近年来的汶川地震以及玉树地震等相关调查中发现，砌体结构的房屋在抗震性方面并不突出。但是由于砌体结构在目前我国的房屋建筑上所占比重非常大，因此对砌体结构房屋的抗震性实现提高具有十分重要的现实意义。 

　　一、砌体结构的抗震能力概述 

　　我国早在几千年前就可以在房屋结构中采用砌体结构，目前我国很多旧式建筑以及遗留下来的古老建筑几乎都属于砌体结构。虽然随着我国建筑业的不断发展以及科学水平的不断提高，我国中型以及大型城市里的建筑物为了提高其抗震性能以及实现空间布置上的灵活性而大大减少了对砌体结构的使用，但是在一些小型城市以及广大的农村地区，由于其砌体结构在造价以及施工上的便利性还是成为了民用建筑中的主导，而这种主导地位依旧还能维持很长一段时间。 

　　砌体结构本身抗震性能不高主要表现在两个方面的内容：首先是由于墙体本身在抗剪强度上的不足，一旦发生地震就会导致墙体出现裂缝，导致墙体的滑移破裂以及平面上的错位， 从而出现具体墙体崩落，同时还会降低墙体竖向的承载力，最终导致建筑物的全部坍塌；其次就是抗震结构上存在的问题，板墙之间以及墙体之间没有实现可靠的连接，地震所带来的连续性破坏会导致房屋整体性上的丧失，建筑物墙体上出现楼板滑落和平面上的倾倒，从而导致建筑物整体上的破坏。在建国以后的几次大地震中，砌体结构建筑物在抗震能力上表现的非常差。因此在对砌体结构抗震能力的提高上，总体来说需要做好以下几个方面的工作：首先是需要对建筑物的高度、高宽比以及层数进行控制，同时在房屋选址、结构布置以及房屋体型等方面上进行抗震概念上的设计；其次是对结构构件见之间的连接进行加强，从而实现砌体结构在整体性上的提高；第三就是利用对砌体结构的配筋技术来实现对墙体抗震变形能力以及承载力上的提高；最后在砌体结构中加入一些质量较轻以及强度较高的新型材料以及隔震技术对传统的砌体机构进行改造。这些技术具有各自不同的特点，基本上都在实践过程中实现了运用。 　 

　　二、砌体结构抗震能力的提高措施 

　　 （一）在技术运用以及建筑设计方面 

　　1.尊重农村地区标准技术和标准设计上的推广 

　　笔者在上文中也已经提到过，目前在建筑材料上使用砌体结构最多的就是一些小型城市和广大的农村地区，因此在实现了的砌体结构抗震能力的提高方面，最需要把握的就是广大的农村地区。农村地区一方面在民用建筑上大量采用砌体结构，同时由于条件上的限制，在建造和施工过程中也没有专业人员进行监管和指导，同时在建筑结构布置上缺乏一定的科学性，因此在很多方面都无法达到抗震的具体要求。我国目前在很多地区的农村房屋建设中都采用的是传统上的砖木结构，在房屋承重上采用的是砌体结构，同时在建筑顶部采用的木横梁和瓦片，这两者之间没有采取一定的锚固措施，在地震的时候很容易出现屋顶脱落以及局部倒塌等情况。而目前对于农村地区在新住宅的建设，以及对现有房屋实现抗震加固的技术指导方面，新疆、海南、山西、福建以及江苏等很多身份都出版了农村住宅在抗震构造上的图集以及住宅设计图集，我国相关部门也即将颁布相关的抗震技术规程和构造图集，这样都属于对农村砌体结构房屋抗震上的技术指导。 

　　2.对砌体房屋进性概念设计和精细倒塌分析 

　　这里主要涉及两个方面的研究：首先是在结构分析中的精细度上的体现，包括墙体裂缝开裂以及破坏的非线性分析、物理和几何的非线性动力分析、精细的弹塑性分析以及对结构元件破坏所引起的整体结构倒塌分析。追求分析上的全面和精细是目前相关研究的共同发展目标和发展方式。在对砌体结构进行研究的过程中，需要对砌体结构从开裂到坍塌的全过程进行模拟，并充分结合振动台试验、静力试验以及灾难调查对地震中砌体结构房屋倒塌进行重现，从而进行有针对性的抗震和加固设计；而另一种就是根据所研究问题反映出来的本质而进行的简化模型，然后对这些模型进行研究和分析，并对其中的规律进行认识和总结，同时对规程、规则以及规范进行有效的简化分析，具体这些简化分析的办法包括平面模型、多自由度模型以及单自由度模型等等。 

　　 （二）在相关建筑构件的设置方面 

　　1.设置构造柱 

　　构造柱是一种约束砌体的边缘构件,它不单独承受垂直荷载。在墙体受水平地震作用的初期,构造柱的应力很小,刚度也不大,但当墙体开裂后,柱内应力逐步增大,直到裂缝贯通墙体,构造柱才明显受力直到钢筋屈服。此时的墙体虽已破碎但由于构造柱的约束作用使得墙体不至于倒塌,从而达到“裂而不倒”的目的。构造柱的设置较大幅度地增强了墙体的变形能力,使房屋取得了较大的延性,从而减小了突然发生倒塌的可能性。当然,构造柱的截面尺寸与配筋率也不宜过大,否则,大量的构造柱将会吸收大多数地震作用力,使得构造柱先于墙体破坏,这就起不到约束墙体的作用了,反而使结构抵抗地震作用的能力降低了。 

　　2.设置圈梁 

　　构造柱作为一种竖向构件,一股沿墙高而截面尺寸不变,配筋也少有变化。因此,在各楼层柱高处设置圈梁作为锚固点,使得构造柱和圈梁产生拉结,形成对上下和左右墙体的约束作用,从而限制墙体裂缝的发展,并减小裂缝与水平面的夹角,保证墙体的整体性和变形能力,提高墙体的抗剪能力。除此以外,圈梁作为一种重要的构造措施,它还加强了内外墙之间、楼板与墙体之间的连接, 提高了结构的整体性,并减轻地震时地表裂缝对房屋的影响,特别是檐口圈粱和地圈梁具有提高房屋竖向刚度的能力和抵御地基不均匀沉陷的能力。 

　　3.设置伸缩缝 

　　由于钢筋混凝上和砌体材料的线膨胀系数不同,屋盖和墙体的刚度不同,当温度变化时,钢筋混凝土屋盖和砌体材料的墙体将产生不同的变形。因墙与屋盖变形相互制约,而产生温度应力,当墙体中的主拉应力或剪应力超过彻体的抗拉或抗剪强度时,就会征墙体内产生斜裂缝和水平裂缝,顶层墙体一般最为严重,它包括纵墙的八字缝、横墙L端的八字缝、屋盖与墙体之间的水平缝、纵横墙的包角裂缝、屋盖或楼盖中的裂缝以及墙体自上而下的贯通裂缝。实践证明,伸缩缝的设置达到了防止裂缝出现或减小裂缝宽度的目的,成为砌体结构抗震设计中一项重要的构造措施。此外,通过在屋盖上设置保温层、隔热层,或设置屋面与墙体间相互滑动的滑动层等措施,也可以有效地防止温度变化或干缩变形引起的裂缝。