砌体结构抗震概述.docx

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砌体结构抗震概述

砌体结构抗震概述

作者：

林雪松

学院：

建筑工程学院

班级：

建工071班

学号：

指导老师：

刘小敏

砌体结构抗震概述

关键词:

砌体结构;抗震;技术措施

论文摘要:

根据目前国家地震专家预测及分析，目前我国仍处于第五个地震活跃期，特别是在四川发生汶川8度地震造成了巨大人员伤亡和财产损失。

使得人们对日常生活和居住建筑安全性有了更高关注。

对此国家也对建筑抗震规范进行了及时修改，同时也要求我们工程技术人员对地震灾害预防措施研究应有更深认识。

砌体结构在我国不仅有悠久应用历史，而且至今仍在我国墙体材料中占有绝对优势。

据不久前统计，全国墙体材料中以砌体为承重和非承重（填充、围护）材料约占85%左右，因此，砌体材料可以说是我国主要墙体材料，也是我国传统材料。

砌体结构是采用砌块和砂浆砌筑而成墙、柱作为建筑物主要受力构件结构。

其是通过砌块和砂浆互相作用及纵横墙拉结而达到具有一定整体性和承重能力。

但砌体抗拉、弯、剪强度又较其抗压强度低，导致建筑变形能力小，因而抗震性能较差。

而我国六度和六度以上地震区占全国面积三分之二以上，广大地区都处于地震破坏威胁之中。

历次地震表明，砌体结构在地震中破坏或倒塌较多。

历史上在印度、希腊、日本关东大地震以及汶川地震等都证明了这一点。

因此改善砌体延性，提高建筑物整体稳定性和抗震性能具有重要意义。

地震后摆在我们面前有两条出路：

一是淘汰砖砌体，像日本1923年以后那样，一律使用其他材料建造房屋。

但是，显然不符合我国国情。

我国有广阔黄土和砂石资源，有传统生产和施工工艺，尤其是因为它地方特色和经济实用，要淘汰砌体材料是不可能。

因此，只能走另一途径，即改进砌体抗震性能，提高它延性和抗倒塌能力，使之能满足裂而不倒要求。

图1：

地震后砌体建筑受损情况

一、砌体建筑抗震常用处理措施

砌体结构震害比较严重，砌体结构技术发展主要就是抗震技术发展，必须改进砌体结构抗震性能，包括延性性能和抗倒塌能力。

从提高砌体结构抗震性能角度来看，大致可将砌体结构形式划分为三类：

无筋砌体；

约束砌体；

配筋砌体结构。

1、无筋砌体结构

无筋砌体结构墙体配筋率在0.07%以下，抗震性能较差，不宜在地震区建造。

2、约束砌体结构

约束砌体结构墙体配筋率在0.07%以上，0.2%以下，这类砌体结构抗震性能较好，适于在地震区建造多层砌体结构。

在这类结构体系中，大家较为熟悉就是构造柱体系。

图2：

构造柱和圈梁示意

我国在1977年提出了在砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱做法。

即在内外墙连接处、墙体交接部位、大洞口及楼梯间角墙等部位，设置后浇钢筋混凝土柱。

目在于约束受地震开裂后砌体不在地震持时内突然倒塌。

这一设想在全国通过了一千多片单层墙体和十余幢建筑整体模型试验得到了证实。

构造柱试验研究表明：

砌体中构造柱对初裂荷载影响不大，提高不多；对砌体刚度增加也很少；对提高承载能力约在10%-30%左右；但对延性提高十分明显，可比无构造柱墙体提高3-5倍；特别是对防止房屋突然塌落起到决定性作用。

实践经验证明，砌体中带有构造柱做法房屋，己在多次地震中得到了考验，烈度最高时达到9度，震后墙体有开裂，但无一倒塌。

因此，宏观震害调查表明：

钥筋硅构造柱，对减轻砌体结构震害，防止房屋倒塌具有明显抗震作用。

目前在我国，构造柱构造做法为一种有效、经济而成功抗震措施已广泛用于各类砌体结构。

七十年代开始被列入抗震设计规范，八、九十年代进一步得到充实和发展。

如组合柱体系，即在砌体墙中段设置钢筋砼组合柱，在墙体平面内每间隔一定距离设置钢筋混凝土组合柱，其宽度一般同墙厚、长度和间距根据设计要求。

此类设置有组合柱墙体一般在两端均有按规定设置构造柱。

以这类组合柱组成墙体称为组合墙体，其抗震性能，特别是墙体抗剪能力有较大幅度提高，并对整个建筑整体弯曲十分有利，是较多层数砌体结构一种较好做法。

在提高砌体结构抗震性能、改善砌体脆性性质方面，我国还进行了大量试验研究工作和试点实践。

砌体墙中配置水平钢筋，利用实心或多孔砖中沿墙高度方向相隔60-300mm配置水平钢筋，砌体墙中设置混凝土水平条带。

即在沿砌体墙每隔一定高度上，以现浇细石混凝土60-100mm厚并配置若干根细钢筋或钢筋网。

这种做法可以改善砖砌体脆性性质，使砌体墙裂缝不出现对角主拉应力轨迹主裂缝，并且使裂缝比较均匀地分布在整个墙面。

这样，对砌体墙抗剪强度可提高15%-30%左右，延性改善方面也很明显。

水平配筋作用发挥与钢筋两端锚固程度有直接关系，锚固可靠时，其抗剪性能可比无锚固再提高13%左右。

约束砌体结构体系主要用于多层结构，当需要突破抗震设计规范对砌体结构高度限制时，可以采用配筋砌体体系，从墙体配筋率来衡量，在0.2%以上。

近年来以混凝土小型空心砌块为代表配筋砌体结构发展迅速，在北京、上海、辽宁等地建成了层数达18层中高层建筑。

此类结构从墙体材料、配筋情况来看，完全可纳入钢筋混凝土结构之列，只是从块材型式及砌筑方式，仍将其看作砌体结构。

经过二十多年实践考验证明，设有构造柱砌体房屋，在经受九度地震后未发现有倒塌实例，此种做法是安全。

但应注意以下几点：

1）约束墙体构造柱截面不宜过大，配筋不宜过多。

且必须是先砌墙后浇构造柱混凝土，使柱与墙体能够紧密结合，共同工作。

此类构造柱在墙体受水平地震作用初期应力极小,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。

此时墙体已破碎,构造柱约束使得墙体破碎而不至于倒塌,从而达到“裂而不到”目标。

如果构造柱截面和配筋过大，由于混凝土刚度远大于砌体墙体，所以构造柱会吸收大多数地震力，结果构造柱先于墙体破坏，起不到约束墙体作用。

2）构造柱设置不能改变砌体刚性性质。

墙体在竖向和水平地震作用下首先沿45°主拉应力轨迹开裂，并逐步延伸，形成对角“x”形裂缝；如果墙段高宽比较大，则在墙体中段会出现水平裂缝段。

因此构造柱间距不能过大，否则将会消弱对墙段砌体约束作用，基本上是纵墙内每开间均设，横墙内间距不大于层高两倍。

图3：

对角“x”形裂缝

3）构造柱必须依靠楼层上下楼盖圈梁拉结。

构造柱作为一种竖向构件，一般沿墙截面不变，配筋也少有变化。

因此，在各楼层柱高处必须有圈梁作为锚固点，以形成上下和左右墙段约束作用。

4）楼盖圈梁在多层结构中很难准确计算，它作用是多方面，如增强拉接，提高结构整体性，抵御地基不均匀沉降，加强楼板与墙体连接等。

而构造柱作用也是如此，它在加强墙体之间连接方面是明显，但它约束作用一般要在墙体开裂以后才能发挥，这是构造柱特点之一。

5）设置构造柱之后，墙体抗剪能力一般提高20%左右，因此应当认为提高砌体抗剪强度不是在墙两端设置构造柱主要目，构造柱主要作用在于较大幅度增大墙体变形能力，特别是对墙段塑性变形后约束作用。

墙段两端构造柱既不能阻止墙体裂缝出现，也不能大幅度提高墙段抗剪能力，但它使墙段和房屋取得了较大延性，从而减小了突然发生倒塌危险性。

6）构造柱间距应该分两种情况区别对待。

一种是单一作为约束边缘构件构造柱，此类构造柱设置主要考虑约束墙段长度需要，以往抗震规范中尚不明确，无论在砌体横墙或纵墙中均为提出间距要求。

事实证明构造柱约束作用是有限。

例如在以往纵墙中设置构造柱时只要求在两端设构造柱，数十米长构造柱难以约束墙段破坏此时构造柱数量是远远不够。

即使横墙中构造柱间距一般可能达到11-12米，构造柱作用也难以完全发挥。

根据工程实践经验和有关试验研究资料分析结果，新规范对此做了补充和完善：

（a）当层数和房屋高度接近或者达到砌体结构限定高度时横墙内构造柱间距不宜大于层高2倍，即一般不宜超过5.4米；纵墙内构造柱一般不超过3.9米（外纵墙）和4.2米（内纵墙），即大致每开间均应设置一根构造柱。

如此要求是十分必要，实验证明墙段宽高比超过2时，构造柱约束作用降低。

（b）在开间较大、横墙较少多层住宅中，当层数和房屋高度接近和达到砌体高度限定高度时对构造柱设置间距要求更高。

在横墙内柱间距不宜大于层高，在纵墙内柱间距不宜大于4.2米；同时在所有纵横墙交接处及横墙中部也均应设有构造柱以约束相应墙段砌体。

通过上面规定可以看出构造柱作为一种约束边缘构件限定其最大间距是十分必要，否则将难以发挥其应有作用，新规范完善了对多层砌体结构构造柱设置规定，在一定程度上也提高了砌体结构抗震安全性，有效保证了大震不倒抗震设防总目标实现。

7）构造柱计算

按照提高墙段抗剪强度要求，设置构造柱是对构造柱作用一种新发展。

设置构造柱目不同因此设置部位也不同，此类构造柱一般均布置在墙段中段。

当房屋设防烈度要求较高或横墙较少，墙段不能承受所承担地震作用时可采用增设构造柱做法来提高墙段抗剪强度，满足抗震设防地区对多层砌体结构抗剪要求，因此中段构造柱作用不同与设置在墙段边缘约束构造柱，两者从概念上不能混为一谈。

3、配筋砌体结构

配筋砌体结构是由配置钢筋砌体作为建筑物主要受力构件结构。

是网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱（墙）、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙结构统称。

几年来工程实践表明，采用配筋砌块砌体，同现浇混凝土剪力墙结构相比具有更多优越性。

一是降低配筋率，节约钢材近一半；二是在一定程度上减轻结构自重（15%）；三是降低造价（工程造价可减少10-20%、工效提高50%）；四是改善了变形和延性性能。

因此，是一种可供推广应用新结构体系。

图4：

配筋砌体结构

目前我国采用配筋砌体有：

1）网状配筋砖砌体

在砌体水平灰缝中配置双向钢筋网，可加强轴心受压或偏心受压墙（或柱）承载能力（图a）。

2）纵向配筋砖砌体

在砌体竖向灰缝中配置纵向钢筋（图b），施工麻烦。

3）组合砌体

由砌体和钢筋混凝土组成，钢筋混凝土薄柱也可用钢筋砂浆面层代替（图c）。

主要用于偏心受压墙、柱。

对于中高层配筋砌块结构，其地震作用计算及结构抗震验算同以往砌体结构均有所不同。

由于高度增加，其计算模型也不能再沿用以剪切变形为主多层砌体结构，而必须考虑结构弯曲影响。

同时，由于高度增加，结构自振周期变长，也不能再按多层砌块结构一律假设其基频处于反应谱平台段，应通过计算确定。

在内力和位移计算时，如果房屋高度不超过40m,以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可采用底部剪力法进行地震作用简化计算，反之就应该采用振型分解反应谱法。

在配筋混凝土砌块结构承载力计算时，也不单是计算砌块墙受剪承载力，而应按剪力墙结构计算在偏心受压和偏心受拉时砌块砌体剪力墙斜截面受剪承载能力；配筋砌块砌体剪力墙过梁斜截面受剪承载能力等。

同时，对配筋砌体剪力墙结构中构造措施，也有了更高要求。

配筋砌体结构基本计算思想在砌体结构设计过程中把抗侧力构件分成两部分，即“主抗侧力体系”和“次抗侧力体系”。

“主抗侧力体系”由主要抗侧力构件组成，一般情况下这些构件也是主要承重构件，它们作用是，在罕遇地震作用下保证结构不发生倒塌，为“生命安全”提供最后保障，在多遇地震作用下它们保持弹性状态，在常遇地震下，根据抗震等级，它们可以保持弹性或进入弹塑性状态；“次抗侧力体系”由“主抗侧力体系”以外其他抗侧力构件组成，可以包括结构中隔墙、较小墙垛及部分非主要承重墙，也可以包括耗能减震器件，它们作用是，在常遇和罕遇地震发生时进入弹塑性状态，吸收大部分地震能量，以起到保护主要抗侧力构件作用，从某种意义上讲次要侧力构件作用相当于耗能器，为了达到耗能作用，结构中“次抗侧力体系”所占比例不能太小。

按照以上思想，三水准设防目标可表述为：

小震“次抗侧力体系”不坏、中震“次抗侧力体系”可修、大震“主抗侧力体系”可修。

在进行砌体结构设计时首先确定“主抗侧力体系”及“次抗侧力体系”组成，然后根据设计地震作用，完成主要侧力构件强度设计，再通过合理细部设计使“次抗侧力体系”构件开裂（极限）位移小于“主抗侧力体系”构件开裂（极限）位移，以保证在遭受强烈地震作用时，砌体结构中抗