砌体结构抗震性能的研究_砌体结构抗震研究综述

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砌体结构抗震性能的研究

摘要：砌体结构作为我国传统建筑形式，在各类建筑中占有十分重要的地位。但由于材料明显的脆性性质，相比于钢筋混凝土结构或钢结构建筑,砌体结构的抗震能力较差。本文对砌体结构抗震构造措施和目前存在的问题进行了分析阐述。

关键词：砌体结构、抗震措施、抗震性能研究

Abstact: As a traditional structure,masonry structure plays an important role.Its seismic capacity is much poorer than reinforced concrete or steel structure due to the material brittlene.the masonry structure seismic structural measures and the existing problems are analyzed in this paper。Keywords：masonry structure；earthquake-resisting；Seismic resistance research引言

砌体结构是一种传统的墙体材料，在我国的广大中西部县域城镇中仍占有85%以上的比例。近些年来，随着建筑业的蓬勃发展，新型墙体材料也不断涌现，如混凝土小型空心砌块就是其中的一种。另外，结合就地取材的原则生产的各种地方性砌体材料，如蒸压类和烧结类的非粘土多孔砖及实心砖。这都为砌体结构的应用扩大了领域和范围。[1]

现代砌体结构已与传统的砖砌体有许多区别。按照砌体中的配筋率大小可将其分为无筋砌体、约束砌体和配筋砌体三类，它们的界限定义为：仅有少量的拉结钢筋，含筋量在0.07%以下时，可称为无筋砌体；约束砌体适用于地震设防地区的砌体结构，如在墙段边缘设置边缘构件（钢筋混凝土构造柱），同时，墙段上下设置有圈梁，此类砌体的特点是砌体周边均有钢筋混凝土约束构件，砌体的配筋量为0.10%~0.2%左右；配筋砌体适用于10层以上的中高层建筑，如配筋混凝土空心小砌块，其实质是一种砌筑成型的剪力墙结构，其配筋率也接近于现浇钢筋混凝土剪力墙结构，即在0.25%左右。[2]

1966 年的邢台地震和1976 年的唐山地震等数十次破坏性大地震，以及2008年的汶川地震等，几乎无一例外地表明无筋砌体结构不能经受大地震的考验。尽管砌体结构的抗震性能是如此之差，然而，在城镇建设中，由于人口集中，土地有限，规范限制了一些传统材料的砌体结构高度，但又不可能把砌体结构限制过严，而是要适应发展的需要，在研究和总结震害的基础上，改进砌体结构的抗震性能，严格要求了小砌块的建造层数和高度，满足业主的需要。新修订的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）就适应了这种要求，提供了建造较高层数的砌体结构的安全性和适用性。同时相对于现浇钢筋混凝土剪力墙结构而言，其较低的工程造价也是显而易见的。砌体结构材料的特点

砌体材料作为一种地方性材料，具有取材容易、加工简单、砌筑工艺易于掌握，因而被广泛采用。并且经过长时间的改进和发展，形成了具有各地特色的传统制作方式和砌筑方法，是一种生命力极强、应用最广泛的建筑材料。砌体材料在我国大体可分为粘土类制品、蒸压类制品、混凝土类制品和以各类工业废料制成的墙体材料等。

当前各地除沿用传统材料粘土制品以外，也相继制成以页岩、煤矸石和粉煤灰为主要原料的烧结砖；以白灰砂、粉煤灰为主要原料的蒸压砖；以及以细石砼（或轻质骨料）为材料的砼小型空心砌块等墙体材料。大部分地区有逐步替代粘土制品的趋势。

新型墙体材料中，用页岩或煤矸石或粉煤灰为原材料，或按一定比例混合使用的经烧结而成的实心砖、多孔砖，较好地利用工业废料为原料，制成墙体材料。它们具有类似于烧结粘土砖的性质，亦具有新的原材料的特点。

新型烧结砖一般抗压强度均较高，普通的煤矸石加页岩混合烧结砖的抗压强度均在MU15 以上，少量的可达MU20以上，多孔砖的孔洞率在25%-30%左右。此类实心砖由于表面比粘土砖更粗糙，抗剪强度亦普遍比粘土砖高；多孔砖由于有孔洞作为键槽，砂浆能起

到销键作用。增大了砌体的抗剪强度，对抗震十分有利。

新型烧结砖还由于经焙烧而成，因此，其砌体的线膨胀系数和收缩率都比较小，与烧

结粘土砖没有什么区别。

另一类是蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。由于它们的原材料不同，特别是制作养护过程的差异，导致蒸压砖特有的性质。

蒸压灰砂砖以石灰和砂为原材料，蒸压粉煤灰砖以电厂工业废料粉煤灰为原材料。经

过机械压制成型，高压蒸汽养护而成砌体材料。由于它的制作过程和生产工艺，决定了这类

砖具有收缩率较大、表面比较光滑、抗压强度较高而抗剪强度较低的特点。

因此，反映在设计应用过程中出现一些问题。比如由于收缩率大，线膨胀系数亦大，这类砌体墙受材料收缩以及温度影响较大，墙体容易出现裂缝和变形。又比如由于砖表面比

较光滑，磨擦系数小，与砂浆的粘结性能就差。因此，其抗剪强度偏低，不利于抗震。砌体结构抗震设计的重要性

砌体是一种脆性材料,传统的砌体结构是采用粘土实心砖和混合砂浆砌筑,通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接的目的。目前的砖砌体房屋除上述方式外,大多采用了预制钢

筋混凝土楼板、装配式楼屋盖、且过梁等其它构件多数为预制装配。因此整个砌体结构,由

于其组成的基本材料和连接方式,决定了它的脆性性质,从而使其在遭遇强烈地震时破坏较重,抗震性能很差。我国在地理位置上处于世界两大地震带之间,是世界大陆内的一个最宽广的浅源强震活动地区,是多地震国家。基本烈度为7度和7度以上的地区的面积达312万平方

公里,约占全国国土面积的325%。基本烈度为6 度和6 度以上地区面积达576 万平方公

里, 约占全国国土面积的60%。我国是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。世界地震史

上死亡人数最多一次为1556 年我国陕西华县的8级地震, 死亡约83 万人。近代地震史上

死亡人数最多的一次地震也发生在我国, 即1976年唐山的7.8 级地震, 死亡24万多人, 重

伤16.4万人,倒塌房屋322万间, 直接经济损失达100亿元。

地震所以能造成如此重大损失,主要原因是建筑物缺乏必要的抗震设防。所谓抗震设防

是指对房屋进行抗震设计包括地震作用、抗震承载力计算和采取抗震构造措施来达到抗震的目的。建筑物抗震设防就要保障人民生命财产的安全,所采取的措施应与国民经济相适应,如

果要求建筑物在强烈地震后仍完好无损,势必增加造价,在技术上也有一定困难。相反,设防标

准过低,将会危及人们的生命财产。基于国际趋势, 结合我国的具体情况, 提出一个适当的设

防目标是很必要的。我国《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)以下简称《规范》提出了“三

水准”的抗震设防目标: 小震不破坏, 可正常使用;设计烈度地震可修复使用;遭遇大震时

不倒塌。砌体结构现存问题

近年来,由于城市用地紧张、资金紧张等问题,设计的砖混房屋往往在总高度和层数上超

限;片面追求直接采光和通风,导致加大面宽、减少进深等作法,往往使房屋高宽比超限。这些

都造成了极为不利的体型, 致使房屋的抗震性能大为降低, 此类现象应引起广泛重视。

随着建筑业的发展, 临街有底层为钢筋混凝土框架的大空间商店,上部为小空间砖房或

砌块建筑的房屋大量建设。这种房屋存在着明显的弊病:(一)往往形成梁上砌墙的布置,使

抗震横墙在最不利的底层被切断。且底层框架一般为大空间的公共建筑, 由于使用功能上的需要, 在客观上给纵横抗震墙的布置带来了不少困难。(二)底层大部分用于商业目的,门窗

开洞要求都很大,因而有的采用了前排为钢筋混凝土柱后为砖混的结构, 此结构目前无明确

定义且前后两种材料刚度差异悬殊,对高烈度地区的抗震极为不利。(三)未作计算凭习惯错

误地认为,底层框架的侧向刚度一定比砖房好,纵向框架侧向刚度一定比横向好,而实际上并

非如此。(四)上面为几层砌体、开间小、横墙多、不仅重量大, 侧移刚度也大,而底层框架

侧移刚度比上层小得多。刚度的急剧变化使得在结构刚柔交接处,应力高度集中,在柱端产生

塑性铰,并使房屋的变形集中发生在相对薄弱的底层。这种比较薄弱的底层或中间层,可称之为“软层”。这种“软层”在抗震设计中应引起高度的注意。抗震措施

（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）验算墙柱高厚比

砌体结构房屋中的墙体是受压构件, 除了满足承载力要求外,还必须保证它的稳定性。墙柱高厚比是指砌体墙、柱的计算高度和墙厚或边长的比值。《规范》中规定,墙柱高厚比不能大于允许高厚比。只有满足这个要求,才可以保证砌体结构存施工阶段和使用阶段的稳定性。结合以往的工程经验,综合考虑包括砂浆强度等级、砌体类型、横墙间距、支承条件等多种因素后拟定的。

（4）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, 就会使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。为了防止房屋在正常使用条件下,由温差和墙体干缩引起的墙体竖向裂缝,可存墙体中产生裂缝可能性最大的地方设置伸缩缝,如房屋平面转折处和体型变化处,房屋中间部位及错层处等。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。

（5）加强构件间的连接

砌体结构房屋各构件间的抗震构造连接是其抗震的关键。抗震构造连接的部位较多, 重要部位的连接措施有下列几项：造柱与楼、屋盖连接；屋顶间的连接；墙与墙的连接；后砌体的连接；栏板的连接；构造柱底端连接； 悬臂构件的连接。结束语

砌体结构既是一种量大面广的结构形式,又是一种抗震性能较差的结构形式。我们不可能彻底淘汰它,摒弃它,只有面对现实,孜孜不倦,深入研究它,提高它的抗震性能,不断赋予砌体结构新的内容、新的理念,使砌体结构具有更好的抗震性能和安全性,这就是

我们研究的目的。

参考文献：

[1]周炳章.砌体结构抗震的新发展[ J].建筑结构学报.北京: 中

国建筑工业出版社, 2002.5

[2]砌体结构设计规范，GB50003-2002

[3]建筑抗震设计规范,GB50011-2010

[4]杨淑红.论砌体结构抗震设计[J].呼伦贝尔学院学报.2001年3月第9卷第1期