城乡多层砖混房屋抗震优化设计

1、浅论城乡多层砖混房屋抗震优化设计武开通 蔡继斌 陈壹（长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710018）摘要：本文针对城镇和乡村的多层砖混房屋的常见震害进行了分析, 并基于优化设计的理论，探讨了实现多层砖混房屋抗震优化设计的一些具体途径。关键词：多层砖混房屋；抗震；优化设计1引言我国是全球地震多发地区，也是遭受地震灾害最为严重的国家之一。破坏性地震引起的房屋倒塌是城乡人员伤亡重大的直接原因，而由地震造成农村经济损失中，约70%98%也是来自房屋的破坏。当前，国内不少地区的中小城镇特别是农村，由于经济发展水平低，多数房屋为居民自建，其中，70%80%的房屋采用了单层或多层砖混结构。此种房屋主要由砖

2、墙或石块砌筑墙承重；多数有圈梁, 少数设置有构造柱。由于它们一般均未经正规设计和施工，基本上处于“不设防”状态，抗震能力普遍低下，从而直接危及人们的生命财产安全，因此，城乡多层砖混房屋抗震设防这一问题亟待解决。本文针对城镇和乡村的多层砖混房屋的常见震害进行了分析，并基于优化设计的理论，探讨了实现多层砖房抗震优化设计的一些具体途径。2我国城乡多层砖混结构房屋抗震设防存在的问题汶川大地震和玉树地震发生之后，多层砖房抗震设防中存在的问题更明显地暴露出来。主要体现在以下方面：1、使用者为了尽量利用空间,房屋的底层或顶层局部采用钢筋混凝土内框架结构,使得房屋底层和上部的刚度差别较大,地震时各层的位移不同

3、步。2、许多山区及丘陵地区村镇房屋建在地形变化剧烈的地方，由于地形对地震波的放大作用使地震作用加强。3、多层砖房抗震设计中,未作抗震承载力计算,仅作工程类比,加之缺乏工程经验,使相近的多层砖房采用的砌体强度等级相距甚远。4、住宅砖房建设中,房屋超高或超层的现象时有发生,没有考虑地基承载能力的要求，违反了建筑抗震设计规范中的相关规定。5、由于经济原因，施工人员多数为当地的工匠，缺乏技术知识，不能保证施工质量。3多层砖混结构房屋的主要震害特征及震害分析多层砖房地震时所发生的各种破坏可以归纳为三大类:1、由于构件自身的抗震强度不足，设计不合理造成。此可通过抗震设计时的抗震强度验算来加以防止。2、是构

4、件间的联结薄弱所致。此可通过相应的抗震措施加强房屋的整体性来防止。3、是建筑布置和构件造型不当所引起。此可通过合理设计来预防。另外，我们通过调研对大量多层砖混结构房屋的震害情况进行分析后，发现多层砖混结构房屋的地震震害有以下规律：层数越多、房屋总高度越大,破坏越重；纵横墙越少,破坏越重；砂浆强度等级低时,破坏严重；房屋的下部破坏比上部严重；房屋的两端及转角处震害较重；预制楼盖破坏比现浇楼盖严重；纵墙承重时房屋的震害比横墙承重时严重；墙肢布置不均匀时破坏严重。4多层砖混结构房屋抗震优化设计的途径所谓优化设计是指：研究问题和寻求解决问题的最优方案，“最优”两字应理解为在给定条件下得到尽可能满意的结

5、果。1、砖混结构房屋抗震优化设计的基本考虑（1）结构体系力求合理1) 合理布置纵墙和横墙纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。2）采用钢筋混凝土薄壁框架体系取代砌体外纵墙由于较大房间砌体结构的楼盖可采用井字梁布置，纵横墙共同承重，薄壁框架除自承重外，其承受井字梁传来的垂直荷载比只设置进深梁的情况要小，而且薄壁柱的轴压比较小，能充分发挥其延性抗震能力。总之，钢筋混凝土薄壁框架体系取代砌体外纵墙的方法是一种经济、合理和有效的抗震减灾措施。3）配筋砌体结构在多层砖混房屋中，在砌体内设集中配筋带和墙中柱是提

6、高墙体的抗剪承载力的较有效措施。这些附加的构件对砖墙不仅起约束作用，而且进一步增强了砖墙水平承载力和竖向承载力。（2）房屋高度和层数不应该超限值减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。现行建筑抗震设计规范对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定。关于砌体结构的高度和层数，建筑抗震设计规范给出的是限值，其严格程度要高于对混凝土结构规定的“最大适用高度”，应予以足够的重视。（3）平、立面布置建筑的平面布置和抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,平面形状应具有良好的整体作用。纵、横墙沿平面布置不能对齐的墙体较少,楼梯间不宜设在房屋的尽端和转角处;建筑的立面和竖向剖面力求规则,结构的

7、侧向刚度宜均匀变化,墙体沿竖向布置上下应连续,避免刚度突变;竖向抗侧力结构的截面和材料强度等级自下而上宜逐渐减小,避免抗侧力构件的承载力突变。（4）材料的应用1）因地制宜地选用建筑材料，尽可能降低成本，但要以保证质量为前提。2）结合墙体材料的技术进步，应扩大轻质、高强墙体材料的使用范围。3）提高砌筑砂浆的强度等级是提高砖墙体抗震性能的经济而有效的措施。4）提倡使用现浇楼板，对于预制板的使用应尽量限制。2、通过抗震计算保证达到结构优化抗震计算是抗震设计的重要组成部分,是保证满足抗震承载力的基础。多层砌体房屋的抗震计算可采用底部剪力法。对平面不规则和竖向不规则的多层砌体房屋宜采用考虑地震扭转影响的

8、分析程序。在抗震计算中,抗震验算是比较重要的环节,是衡量结构是否安全与浪费的标尺。3、砖混结构房屋抗震构造优化措施（1）构造柱和圈梁的设置1）砖墙增设构造柱能提高砖混房屋的延性,能防止砖砌体侧向挤出塌落,使砌体的抗剪承载力提高10 %30 % ,提高砌体的变形能力,是有效的抗倒塌措施。另外,合理地设置构造柱,能起到增强房屋整体性的作用,还可以利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量,从而大大提高抗震能力。 2）圈梁是多层砖混结构楼房提高抗震能力的一项有效技术措施。在多层砖混房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁,可加强内外墙的连接,增强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用使楼盖与纵、横墙构成整体的箱形结构,

9、能有效地防止预制板的散落。圈梁作为边缘构件,对装配式楼、屋盖在水平面内进行约束,可提高楼盖、屋盖的水平刚度,同时能保证楼盖起整体横隔板的作用。设置圈梁还可以减轻地震时地基不均匀沉陷与地表裂缝对房屋的影响,特别是屋盖和基础顶面处的圈梁具有提高房屋的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。（2）在合理位置的墙段内设置水平钢筋为了提高墙体的抗震能力,可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋,使地震力由砌体及水平钢筋共同承担。有研究表明,配筋多孔砖墙体可以有效地提高墙段的抗震性能,减少脆性,增加延性,增强砖混房屋的抗震性能。（3）加强抗震构造连接1)构造柱与楼、屋盖连接。当为装配式楼、屋盖时,构造柱应与每层圈梁

10、连接(多层砖房宜每层设圈梁) ；当为现浇楼、屋盖时,在楼、屋盖处设240 mm 120 mm 拉梁与构造柱连接。2)构造柱与砖墙连接。构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎,并沿墙高每隔500 mm 设拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1. 0 m。3)墙与墙的连接。层高超过3. 6 m 或长度大于7. 2 m 的大房间,外墙转角及内外墙交接处未设构造柱时,应沿墙高每隔500 mm 设拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1. 0 m。4)屋顶间的连接。突出屋面的楼梯间等,构造柱应从下一层伸到屋顶间顶部,并与顶部圈梁连接。屋顶间的构造柱与砖墙以及砖墙与砖墙的连接,可按上述抗震措施采取。5）构造柱底端连接。构造柱可不单

11、独设基础(承重构造柱除外) ,但应伸入室外地面下500 mm ,或锚入室外地面下不小于300 mm 的地圈梁。（4）悬臂构件的连接1）女儿墙的稳定措施。6-8度时，240mm厚无锚固女儿墙（非出入口处）的高度不宜超过0.5m。超过时，女儿墙应按抗震构造图集要求采取稳定措施。女儿墙的计算高度可从屋盖的圈梁顶面算起，当屋面板周边与女儿墙有钢筋拉结时，计算高度可从板面算起。2）悬挑构件。悬臂阳台挑梁的最大外挑长度不宜大于1.8m,不应大于2m。不应采用墙中悬挑式踏步或竖肋插入墙体的楼梯。4、基于经济性考虑的抗震设计优化理念近年来，基于经济性考虑的抗震设防思想正在发展，成为抗震设计优化理论中的重要组成

12、部分，即人们已越来越注重在抗震设防标准中控制经济损失的多少。因此，在抗震设防标准决策过程中，我们应当考虑通过设防烈度的取值，定量或半定量地控制未来地震的人员伤亡数和地震经济损失。此优化理念，即为在抗震设防方面花最少的钱，还要把地震之后的经济损失降到最低，这里的“经济损失”包括直接经济损失和灾后重建的费用。在抗震设计时，将地震总经济损失与抗震设防投入进行比较，尽可能用最少的设防投入获得最优的抗震效果。 5结语基于我国国情，在今后一段时间内, 多层砖混结构仍将是城乡房屋中的主要结构形式之一。本文在优化设计理论指导下，根据现行有关设计规范，结合调研资料分析而来的结论以及自身参加一些多层砖混结构房屋设计的实践经验，探讨了实现多层砖房抗震优化设计的一些具体途径，作为抛砖引玉，供大家参考。当然，在抗震优化设计中，应尽量体现以预防为主的设计思想，从而达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防效果。参考文献：1戚昌志，设计学M，中国建筑工业出版社，北京，199