多层砌体住宅建筑抗震实例分析

李 佳

建筑物的设计和建造手段经历了一个从刚性设计、柔性设计、延性设计到采用结构控制手段的演变过程[1]。砌体结构多采用砖和砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到整体连接性，这种组成材料和连接方式决定了其脆性性质，变形能力小，虽然采取加强措施，但抗震性能和砌体的抗拉能力、抗剪能力都较低，结构较易发生脆性的剪切破坏，甚至导致整个房屋的破坏和倒塌。但是多层砌体结构房屋在建筑设计领域，特别是中小城镇还有着广泛的应用，因此在抗震设防地区改善多层砖混砌体房屋结构延性，提高抗震性能具有极其重要的意义。

笔者通过工程实例，运用计算机的计算软件理论计算出结构的薄弱环节，从而进行合理设计，通过在相应位置设置构造柱，墙体内设置钢筋，加大承重墙体厚度等方式加强房屋的抗震性能，使多层砌体结构成为了满足工程相应抗震设计目标的结构体系。

1 工程概述

实例工程为山西省某县的一栋住宅楼。住宅楼总共六层，其中一层为储物间和车库，二层以上为住宅，共六个单元。建筑总高度18.75 m，首层层高2.6 m，二层及以上层高3.0 m，总建筑面积5 560 m2。

其建筑主体结构采用砌体结构，基础为筏板基础。工程所在地的抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为0.20 g。此建筑抗震设防类别属于丙类。建筑场地类别为Ⅲ类。

2 结构的抗震分析

该工程运用PKPM V3.1的砌体结构设计软件进行结构分析及计算，计算结果显示一层及二、三层多数纵向墙体抗震验算结果不满足要求，分析造成此结果的原因如下：

1）工程所在区域抗震烈度8度，0.20 g，6层，总高18.75 m，根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》表7.1.2房屋的层数限值为6层，建筑总高度限值18 m，因此该多层砖砌体房屋总高度18.75 m，六层砌体已达到规范所规定的上限值。

2）建筑场地类别为Ⅲ类，且场地土有轻微液化，都是对抗震很不利的因素。

3）由于建筑需要纵墙较少，底层外纵墙少且开洞较大，底层和标准层内纵墙不是上下对齐，二层以上较多纵墙在第一层并没有落地，以建筑1个单元为例，如图1、2所示，比如标准层的D轴①②段及⑥⑦段墙体在第一层并没有墙体。

图1 首层墙体布局Fig.1 Wall layout of the first layer

图2 标准层墙体布局Fig.2 Wall layout of the standard layer

2.1 抗震加强措施

2.1.1 对基础采取的措施

根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》表4.3.6，丙类建筑，地基的液化等级为轻微者，基础和上部结构处理，亦可不采取措施。即尽量避免采用加固处理液化土层的方法,而是对基础和上部结构在构造措施方面进行有效处理。采取的措施比如通过采用箱基、筏板基础或者加设基础圈梁等。为此该住宅楼采用筏板基础[3]，并在-0.050 m标高处加设300 mm高基础圈梁。在管道洞口处，洞口尺寸有预留，采用柔性接头。

2.1.2 上部结构采取的措施

该工程一共6个单元，在3个单元处设置了伸缩缝兼做防震缝，缝宽100 mm，且缝两侧均设置墙体。

在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片，并伸入两边窗间墙内不小于600 mm。顶层墙体有门窗洞时，在过梁上的水平灰缝内设置3道焊接钢筋网片，并伸入洞口两端墙内不小于600 mm。

楼梯间属于砌体结构抗震的薄弱部位，所以将楼梯间墙体通过配置钢筋得以加强，比如顶层沿墙高每隔500 mm处设置通长钢筋；其他的各层楼梯间的休息平台处设置钢筋混凝土带。

由于一层外纵墙洞口为库房的大门，根据建筑需要开洞较大，为2 500 mm×2 100 mm，而二层以上的相应位置为卧室窗洞口，仅为1 700 mm×1 700 mm,导致下层开洞大于上层，因此库房门洞上部梁受力很大，不能简单的按照过梁和圈梁的合并来计算，而是单独对此道梁进行了受力分析，配筋见图3。

图3 车库门洞上梁配筋图Fig.3 Reinforcement diagram of beam on the garage door

2.1.3 构造柱的设置

图4 配筋墙体位置Fig.4 Reinforced wall location

钢筋混凝土构造柱的作用主要在于对墙体的约束，构造柱截面不必过大，但是需要和各层纵横墙的圈梁和现浇楼板连接，才能充分发挥约束作用。按照GB 50011—2010表7.3.1条规定设置构造柱。规范第7.3.2条第5款规定，在高度和层数接近表7.1.2限值时，还需要增设构造柱，构造柱具体布置位置见图2，在个别纵墙抗震验算结果不合格处，如轴与③轴交接处,轴与⑤轴交接处增设构造柱，加强纵墙墙体抗震能力。构造柱的配筋方面，根据GB 50011—2010第7.3.2条构造柱采用4采16的纵筋，箍筋采用φ8@200。四角及转角处的构造柱截面适当加大，采用370 mm×370 mm。

2.1.4 圈梁的设置

抗震构造是砌体房屋设计的重点，而抗震构造的重点又是圈梁和构造柱的设置，圈梁和构造柱共同设置能增强房屋的整体性和抗变形能力，提高房屋的抗震性能，避免墙体开裂后突然倒塌，是抗震的有效措施[2]。该工程在屋盖及每层楼盖处、各层所有横墙处均设置180 mm高圈梁，圈梁配筋4φ12，箍筋φ6@200。

圈梁在门窗洞口无法连续时的做法见图5。当圈梁和过梁重叠时的做法详见图6。

图5 圈梁在洞口不连续处做法Fig.5 The ring beam in the hole discontinuity approach

图6 圈梁兼做过梁做法Fig.6 Ring beam and lintel approach

2.1.5 墙体配置钢筋

砌体的抗拉强度很低，为了提高整个墙体的抗拉能力，可以采用在灰缝中配置一定数量的横向钢筋，根据GB 50003—2011《砌体结构设计规范》第10.2.2条式10.2.2-2：

式中： V——考虑地震作用组合的墙体剪力设计值，kN；

γRE——承载力抗震调整系数；

fvE——砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值，N/mm2；

A——墙体横截面面积，mm2；

ζs——钢筋参与工作系数；

fyh——墙体水平纵向钢筋的抗拉强度设计值，N/mm2；

Ash——层间墙体竖向截面的总水平纵向钢筋面积，mm2。

在墙体断裂退出工作时，墙体内的钢筋会起到抗剪的作用。规范规定砌体墙体的配筋率在0.07%～0.17%为宜。该工程根据PKPM计算，软件在墙体抗震验算不合格的墙段标示所需配置钢筋面积，根据钢筋面积在墙段砌体灰缝处配置钢筋，如图4中阴影部分墙体中配置2φ6@200的钢筋，可改善砌体结构的受力性能，提高砌体的延性。

另外，在墙体转角处和纵横墙交接处按照规范设置拉结钢筋。根据GB 50003—2011第6.2.2条“应沿竖向每个400 ～500 mm设拉结钢筋，其数量为每120 mm墙厚不少于1根直径6 mm的钢筋”；“埋入长度从墙的转角或交接处算起，对实心砖墙每边不少于500 mm”[4]。

2.1.6 加厚纵墙

采取以上措施后，个别墙体在抗震验算时仍然不合格，由于首层轴纵墙不影响建筑需求，所以优先采取加厚此道纵墙，改墙厚为490 mm，其他纵墙也采用370 mm厚砖砌筑。二层所有纵墙均采用370 mm厚。

3 结论

砌体结构房屋抗震性能较差，当纵、横墙不能满足抗震强度验算要求时，应根据抗剪强度大小，选择各种提高抗剪强度承载力的方法[2]。笔者简要介绍某多层砌体结构的实际工程，通过采取各种提高多层砌体结构抗震性能的措施使房屋达到了满足抗震设防要求的各项指标，分析计算的过程使几种措施的应用更加明确和直观。

总结提高砌体房屋抗震性能的六种方法如下：

1）改善地基的抗震能力，改善整个结构的整体性。

2）将薄弱部位予以加强。如在楼梯间、底层和顶层窗台板处设置混凝土带。

3）墙体段内增设构造柱，除按照规范设置外，通过计算在相应位置可增设。

4）每层内外横纵墙处均设置圈梁。

5）在砌体结构的灰缝中配置适当数量的钢筋

6）在不影响建筑需求的情况下增厚墙体。

[1]杨书灵.消能减震技术在实际工程中的应用[J].林产工业,2016,43(8):59-60.

[2]朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析 GB 50011—2010[M].北京:中国建筑工业出版社,2011:345.

[3]李佳.国有林场危旧房改造项目住宅楼地基处理方法[J].林产工业,2015,42(2):53-55.

[4]GB 50003—2011 砌体结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.