浅谈多层砖混结构的抗震设计

浅谈多层砖混结构的抗震设计

浅谈多层砖混结构的抗震设计

郭 学 文1

(1 杭州浙华建筑设计事务所三所 温州 325000)

摘要：由于砖砌体抗拉、抗剪能力比较低，容易在局部产生裂缝，严重影响建筑物的整体性和使用功能，

甚至危及结构安全。因此改善砌体结构延性，提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。 关键词：砖混结构、抗震设计、墙体裂缝、构造措施、防治措施

砖混结构房屋由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点，多年来一直为广大城市和农村所普遍采用，但是砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑，通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区，多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质，变形能力小，导致房屋的抗震性能较差，由于砖砌体抗拉、抗剪能力比较低，容易在局部产生裂缝，严重影响建筑物的整体性和使用功能，甚至危及结构安全。因此改善砌体结构延性，提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范，结合笔者自身在新疆伊犁抗震区设计的实践经验，就多层砖混房屋抗震设计给出自己的粗浅看发，希望能给同行以参考和帮助。

在笔者碰到的震害砖混房屋中，主要是产生墙体裂缝。砖混结构中的一般细小裂缝由于不危及使用，往往被人忽略。但这些裂缝在较长时间内还不稳定， 降低了建筑物的抗震能力，在地震时容易引发墙体破坏，甚至墙体倒塌, 砖混结构墙体裂缝主要有温差裂缝、地基不均匀沉降产生的裂缝以及结构裂缝三类。为此，在进行工程设计、施工及使用时应采取相应措施，防止裂缝的产生和发展。

1.温差裂缝产生原因。温差是造成顶层墙体产生裂缝的主要因素。温差裂缝的轻重程度与环境温差成正比，温差大时裂缝就严重，温差小时裂缝就轻，屋面保温隔热效果好的裂缝轻，保温隔热差的裂缝较重。由于混凝土与砖砌体的线膨胀系数不同（混凝土线膨胀系数为10×10，砖砌体线膨胀系数为5×10），其数值大小相差一倍。在环境温差影响下，混凝土屋盖产生热胀冷缩变形比较大，而砖砌体变形则小得多，两者之间因性能差异产生相对位移，致使房屋端部砖墙内产生拉力和剪力，使截面突变，薄弱环节（部位）应力集中时墙体产生裂缝。

2.地基不均匀沉降裂缝产生的原因。（１）由于地基土质软弱或建筑地基局部土质不均匀，存在暗沟，洞穴，基坑等，土质软硬差异大，受压后必须产生过大的不均匀沉降；（２）地基处理不当，基础设计不合理。建筑荷载对地基产生较大的附加应力，对承载力低、变形大的软弱地基，应进行加固处理，以提高地基承载力。基础设计根据上部荷载与地基土质情况，考虑地基与基础共同作用，合理选用基础形式；（３）地基边坡破坏。地处陡坡边缘的建筑，由于地面高差较大，边坡不够稳定，再加上地基附加应力的作用，边坡失稳、滑移、沉降不均，墙体开裂；（４）地基含水量变化不正常。因周围环境某些变化，使建筑物场地地下水位升高，或上下管道渗漏，地表水渗入建筑地基，长期浸泡，土质软化甚至冲刷掏空，导致不均匀沉降；（５）建筑物使用不当。随意改变房屋用途，增大荷载，在室内地面堆放超设计要求的大面积荷载，使地基附加应力剧增，导致建筑物不均匀沉降，墙体开裂。

3.结构裂缝产生的原因。（１）结构设计差错。由于结构荷载计算遗漏，设计差错，构造不合理，荷载过大而构件截面尺寸偏小，砌体受压面积不够原因，造成结构本身先天不足；（２）因埋设各种管线穿过墙体破坏了砌体整体性，减少了砌体截面面积，削弱了砌体承载力；（３）砌体施工质量低劣。由于砌筑用砖和砂浆强度等级低，水平灰缝砂浆不饱满，组砌不符合要求，降低了砌体承载能力；（４）使用不当。由于改变房屋用途，加大使用荷载或增加振动力，破坏墙体。

基于砌体材料的脆性性质，限制其层数和高度是主要的抗震措施。多层砖混结构房屋，除依赖于横墙间距、砖和砂浆强度等级、结构的整体性和施工质量等因素外，还与房屋的总高度有直接关系。

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浅谈多层砖混结构的抗震设计 ————————————————————————————————————————————

作者简介：郭学文（1978—），男，湖北浠水人，大学本科，主要从事于工业与民用建筑结构设计。

现行抗震设计规范从以下几个方面给予抗震设计以很好的保证：

一、 砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值

层数越多，高度越高，它的地震破坏程度越大，所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。现行建筑抗震设计规范（GB50011—2001）（下称抗震规范）对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定：多层砌体房屋的总高度及层数应满足抗震设计规范表7.1.2中的限值。在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上述表格的限值，因为楼盖重量占房屋总重的一半左右，房屋总高度相同，多一层楼盖就意味着增加半层楼的側向地震作用，同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下，因倾覆力矩过大，使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏，故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

二、科学布局建筑平面和立面

建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。抗震设计中，建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则，结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合，在地震作用下会产生扭转效应，大大加剧地震的破坏力度。对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻，房屋重心尽可能降低，避免采用错落的立面，突出屋面建筑部分的高度不应过高，以免地震时发生鞭梢效应，同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案，即使不可避免时，也应尽量在适当部位设置防震缝，将体型复杂，平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元。在实际工程设计中，应尽可能兼顾建筑造型，又满足使用功能要求的前提下，将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方；同时又能有效地提高工程的抗震性能。

三、增强砌体房屋的刚度及整体性 房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点，是较理想的抗震构件，不但可消除滑移、散落问题，增加房屋的整体性，增大楼板的刚度，而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽，因作为以剪切变形为主的砌体结构，层间变形是可控制的。较强的楼板及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用，同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。因此，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。

四、合理布置纵墙和横墙

多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体，在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝，严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象，进而使房屋造到破坏；所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，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，同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低，多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重，由于非承重方向的约束墙体少，间距大，因而房屋该方向刚度较弱，空间刚度和整体性均较差，拉震能力低；在高烈度地区，墙体由于平面外的失稳而先行破坏，进而引起整个房屋倒塌。而在两个方向适当布置纵横、墙混合承重的房屋，由于其限制了纵、横墙的侧向变形，增强了空间刚度和整体性，对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。墙体布置时，应尽量采用纵墙贯通的平面布置，当纵墙不能贯通布置时，可在纵横墙交接处采取加强措施，也可在纵、横墙交

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浅谈多层砖混结构的抗震设计 接处增设钢筋混凝土构造柱，并适当加强构造配筋；必要时还可以每隔一定高度放置水平拉结构筋如2Φ6@500，以加强房屋整体性，防止纵、横墙交接处被拉开。

在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墙承担，不仅要求横墙有足够的承载力，而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平刚度；对抗震横墙最大间距的构造规定就是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。现行建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定：房屋抗震横墙的间距不应超过规范中表格7.1.5的要求，其中，8度设防时，现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖的多层砖混房屋抗震横墙最大间距为15m。当横墙间距过大时，纵向砖墙会因过大的层间变形而产生出平面的弯曲破坏，使楼盖失去传递水平地震力的能力，从而导致地震力还未传到横墙，纵墙就已先破坏；所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。

五、适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度

多层砖混房屋的抗震能力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比，提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力，是减轻震害的有效途径之一。在6层砖混房屋的抗震验算中，上面几层的地震作用较小，容易满足抗震承载力的要求，而底部一、二两特别是第一层的地震作用力较大，是薄弱层，往往不容易满足要求；但若改变部分墙体的承载面积或适当提高砂浆的强度等级，如将部分240mm宽的承重墙改为360mm宽的墙，或将砂浆强度等级由M5体高到M10，则在抗震结果中显示满足抗震要求。可见在进行6层砖混房屋的抗震验算时，适当增加底部1~2层墙体面积或提高砂浆强度能有效地提高房屋的整体抗震能力。

当施工质量控制等级为B级时，龄期为28天的以毛截面计算的普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值应按砌体结构设计规范表3.2.1-1采用；砌体的轴心抗拉强度设计值，弯曲抗拉强度设计值和拉剪强度设计值应按砌体结构设计规范表3.2.2采用。比照以上两表，可见对于相同类别的砌体，烧结普通砖或烧结多孔砖用不同强度等级的砂浆砌筑，其抗压强度设计值、轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值是不同的，随着砂浆强度等级的提高，同类别砌体的以上各设计强度也相应提高，所以可见提高砂浆强度等级，能有效提高砌体的强度，增加砌体的承载力，从而达到提高砖混房屋抗震性能的目的。

六、有效设置房屋圈梁和构造柱

圈梁是多层砖房的一种经济有效的措施，可提高房屋的抗震能力，减轻震害。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，能有效地约束预制板的散落，使砖墙出平面倒塌的可能性大大降低，以充分发挥各片墙体的抗震能力。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，同时能保证楼盖起一整体横隔板的作用。圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束，限制墙体裂缝的开展，且不沿伸超出两道圈梁之间的墙体，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。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。现浇钢筋混凝土圈梁的设置应符合现行建筑抗震设计规范的要求。现浇钢筋混凝土圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。圈梁的截面高度不应小于120mm，配筋应符合抗震规范表7.3.3的要求。

砖墙增设构造柱后能提高砖混房屋的延性，发挥防止砖砌体侧向挤出塌落的约束作用；设置钢筋混凝土构造柱能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，在多层砖混房屋中合理地设置构造柱，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。现浇钢筋混凝土构造的设置部位应符合建筑抗震规范的要求。构造柱最小截面可采取240×180mm，8度超过五层时，构造柱纵向钢筋宜采用4Ф14，箍筋间距不应大于200mm，且在柱上、下端宜适当加密。房屋四角的构造可适当加大截面及配筋，构造柱与墙体连接处应砌成马牙蹉，并应沿墙高每隔500毫米设Ф6拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于1m。

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浅谈多层砖混结构的抗震设计 七、在合理位置的墙段内设置水平钢筋

在抗震验算中，多层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求，即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承力验算。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。一些试验表明，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。水平配筋砖砌体的砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5，水平钢筋宜采用HPB235、HRB335钢筋，配筋率不应小于0.07% ，也不宜大于0.17%，间距不应大于400mm；钢筋锚固长度不宜小于180mm。

八、其它措施 多层砖混结构房屋的楼梯间宜设置在每个单元中部，尽量避免将楼梯设在房屋尽端靠近山墙处；突出屋顶的楼梯间，构造柱应伸到顶部与顶部圈梁连接。为了避免个别墙段抗震强度不足首先破坏，导致逐个破坏，进而造成整栋楼破坏甚至倒塌，要求房屋的局部尺寸宜满足抗震规范的限值要求。

多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局，结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，从而满足抗震要求。在抗震设计时体现以预防为主的设计思想达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。对于建设工程只有在抗震设防，抗震设计和施工质量这三方面都符合要求，才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。

结合规范和墙体裂缝产生的原因，我们可以对症下药： 1.温差裂缝防治措施：（１）减少屋面伸缩缝间距，缩短混凝土构件直线段的长度；将屋面挑檐平面布置成凹凸曲折形状，缩短挑檐直线长度；（２）改进挑檐设计。设计中应优先用内天沟排水；在钢筋混凝土挑檐表面设置保温隔热层；现浇挑檐每隔１０ｍ左右设一道伸缩缝；将现浇挑檐改成预制；（３）一般屋面板受阳光辐射吸收热量较多，保温层的厚度宜适当增厚；选择采用导热系数小，保温性能优良的材料，并增设空气隔热层，有效控制屋面板的温升，以防止顶层墙体产生裂缝；（４）应根据屋面板基层的情况及时做好保温层；建成后长期不使用的住宅，应注意室内通风，防止室内温度过高致使楼板膨胀，使顶层墙体产生裂缝；（５）墙强顶层砌体抗裂能力；（６）严格执行砌体施工规范，确保砌体施工质量。

2.地基不均匀沉降裂缝防治措施：（１）在进行建筑基础设计前，应对工程地质进行详细勘察，查明地基土质情况，分布情况，承载力大小，地下水位等水文地质条件，对周边环境进行地质差异考察，然后进行全面分析，确定合理的建筑布局和结构类型，并正确选用基础形式，以使上部结构与地基相互影响，共同作用；（２）减轻建筑结构自重；（３）合理布置建筑体型。建筑平面形状应力求简单、合理，纵墙拉通避免转折多变，凹凸复杂；建筑方面应尽量避免高低参差，荷载差异大；（４）增强建筑物的整体刚变；控制建筑物的长高比，设置沉降缝；在基础和楼盖下的墙顶上设置平面闭合的钢筋混凝土圈梁；（５）合理调整荷载分布，选用较小的基底反力；（６）合理安排施工顺序。对立面高低悬殊，荷载变化较大的房屋，应分期分阶段组织施工。一般先建荷载大的高层，后建荷载较小的低层；先建深基础，后建浅基础，避免增加新的附加应力。

3.结构裂缝防治措施：（１）正确进行结构计算和设计，设计资料要经过层层把关核算；（２）卸载。对由于荷载过大，砌体强度低，已经产生裂缝的墙体，可采用减轻上层结构自重与使用荷载的方法，或在其顶部砌体内增设钢筋混凝土过梁，承担上部荷载；（３）结构加固补强。对由于荷载较大，砌体截面小，承载力不足，并产生裂缝的墙体，可在不影响主体立面的情况下适当加大截面尺寸。

参考文献：

[1].《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2001） [2].《砌体结构设计规范》 （GB50003-2001）

[3].《建筑结构荷载规范》 （GB50009-2001） [4].《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2002）

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[5].《混凝土结构设计规范》 （GB50010-2002） - 5 -