1、前言
地震造成人民生命財產(chǎn)損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內(nèi)外歷次地震的經(jīng)驗告訴我們:抓好抗震設防地區(qū)建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、和最根本的措施。
據(jù)文獻記載,全國城鎮(zhèn)民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據(jù)有關部門近兩年對四川省的16個城鎮(zhèn)各類公建房屋統(tǒng)計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據(jù)對1976年我國唐山7.8級地震震害統(tǒng)計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結(jié)構(gòu),其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。
2、目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У辍钡拇u房,高度超過限值1m以上。
(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結(jié)構(gòu)體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內(nèi)框架結(jié)構(gòu)。有的僅將構(gòu)造柱和圈梁局部加大,當作框架結(jié)構(gòu)。
(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構(gòu)造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。
(4)多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數(shù),加之缺乏工程經(jīng)驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。構(gòu)造柱和圈梁的設置:多數(shù)設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側(cè)未設構(gòu)造柱);抗震連接措施:多數(shù)設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
本文針對以上存在的主要問題,提出確保多層磚房抗震設計質(zhì)量的具體意見,供參考。
3、多層磚房抗震設計意見
我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數(shù)及構(gòu)造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
確保多層磚房抗震設計質(zhì)量,主要有以下三個方面的內(nèi)容。
3.1 抗震概念設計
3.1.1 房屋的高度和層數(shù)
實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總高度不宜超過表5.1.2的規(guī)定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。。橫墻較多是指同一層內(nèi)開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內(nèi)。對于醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表5.1.2的規(guī)定降低3m,層數(shù)相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據(jù)具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數(shù);對抗震橫墻間距超過要求的多層磚房,已不屬于側(cè)力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。
房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內(nèi)地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻［2］第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規(guī)則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規(guī)則平面,房屋寬度可按加權(quán)平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
3.1.2 結(jié)構(gòu)體系
應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。同一結(jié)構(gòu)單元中應采用相同的結(jié)構(gòu)類型,不應采用磚房與底框磚房或內(nèi)框架磚房或框架結(jié)構(gòu)等“混雜”的結(jié)構(gòu)類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑?？v橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產(chǎn)生應力集中或塑性變形集中;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
3.1.3 平、立面布置
建筑的平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用?？v、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側(cè)力構(gòu)件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質(zhì)量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結(jié)構(gòu)分割成平面和體形規(guī)則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻［1］表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構(gòu)造柱,可對已設構(gòu)造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構(gòu)造柱,則可用增設構(gòu)造柱來滿足要求。房屋轉(zhuǎn)角處的門窗間墻承受雙向側(cè)向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內(nèi)墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構(gòu)造柱來滿足。
值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現(xiàn)象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構(gòu)造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構(gòu)造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構(gòu)造柱和圈梁可以協(xié)同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態(tài),在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結(jié)構(gòu)中過多配置砼的桿系構(gòu)件,其作用是有限的。
3.2 抗震計算
抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現(xiàn)象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻［2］中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經(jīng)對7度區(qū)若干幢規(guī)則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。
地震造成人民生命財產(chǎn)損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內(nèi)外歷次地震的經(jīng)驗告訴我們:抓好抗震設防地區(qū)建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、和最根本的措施。
據(jù)文獻記載,全國城鎮(zhèn)民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據(jù)有關部門近兩年對四川省的16個城鎮(zhèn)各類公建房屋統(tǒng)計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據(jù)對1976年我國唐山7.8級地震震害統(tǒng)計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結(jié)構(gòu),其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。
2、目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У辍钡拇u房,高度超過限值1m以上。
(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結(jié)構(gòu)體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內(nèi)框架結(jié)構(gòu)。有的僅將構(gòu)造柱和圈梁局部加大,當作框架結(jié)構(gòu)。
(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構(gòu)造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。
(4)多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數(shù),加之缺乏工程經(jīng)驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。構(gòu)造柱和圈梁的設置:多數(shù)設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側(cè)未設構(gòu)造柱);抗震連接措施:多數(shù)設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
本文針對以上存在的主要問題,提出確保多層磚房抗震設計質(zhì)量的具體意見,供參考。
3、多層磚房抗震設計意見
我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數(shù)及構(gòu)造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
確保多層磚房抗震設計質(zhì)量,主要有以下三個方面的內(nèi)容。
3.1 抗震概念設計
3.1.1 房屋的高度和層數(shù)
實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總高度不宜超過表5.1.2的規(guī)定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。。橫墻較多是指同一層內(nèi)開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內(nèi)。對于醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表5.1.2的規(guī)定降低3m,層數(shù)相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據(jù)具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數(shù);對抗震橫墻間距超過要求的多層磚房,已不屬于側(cè)力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。
房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內(nèi)地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻［2］第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規(guī)則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規(guī)則平面,房屋寬度可按加權(quán)平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
3.1.2 結(jié)構(gòu)體系
應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。同一結(jié)構(gòu)單元中應采用相同的結(jié)構(gòu)類型,不應采用磚房與底框磚房或內(nèi)框架磚房或框架結(jié)構(gòu)等“混雜”的結(jié)構(gòu)類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑?？v橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產(chǎn)生應力集中或塑性變形集中;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
3.1.3 平、立面布置
建筑的平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用?？v、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側(cè)力構(gòu)件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質(zhì)量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結(jié)構(gòu)分割成平面和體形規(guī)則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻［1］表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構(gòu)造柱,可對已設構(gòu)造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構(gòu)造柱,則可用增設構(gòu)造柱來滿足要求。房屋轉(zhuǎn)角處的門窗間墻承受雙向側(cè)向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內(nèi)墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構(gòu)造柱來滿足。
值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現(xiàn)象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構(gòu)造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構(gòu)造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構(gòu)造柱和圈梁可以協(xié)同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態(tài),在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結(jié)構(gòu)中過多配置砼的桿系構(gòu)件,其作用是有限的。
3.2 抗震計算
抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現(xiàn)象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻［2］中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經(jīng)對7度區(qū)若干幢規(guī)則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。