砌体结构的抗震设计

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1、砌体结构的抗震设计一、引言中国是砌体大国。据统计，1980年的全国年产量为1600亿块，1996年增至6200亿块，为世界其它各国砖每年产量的总和。全国基建中采用砌体作墙体材料约占90%左右。在办公、住宅等民用建筑中大量采用砖墙承重。现在每年兴建的城市住宅建筑面积多达1亿m2以上。在中小型单层工业厂房和多层轻工业厂房，以及影剧院、食堂、仓库等建筑也广泛采用砖墙、柱承重结构。砖石结构还用于建造各种构筑物。每座都有新发展和世界纪录我国还积累了在地震区建造砌体结构房屋的宝贵经验。我国绝大多数大中城市在6度或6度以上地震设防区。地震烈度≤6度的砌体结构经受了地

2、震的考验。经过设计和构造上的改进和处理，还在7度区和8度区建造了大量的砌体结构房屋。据不完全统计，从80年代初至今10多年间我国主要大中城市建造的多层砌体结构房屋建筑面积已达70-80亿m2。可见砌体的安全成为关系砌体设计的重点。二、新材料、新技术、新结构的研究与应用使砌体的抗震不断发展。1060年代以来，我国粘土空心砖(多孔砖)的生产和应用有较大的发展，《多孔砖砌体设计与施工技术规程》行业标准，为这种砖的推广创造了条件。近10余年来，采用砼、轻骨料砼或加气砼，以及利用河砂、各种工业废料、粉煤灰、煤干石等制无热料水泥煤渣砼砌块或蒸压灰砂砖、粉煤灰硅酸盐

3、砖、砌块等在我国有较大的发展.砌块种类、规格较多，其中以中、小型砌块较为普遍，在小型砌块中又开发出多种强度等级的承重砌块和装饰砌块。70年代以来，尤其是1975年海城—营口地震和1976年唐山大地震之后，对设置构造柱和圈梁的约束砌体进行了一系列的试验研究，其成果引入我国抗震设计规范。在此基础之上，通过在砖墙中加大加密构造柱形成所谓强约束砌体的中高层结构的研究取得了可喜的成果。和约束配筋砌体对应的是所谓均匀配筋砌体，即国外广泛应用的配筋砼砌块剪力墙结构，这种砌体和纲筋砼剪力墙一样，对水平和竖向配筋有最小含钢率要求，而且在受力模式上也类同于砼剪力墙结构，它

4、是利用配筋砌块剪力墙承受结构的竖向和水平作用，是结构的承重和抗侧力构件。配筋砌体具有强度高、延性好，和钢筋砼剪力墙性能十分类似，可以用于大开间和高层建筑结构。如美国抗震规范规定，配筋砌体的适用范围同钢筋砼结构。我国在80年代初期主持编制国际标准《配筋砌体设计规范》10起至今对其进行了较为系统的试验研究，表明用配筋砌体可建造一定高度的既经济又安全的建筑结构,配筋砌体中高层的研究和应用具有十分广阔的前景。一、砌体抗震结构的选择。根据新规范《GB50011-2001》砌体结构形式分为：多层、底框和内框架。多层砌体除体形、层高、层数、结构形式等满足新规范构造要

5、求外，主要的抗震构件为墙体边缘约束构件（构造柱、圈梁）。当层数和房屋高度接近和达到砌体结构限定高度时，横墙内的构造柱间距不宜大于层高二倍；纵墙内的构造柱一般不宜超过3.9m(外纵墙)和4.2m(内纵墙)。当房屋的设防烈度较高或横墙较少，横墙内的构造柱间距不宜大于层高，在纵墙内的柱距不宜大于4.2m;同时,在所有纵墙墙交接处及横墙中部,也均应设有构造柱以约束相应墙段的砌体。墙段不能胜任所承担的地震作用时，可采用增设构造柱的做法来提高墙段的抗剪强度，其构造做法是：（1）构造柱宽度同墙厚，常用的有240×240或190×300，长度不宜超过300。截面不宜过

6、大，过大不利于墙壁柱协同工作；（2）构造柱间距不宜大于4m。试验证明，墙段的宽高比超过2时，构造柱的约束作用降低。构造柱间距过大，对提高墙体的抗剪能力会有不利影响。（3）有中段构造柱墙段的抗剪承载力计算：10V≤1gRE[hcfVE(A-Ac)+zftAc+0.08fyAs]式中：gRE为承载力抗震调整系数，墙段两端有柱取0.9,一边有柱或两端无柱取1.0,自承重墙取0.75；hc为墙体约束修正系数，一般情况取1.0,构造柱间距小于2.8时取1.1；fVE为砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值；A为砌体墙段截面总面积；为Ac墙段中部构造柱横截面总面

7、积；z为中段构造柱参与工作系数，居中设一根时取0.5，多于一根时取0.4;ft为中段构造柱的砼轴心抗拉强度设计值；fy为中段构造柱的纵向钢筋抗拉强度设计值；As为中段构造柱的纵向钢筋横截面总面积；z为中段构造柱参与工作系数，居中设一根时取0.5，多于一根时取0.4。也可采用配筋砌体做为抗震构件，实心粘土砖及多孔砖、蒸压类砖等强度能达到MU20（孔洞率较小，不宜砌筑芯柱配筋砌体），砼小型空心砌块孔洞率可达50%左右,强度可达MU20,是砌筑芯柱配筋砌体的理想材料。配筋砌块砌体墙的力学性能与钢筋砼墙的非常接近，因为同属一种材料，仅在构造上有所区别。因此，如

8、正截面承载力的计算，配筋砌块可采用与钢筋砼完全相同的基本假定和计算模式，仅是砌块墙中灌芯砌体的