2010年二级结构工程师专业结构考试辅导-浅谈砌体结构的抗震设计

多层砌体结构因其工程造价较低在我国目前是应用较为广泛的结构型式，在整个建筑业中占的比重是比较大的。从国内外历次大地震来看，砌体房屋的破坏率都比较高。我国的唐山、邢台、耿马一澜沧地震，给人民的生命财产造成巨大损失，人员伤亡很多，房屋倒塌严重，教训是十分沉痛的。因此，作好砌体结构的抗震设防工作，具有十分重要的意义。
　　砌体结构因其构件组成和连接方式的内在原因，具有脆性性质，其抗剪、抗拉、抗弯强度都很低，如再不进行合理的抗震设计，其抗震性能及抗破坏能力就更低了。但地震灾害中也有少数的房屋震害较轻。这说明经过合理的设计和采取必要的抗震措施，精心施工，仍可在地震区采用。经过几十年的抗震科学研究，现在已经总结出了一套适合我国国情的抗震理论和抗震方法即参数设计与概念设计相结合的设计方法。
　　一、简述参数设计理念
　　参数设计即是进行地震作用和房屋各构件的地震响应计算，包括各墙柱梁板承载力和变形计算。具体来讲，我国现行抗震规范采用的是二阶段设计法，即在小震下按弹性理论计算，然后做大震下结构的弹塑性变形计算。
　　小震下弹性理论的计算主要包括地震作用计算和结构的内力分析，而结构构件的截面抗震验算仍然采用静力设计规范的方法和基本指标。大震下结构弹塑性变形计算是为了保障人民生命财产安全，对于延性结构要进行结构薄弱层的弹塑性变形计算，使之不超过允许限值以防止倒塌；砌体结构（无筋砌体）属于脆性结构，我们现阶段主要从抗震措施上考虑加强。
　　多层砌体房屋的地震作用计算一般是采用底部剪力法，以防震缝所划分的结构单元作为计算单元。计算出各楼层的水平地震剪力，然后按楼盖的刚度和墙体的层间抗侧力等效刚度分配到该方向的各抗侧力墙体上。
　　对于无筋砌体截面抗震承载力的验算，目前主要有两种计算理论：剪摩理论和主拉应力理论。它们有各自的适用范围：砖砌体一般采用主拉应力理论，而砌块结构可采用剪摩理论。
　　在砌体墙内配置横向钢筋，在一定程度上可提高砌体的抗剪强度。研究表明，配置水平钢筋的墙体，当配筋率为０．０３％～０．１６７时，极限承载能力较无筋砌体可提高５％～２５％。另一方面，配筋砌体受力后的裂缝分布均匀，变形能力大大增加。配筋墙体极限变形为无筋墙体的２～３倍。试验表明：配筋量过多，并不能发挥其有效作用；配筋量过少，则对提高砌体的抗剪强度和改善砌体的延性起不到作用。一般配筋率在0.0７％～０．１７％较合适。
　　关于砌体房屋地震作用及墙体截面的抗震验算的具体过程，我们的抗震规范做了比较详尽地介绍，此处不一一赘述。
　　二、探讨建筑抗震概念设计的重要性
　　抗震概念设计是指利用抗震经验通过合理的定性判断对建筑场地选择、建筑平（立）面和结构体系、抗震构造措施等重要问题进行抗震设计处理。由于地震本身的随机性、各种结构之间的差异以及结构本身的复杂性、在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程的复杂性，目前的抗震计算设计仍处在较低水平，尚未达到科学的严密程度。因此，在目前要使建筑物具有尽可能好的抗震性能，首先应从大的方面入手，作好抗震概念设计，从根本上消除建筑物中的抗震薄弱环节，然后再辅以必要的抗震计算。如果整体的概念设计没有作好，计算工作再细致，也很难有效地控制抗震薄弱环节，从而也难免在地震时建筑物不发生严重破坏，甚至倒塌。所以我们应该重视房屋震害的实地考察，找出房屋抗震的薄弱环节，总结出有益的抗震措施，作好建筑结构的抗震概念设计。对砌体结构这种脆性材料来说，建筑抗震概念设计更为重要。
　　与水平地震作用平行地墙体是承受地震作用的主要抗侧力构件，从以往的地震调查资料可以看出，承重横墙地破坏主要是剪切破坏，并且一般是底层比上层严重。纵墙地破坏往往时因为横墙间距过大或者楼（屋）盖刚度较差而在平面外受弯受剪，在窗口上下截面处出现水平裂缝。
　　建筑物墙角的破坏也是很常见的，主要是因为应力集中和地震的扭转作用造成的；楼梯间的破坏一般是比较重的，原因是楼梯间没有一般房间的楼盖形成空间的盒子结构而空间刚度较差，且顶层休息平台以上外纵墙为一层半高，稳定性较差；纵横墙的连接处，因为受到两个方向地震力地作用受力复杂，容易产生应力集中，若施工时纵横墙不同时咬槎砌筑，又缺乏足够的拉结，则地震时连接处容易产生纵向裂缝，严重时纵横墙拉脱，出现中墙外闪以至倒塌。

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