砌体结构建筑抗震设计
摘要：本文针对多层砌体结构主要震害特征，分析震害发生的原因。设计中应注意砌体结构的抗震概念设计及抗震构造措施。
关键字：多层砌体震害特征; 抗震概念设计; 砌体结构
砌体结构是多层住宅，办公楼，学校和医院等建筑工程中广泛应用的一种结构形式。尽管汶川大震中经过抗震设计的房屋发生严重破坏和倒塌的比例约为20%--30%。但是我们也看到经过抗震设计的的砌体结构在经过了远超出设防烈度的情况下，仍有相当比例的砌体房屋达到了“大震不倒”的设防目标。有的甚至经过维修加固仍能使用。映秀镇漩口中学框架结构的教学楼由于只有一道防线完全倒塌，倒塌的教学楼后面一栋五层的住宅楼在地震烈度高达11度的情况下仍屹立不倒，也说明了砌体结构经过严格按照规范设计施工的砌体结构完全可以实现“大震不倒”的设防目标。鉴于目前我国国情，砌体结构由于造价低廉，方便取材，仍是我国中小城市或县镇建设中大量使用的一种结构形式。
为提高多层砌体结构建筑的抗震性，必须重视概念设计，做好抗震构造措施，从地震中吸取经验教训，应做好以下工作：
一．严格按照抗震规范控制层数和高度
历次地震都证明：二，三层房屋震害要比四，五层的震害轻得多，六层及六层以上的砌体房屋震害明显加重。海城和唐山地震中，相距不远的房屋，四，五层比二，三层的破坏严重，倒塌比例也高得多。如果阁楼仅仅为层高不高且不住人，只是屋架的一个组成部分，此时可不作为一层，若层高较高可住人，则屋面阁楼计入层数，高度计算至阁楼层山尖墙的1/2处。半地下室从地下室室内地面起算高度，全地下室和嵌固条件好的半地下室允许从室外地面起算高度。横墙较少的总高度应比抗规表7.1.2降低三米，层数相应减少一层；横墙很少的房屋应再减少一层，高度再减少三米。
地震烈度相对较低的6,7度，按照规定采取加强措施并满足抗震验算时，其高度和层数可不减小。
多层砌体房屋的层高不应该超过3.6米层高。如学校确实需要较高的层高时，在采用约束砌体等加强措施后层高仍不能超过3.9米。
二．平面和立面布置要规则
有的建筑师为追求立面效果而忽视了房屋的规则性，从汶川地震中我们可以清晰看到，建筑平面的凹凸变化容易造成应力的集中， 引起各个击破从而导致严重破坏甚至倒塌。平面凹凸尺寸不应超过典型尺寸的50%，超过25%时房屋转角应采取加强措施。因此，房屋平面最好是矩形，体型布置上尽可能使建
筑结构的质量中心和刚度刚度中心重合,避免因体型不对称导致扭转反应引起应力集中。
三．控制房屋的高宽比
由于砌体结构抗压能力较强而抗拉，抗弯能力较差，为了防止底部过早受拉破坏，因此抗震规范规定高宽比目的就是为了保证房屋的整体稳定性，防止整体弯曲破坏。合适的高宽比能提高砌体结构的抗震性能。注意计算宽度时单面走廊房屋不包括走廊宽度。
四．横墙间距要
横墙间距的大小和震害有直接的关系。砌体结构的墙体是主要受力构件，墙体数量越多，间距越小，震害越轻，抗倒塌能力就越强。汶川地震中大开间多层砌体房屋倒塌比例明显偏高再次证明了横墙间距对抗震的重要性。
五．控制墙体的局部尺寸
窗间墙的破坏形态按照窗洞高和窗间墙的比值大致分为三种：
A:比值小于不大于1.0时,窗间墙裂缝表现为较小的交叉裂缝。
B:比值大于1.0时，尽管也表现为交叉裂缝，但裂缝较陡，随着比值的增加裂缝两侧的砌体破裂直至掉落。
C：当比值远大于1.0时，即很窄的窗间墙，表现为弯曲破坏，严重的导致压碎脱落。
汶川地震中这种典型破坏特征，屡见不鲜。
为此规范规定窗间墙的开洞面积6,7度时不宜大于55%，8,9度时不宜大于50%。不能过分追求大窗而牺牲抗震性能。和横墙相连处除设置构造柱以外，应根据情况适当增加拉结钢筋网片的数量。和纵墙不相连的窗间墙更要加强配筋数量，必要时在窗间墙两侧增设构造柱。
规范明确规定，局部尺寸不满足时应采取加强措施弥补，通常可增设构造柱，但要注意不要认为设置了构造柱尺寸可任意缩小，至少也要满足局部尺寸的80%。
局部尺寸的是避免个别局部部位破坏失效而引起内力重分布，从而造成连锁反应造成整栋房屋的破坏甚至倒塌。
六．加强楼梯间的安全性
楼梯间是地震或火灾时最重要的安全通道，楼梯间也是砌体房屋的薄弱环节。汶川地震中楼梯间遭到严重破坏和倒塌，有的甚至连同梯段一起被折断，楼梯上有人后果可想而知。规范规定除楼梯间四角设置构造柱外，斜梯段上下端对应处也设置构造柱。再加上层间设置的钢筋混凝土带，这样楼梯间四周墙就被划分成了比较小有约束的区格，大大增强了楼梯间的整体性。如果再适当加强梯板的厚度和配筋及梯梁的纵筋和箍筋，那么楼梯间的安全性无疑会大幅提升。
出屋面的楼梯间由于鞭梢效应更应该得到加强。
七．砌体房屋的底部要加强
由于地震剪力沿房屋高度为三角形分布，地震剪力底部大，向上逐步减小。汶川地震中底部和底部数层震害明显比上部严重。规范规定6,7度底部1/3楼层，8度时底部1/2楼层，9度时全部楼层均需沿墙通长设置拉结钢筋网片，构造柱也宜适当加密或构造柱适当加大截面及配筋。这样可以底部的裂缝宽度，使受力更均匀。从抗震规范这个措施也可以看到随着经济的逐步发展砌体结构从无筋砌体逐步向配筋砌体过渡。
八．采用合理的结构体系
由于横墙开洞少且和纵墙互为支撑，横墙承重能较好的传递地震力，所以应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重，严禁采用砌体墙和混凝土墙混合承重的结构体系。由于砌体结构的脆性和扭转效应严禁开转角窗。为了使地震力传力明确，均匀传递，承重墙体布置宜均匀对称，沿平面宜对齐，竖向应连续，并且纵横向墙体有效面积不宜相差太大。
九．加强房屋的整体性
房屋是由四周墙体和楼板组成的一个个封闭空间。很明显抗震能力与房间的整体性密切相关。地震发生时地震作用的传递是通过楼板传递给墙体。楼板和四周墙体的连接显得尤为重要。汶川地震中倒塌的预制楼板端部钢筋有的很明显看到被弯折，楼板之间以及楼板和墙体之间没有任何有效连接，如果有一块预制板被砸断坠落就会引起连锁反应，抗震能力可想而知。唐山地震时这种现象屡见不鲜，预制板也被当地百姓称为“棺材板”，所以唐山也是较早不采用预制板的城市之一。如果采用预制板必须加强楼板和墙体的连接，预制板侧边也应和墙或者圈梁拉结。只有这样才能均匀传递地震力，即使楼板被砸断也不至于坠落，有条件的地区采用现浇楼板无疑是更好的选择。
九．合理设置圈梁和构造柱
根据实验研究和震害经验知道，设置在墙两端的构造柱可以提高墙体的受剪承载力10%--30%左右，提高幅度和墙段的高宽比，轴压力及开洞情况有关，构造柱主要作用是和圈梁组成边框对墙体起约束作用，使之有较高的变形能力和延性，达到消耗地震力的作用，防止墙体的突然坍塌。所以构造柱应设置在墙体
的两端和阳角等应力集中的部位和错层及梁下墙垛等比较薄弱的部位。
横墙在地震作用下成”X”形裂缝破坏，墙体较长时中部就会出现水平裂缝，所以构造柱的间距不宜过大，一般不宜超过层高的二倍。从震害中我们也可以看到，构造柱间距较远起不到对墙体的有效约束，所以新抗震规范明确的增加了构造柱的设置数量，缩小了构造柱的间距，相应圈梁间距也减小了。汶川地震的震害中我们也看到设置构造柱的转角被剪断压屈，未设置构造柱的底层倒塌引起整栋楼完全坍塌。再次证明了构造柱可以提高墙体的抗剪和抗压能力。
由于砌体结构材料本身脆性的特征，所以构造柱和圈梁的设置，在一定程度改变了完全脆性的性质，特别是地震时具有了一定的延性。汶川地震的震害调查再次证明了圈梁和构造柱能大幅提高房屋的整体性，提高抗震能力，是抗震行之有效的措施。试想如果构造柱的设置间距和层高比较接近的话，砌体结构的抗震防倒塌能力无疑会更高。
结语
砌体结构目前仍是我国广大中小城镇和农村采用的主要结构形式，正确认识震害特征，对提高砌体结构的抗震设计水平无疑具有非常重要的意义。汶川地震对过分追求大房间，大门，大窗，大凸大凹，体型新奇怪异的建筑设计师是一个很好的警示。只要我们具有良好的抗震概念设计并好控制好设计的每一个细节，就能设计出良好抗震能力的砌体结构。
