砌体抗震研究
砌体抗震研究【1】
摘 要：提高砌体的抗震能力，混凝土多孔砖作为一种新型墙体材料，自生产应用以来去得良好的经济与使用效果。
该产品是以水泥为胶结材料，与砂、石(轻集料)等经加水搅拌、成型和养护而制成的一种具有多排小孔的混凝土制品。
关键词：砌体;抗震;研究
我国大多数地区都处于地震破坏的威胁之中。
特别是1976年唐山大地震和2008年5月12日的汶川大地震给我们惨重的教训。
地震后摆在我们面前有两条出路：一是淘汰砖砌体，一律使用其他材料建造房屋。
但是，显然不符合我国国情。
因此，只能走另一途径，即改进砌体的抗震性能，提高它的延性和抗倒塌能力，使之能满足裂而不倒的要求。
一、砌体抗震在工程中存在的问题
1、施工方面存在的问题。
纵向钢筋上下错位，由于柱筋定位放线时偏离设计位置或砖砌体预留柱位时上下楼层位置偏差，其结果是构造柱上下轴心不对位，违反了规范要求，严重影响了抗震功能;钢筋搭接不规范，很多工程的柱筋搭接随意;箍筋施工存在问题较多，如绑扎间距过大或大小间距不等。
在砌体施工期间，由于成品保护不好，造成严重滑移、歪斜、松散、合模板前也未修理;不按规定加密箍筋，按规范要求，柱与圈梁相交时，节点处一定范围内应加密箍筋。
而造成了质量隐患，还有箍筋弯钩长度及角度不规范及拉结筋的摆放问题等。
2、混凝土施工存在的问题。
在骨料级配，许多施工现场对骨料选配很不认真，往往由于骨料过大而出现不密实和断条情况;坍落度上施工中因混凝土坍落度过小，流动性不好，加之振捣不良，造成混凝土内部出现孔洞，表面出现蜂窝、麻面，特别是根部易出现烂根情况;根部清理不净，很多施工现场不留清扫口或清理不净，结果是层层柱根隔层，整个构造柱实质是一个多处断条的钢筋连体柱，且断点又均在楼面上钢筋搭接处，这样柱子不但无法起抗震作用;新老混凝土结合不良，施工时这道工序往往被取消，致使新老混凝土界面结合不良，形成暗缝内伤。
3、砌体施工存在的问题。
马牙槎留设不规范，先进后退，槎口高度、深度不一，遇内外墙丁字砌体节点时，内墙只留直槎，个别工程干脆取消马牙槎;砌体施工时，挤揉出的砂浆挂在砖口上，往往不清理。
由于每行砖或大或小都有砂浆挤出，相当于减小了构造柱的有效断面尺寸。
4、圈梁施工存在问题。
圈梁浇筑不久，强度未达到规范要求，而进行预制板的安装，出现圈梁被踏酥和压裂现象，影响圈梁质量;圈梁在转角处，钢筋搭接方式错误，出现“浮筋”或不满足锚固长度要求;圈梁在楼面或屋面与预制混凝土梁相交处，钢筋和圈梁截面均发生变化(钢筋数量减少和圈梁截面尺寸减少)或出现圈梁断开;圈梁箍筋间距大于规范要求的箍筋间距，错误理解保护层厚度为箍筋外皮到混凝土外皮的距离，导致保护层过大，截面变些保护层应从主筋外皮算起;圈梁在楼梯间窗洞口等部位出现截断，但未构造要求设置搭接圈梁，使圈梁不闭合;未按设计要求施工，出现漏加圈梁或加大圈梁布置间距，超出规范规定的圈梁间距要求。
二、 砌体抗震设计的基本理论
砌体是脆性材料，变形能力差，抗震潜力小，在地震作用下墙体容易产生开裂。
墙体开裂后，持续的地面运动就可能使破裂的墙体发生平面错动，因而大幅度地降低墙体的竖向承载力。
当上部的层数多且重量大时，已破碎的墙体可能被压垮，导致房屋整体倒塌。
根据国内外地震震害调查，多层砌体房屋的抗震能力与房屋的总高度和层数有直接联系，房屋的破坏程度随高度的增大和层数的增多而加重，其倒塌率几乎与房屋的高度与层数成正比，因此限制多层砌体房屋的高度和层数是减轻地震的灾害经济而有效的措施。
多层砌体房屋，总高度的层数的限制。
砌体结构的抗剪强度较低，抗弯能力更差，因此房屋在地震作用下的破坏应是剪切型，以墙体的受剪承载力来抵抗水平地震作用，不得出现过大的整体弯曲变形。
为了简化计算，在多层砌体房屋不做整体弯曲验算条件下，为了保证房屋的整体稳定性，减轻弯曲造成的破坏，对房屋的高度和总宽度的比值应有所限制。
混凝土多孔砖是一种新型墙体材料，是以水泥为胶结材料，以砂、石等为主要集料，加水搅拌、成型、养护制成的一种多排小孔的混凝土砖。
也就是说，混凝土多孔砖外形特征是烧结多孔砖，而材料性能应归于普通混凝土小型空心砌块。
用混凝土多孔砖代替实心黏土砖、烧结多孔砖，可以不占耕地，节省黏土;不用焙烧设备、节省能耗;制作工艺简单，施工方便。
混凝土多孔砖的适用范围，该产品兼具粘土砖和砼小砌块的特点，外形特征属于烧结多孔砖，材料与砼小砌块类同，符合砖砌体施工习惯，各项物理、力学和砌体性能均可具备烧结粘土砖的条件。
其使用范围、设计方法、施工和工程验收等可参照现行砌体标准，可直接替代烧结粘土砖用于各类承重、保温承重和框架填充等不同建筑墙体结构中，具有广泛的推广应用前景。
三、有限元理论及其在工程中的应用
随着计算技术的发展，早就用于建筑工程的复杂刚架和航空工程的蒙皮骨架等结构的分析。
但这些结构本身都是明显地由元件组成，元件的特征可通过经典的分析来建立。
虽然整个分析方法和步骤都与有限单元法相似，也有用矩阵来表达、用计算机来求解，但它与目前广泛应用的有限单元法是有区别的。
目前只能分析杆系结构，而不能分析本身没有明显元件的连续体。
有限单元法由解决具体工程问题开始，但很快就认识到它是弹性力学中变分问题里兹(Ritz)解决的一种特殊应用。
在里兹法中因为要在整个求解域中建立试函数，因此只能解决规则区域的少量简单问题。
而有限单元法是通过分片插值建立整个求解域的分片连续函数，所以具有广泛的适用性。
也正因为此，有限元法迅速地被推广应用于由辩分原理控制的各种连续域求解问题。
随着有点单元法理论的发展与完善，以开发了许多大型通用有限程序、他们一般包括结构的静、动力分析和稳定、非线性分析等功能，有的还包括热传导、热应力、流体分析等功能、有齐全的单元库。
利用通用程序，一般的工程问题均可获得解决。
但这些通用程序常常需要在大型机上或工作站上运行，掌握其应用比较困难，某些新研究内容可能还不能解决。
因此针对某一特定内容开发各种特殊问题的专用软件，在充分考虑“可重用性”的前提下，积累与组成有限单元法分析程序库和可重用“构件”库，对工程应用和加快软件开发时很有实际意义的。
砌体结构建筑抗震设计【2】
【摘 要】砌体结构是一种传统的墙体材料，在我国的各类建筑中仍占80%以上的比例。
但对历次地震对砌体震害的调查分析，得出此种结构在震害中受到破坏较大，究其影响震害的主要因素，提出震害防治的对策和设计建议;并提出对砌体抗震的新发展。
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;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，结合自身设计的实践经验，我认为，砌体结构房屋抗震设计上应注意以下几方面。
【关键词】砌体结构;震害;抗震设计
多层砌体房屋是我国民用建筑的主要结构类型之一，在我国城镇建设中，这类房屋的数量最多，分布最广。
在今后相当一段时期内，虽框架，剪力墙等其他结构形式迅猛发展，但由于我国的经济发展水平及人口环境等的现实情况，多层砌体房屋仍将是多数城镇民用建筑筑的主要结构形式，在经济不发达地区尤其如此，此类建筑在我国各类建筑中仍占80%以上的比例。
但是这类房屋建筑，由于是由脆性材料的粘土砖和砂浆砌筑而成，在未合理的抗震设计时，其抗震性能一般来说是较差的。
砌体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;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，结合自身设计的`实践经验，我认为，在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。
1 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。
2 对于配筋砌体，主要是对于当房屋层数比较高时应用，对于大量的民用建筑中，应用还不是很广泛，在此我们就不多谈了。
但对于永城地区而言，气候潮湿、抗震设防六度，住宅建设中的通常做法是在地面设架空层或半地下室，坡屋顶，实际层数达到8层，已超出规范限值。
规范中的用词为“不宜”超过7层，也就是说只要采取合理有效的措施，还是可以实现的。
具体做法是：
2.1 楼层圈梁层层设置，截面适当加大;
2.2 墙体交接处均设置构造柱;
2.3 构造柱间距不大于4米;
2.4 大于米的洞口两侧设构造柱;
这样处理的中心意思就是按组合砌体来考虑这类情况。
但这样处理后，因为现在的住宅设计要求较高，平面一般情况下都比较复杂，纵墙很少有连通的，所以墙体内的构造柱数量较大，对砌体本身而言是不利的，所以构造柱的截面不能过大，否则达不到我们要求的结果。
3 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。
4 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
5 适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度
历次震害表明，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。
6 有效设置房屋圈梁和构造柱
多次震害调查表明，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。
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