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【论文摘要】总结分析了受力裂缝及非受力裂缝的不同状态及产生原因,结合工程经验提出控制裂缝的措施。
1简介
砖石材料是房屋建筑中采用较广泛而经济的地方材料,因宁夏当地的地质环境及条件,砌体结构在宁夏的建筑工程中使用的很多。砖石材料具有良好的耐火性,材料便宜,方便取得,施工工艺简单,工期短等优点。但砌体结构也存在一定的缺点,裂缝就是其中较为严重的问题,砖砌体出现裂缝,轻者影响外形美观和使用功能,损害结构整体性,降低工程寿命,重者使建筑失去使用价值,甚至倒塌。
2裂缝的类型及成因
产生砌体结构裂缝的原因很多,如不均匀沉降、温度变化导致的热胀冷缩、干缩变形等,或是各种因素的综合作用结果。按裂缝的成因,墙体裂缝可分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。各种直接荷载作用下,墙体产生的裂缝称为受力裂缝,而砌体因收缩、温度、湿度变化、地基沉陷不均匀等引起的裂缝是非受力裂缝,又称为变形裂缝。
2.1受力裂缝受力裂缝的产生主要是砌体结构设计中墙体在外荷载作用下的承载力没达到规范所要求的强度,墙体由于外荷载产生的内应力超过了墙体自身可承受的极限而开裂。受力裂缝破坏基本上分为受压、受拉、受弯和受剪破坏:①受拉破坏时裂缝成竖向平行分布。②受拉破坏时可分为沿齿缝开裂和沿墙面垂直开裂。当砖块的强度等级较高而砂浆的强度较低时,砖体的抗拉强度大于该切向的粘结强度,砌体沿着与砂浆的交接面处处形成齿状裂缝,墙体开裂破坏。反之,砖体的抗拉强度小于交接面处的粘结强度,易形成自上而下贯穿墙体的垂直裂缝,墙体开裂。③受弯裂缝破坏与受拉相似。④砌体局部受压是常见的一种受力状态,如基础顶面的墙、柱的支撑处,梁或屋架端部的支撑处。
2.2非受力裂缝非受力裂缝又分为温度裂缝及基础不均匀沉降裂缝等。
2.2.1温度裂缝温度裂缝产生机理:对于砖砌体结构,混凝土由于温度改变而引起的变化是砌体的两倍。当外界温度升高时,混凝土顶盖变形大,墙体变形相对较小,导致砖砌体和混凝土屋盖之间产生约束应力。使屋盖受压,墙体受拉、受剪。当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时,墙体就会产生温度裂缝。
2.2.2斜裂缝常见于建筑物顶层两端内外纵墙门窗洞的上下角上,对称产生,呈八字形,向下一层的斜裂缝比顶层裂缝小。这主要是由于屋面变形受到墙体的约束,屋面板对墙体顶端产生水平推力,使墙体与屋盖的接触面受剪。而剪力与屋盖挑檐或女儿墙的垂直压力构成了墙体双向应力,当主拉应力大于墙体的抗拉强度时,墙体便开裂。沿墙体分布的剪力大致为两端大,中间小,由于端部正应力小,其主拉应力接近于剪应力,使横墙及内外纵墙端部出现八字形裂缝。
2.2.3竖向裂缝常见于门窗间墙上,情况严重的还会延至以下几层,甚至出现贯通房屋全高的竖向裂缝。这是因为从屋盖传给墙体的主拉应力,在门窗洞口处约为平均应力的两倍,窗间墙一般比较薄弱,当窗过梁搁置在窗间墙的两端,搁置处受过梁传来的局部压力较大,过梁在热胀冷缩的作用下,引起窗间墙受拉、受剪的动力较大,易产生垂直竖向裂缝。
2.2.4水平裂缝常发生在顶屋圈梁下的水平砖缝中,有的在建筑四角形成包角裂缝,即会在两端间四周墙上有一圈水平裂缝。当纵墙门窗洞口多时,水平裂缝常发生在门窗洞口上的砖缝中。以上两种裂缝是由于屋盖的热胀冷缩作用,墙体内产生水平轴压力和偏心弯矩,当应力大于砌体的拉力时,在薄弱的水平砖缝中就会产生水平裂缝。
2.3地基不均匀沉降裂缝地基不均匀沉降的裂缝的形态是多种多样的,有的裂缝尚随时间长期变化,裂缝较宽。沉降大处地基会产生局部凹陷,此时其上部荷载只能由砖砌体承担,则砖砌体上产生了附加拉力和剪力,当该应力大于砖砌体的承载能力时会出现裂缝。这类裂缝大多会发生在底层,在顶层大量的竖向裂缝或接近竖向裂缝,在底层多数为斜裂缝。
2.3.1斜裂缝常见于房屋底部,通过门窗口,与地面成45°角,少数有可能向上延伸到二层。这类破坏可近似的按弯曲破坏进行分析,如建筑中部沉降大,而端部沉降小,使建筑物产生正弯矩,结构中下部受拉,端部受剪,墙体由于剪力形成的主拉应力破裂。
2.3.2竖向裂缝常见于底层窗下墙的中部,裂缝上端宽下端细。原因是窗下墙两端在窗间墙上部的集中荷载作用下,使窗下墙的两端受的压力大,地基压缩下降量大,而中部向上弯曲,产生弯曲裂缝。
2.3.3水平裂缝窗间墙上下沿灰缝常出现水平裂缝,沉降大的一端,在窗间墙的下面灰缝中产生水平裂缝,沉降小的一端水平裂缝在窗间墙的上面。究其原因,建筑物沉降单元上部受到阻力作用时,使窗间墙承受较大的剪应力,当剪应力大于砌体的抗剪强度时产生裂缝。
3裂缝的控制措施
大量工程实践表明,控制裂缝应该防患于未然,特别是在设计时就要考虑如何预防裂缝的产生。砖砌体由于本身的特点,对于不均匀沉降和温度应力都很敏感,一旦出现了裂缝就无法啮合,当危及到安全时还要采取加固措施,既影响美观又影响使用,有的即使进行了加固也不能恢复其本来面貌,因此对砖砌体的裂缝问题,应着眼于预防,把症害消除在发生之前。根据以上分析,提出以下几点预防措施:①为增强外纵墙及内纵墙的抗剪及抗拉能力,控制裂缝出现,外纵墙厚度宜采取370mm,内纵墙厚度宜采取240mm,增加墙的厚度后,圈梁和构造柱仍占一砖墙厚,使圈梁和构造柱不暴露在大气中,有利于控制温度应力引起的墙体裂缝。②在现浇屋盖部分及现浇挑檐,每隔15米左右设后浇缝一道,缝宽600~800mm,缝内混凝土断开,钢筋不断,待主体结构完成需做保温层前,再灌注混凝土,混凝土强度提高一级,并加膨胀剂。砖混结构顶层墙体裂缝早已引起人们关注,实践证明,采取和不采取预防措施截然不同,一般采取措施后不再出现裂缝,而且预防裂缝方法简单,施工方便,增加工程造价不多,效果显着。
4加固处理方法
采取砌体灰缝中嵌筋法:将裂缝墙体灰缝剔除,用空压机吹扫干净灰缝,用结构胶将φ6钢筋嵌入灰缝中,外抹水泥砂浆保护层,可有效抑制墙体裂缝达2倍以上强度。此方法施工简单且有效提高了砖砌体抗裂缝能力。砌体墙外贴钢筋网片,喷射细石混凝土,增加砖砌体整体刚度,抑制裂缝发展,但此方法施工工艺复杂,施工作业面大,施工周期长。综上所述,施工中应采取多种方法结合的措施减少温度缝的产生,产生裂缝后可根据现场情况进行加固补强。
关键词:砌体 结构 研究
砌体结构在我国的发展历史
1.1砌体结构的概念
由砖、石、或者各种砌块用胶结材料砌筑而成的结构,成为砌体结构。
古人类自从山洞、丛林中移居出来后,就开始学习和使用砌体用来搭建房舍、构筑围墙,像西安的大雁塔、河北省的赵州桥是古代劳动人民勤劳与智慧的结晶,也是应用砌体结构的典范,遗存至今的古城墙也是砌体结构应用的杰作。
1.2砌体结构的种类
按照不同的分类方法,砌体结构可以有若干不同的种类:按照使用材料的不同,可以分为砖砌体、石砌体、砌块砌体;按照砌筑型式可以分为实心砌体和空心砌体;按其所起的作用可以分为承重砌体和非承重砌体;按照配筋程度可以分为无筋砌体、约束砌体和配筋砌体。
1.3砌体结构的特点
无论是在地震几度设防区,抑或在多层或者中高层建筑中,砌体结构都有着广泛的应用,也是世界上非常受重视的一种建筑结构体系,是与其固有特点分不开的,与钢结构相比,砌体结构可以大量节约钢材,造价低;与混凝土结构相比,无论是无筋砌体还是配筋砌体,施工时一般不需要模板,工艺简单,施工迅速简便;此外,砌体结构具有良好的耐久性、耐火性,以及较好的化学稳定性和大气稳定性。诚然,砌体结构也有自己的缺点,自重大、体积大,砌筑工作较为繁重。
正因为砌体结构的上述优点,,砌体结构得到了广泛应用,尤其是改革开放以来,各种型式的砌体结构有了较快发展,采用了各种承重和非承重空心砖,非烧结硅酸盐砖和各种砌块,目前我国墙体结构中砌体约占90%以上,砌体结构是我国建筑工程中最常用的结构型式。
2砌体结构的受力分析
砌体在构筑物中主要有围护隔断和承重作用,一般来说,在砌体结构中,砌体的受力主要考虑它的抗压性能,而抗弯、抗拉、抗剪受力较为少见。而非承重结构,则不考虑它的受力作用。如前所述,砌体在结构中主要考虑它的轴心抗压性能。砌体轴心受压破坏大致经历三个阶段,第一阶段加载约为破坏荷载的50~70%左右,砌体内的单块砌块出现裂纹,此时,如果停止加载,则裂纹不会继续发展。如果继续加载达到破坏荷载的80~90%时,砌块的裂纹也将继续发展,单块砌块的个别裂纹将连接起来形成贯通的竖向裂纹,其特点是此时停止加荷,裂纹仍将继续发展,此时砌体的变形破坏类似于钢材在超过屈服力后的情形,既在保持原有荷载力的情况下,破坏会继续发展。通常情况下,认为砌体是处在长期荷载作用下工作,所以此时就是砌体结构破坏的实际阶段。
分析砌体结构的破坏过程,就是为了提高它的抗破坏能力,应当从三个方面来考虑提高砌体的抗压性能。
2.1提高块材和砂浆强度,块材和砂浆强度是决定砌体抗压强度的主要因素,砌块的破坏主要是由于受剪力作用引起的,因此,除了对砌块的抗压性能有所要求外,还应当有一定的抗弯折强度。
2.2改善砌筑砂浆的性能,除了保证砂浆的强度外,砂浆的工作性能也是非常重要的指标,砂浆的流动性和保水性能好,不但降低劳动强度和减少浪费,同时易铺砌厚度均匀和保证密实性,这样可以降低块材在砌体结构内的弯剪应力,提高砌体强度。
2.3提高砌筑质量,首先要使用外观规整的块材,保证每块块材的受力均匀,这样块材的砌体中所受应力较小,其次要保证灰缝的厚度均匀性和饱满度。块材表面愈平整,灰缝厚薄愈均匀,砌体的抗压强度可提高。当块材翘曲时,砂浆层严重不均匀,将产生较大的附加弯曲应力使块材过早破坏。
3、砌体结构常见问题
3.1砌体强度不足。造成砌体强度不满足设计要求的原因是多方面的,例如施工质量查,砂浆标号不够,砂浆饱满度不够,砌块原材料质量不满足要求,结构设计中墙、柱截面积太小等原因。
3.2砌体裂缝。砌体结构裂缝是质量事故中常见的问题之一。
3.2.1温度裂缝。温度裂缝往往出现在建筑物顶层,以两端最为常见,顾名思义,温度裂缝就是由于气温变化,不同材料及不同部位的变形不一致,同时结构内部之间存在着较大约束,从而产生应力,造成砌体裂缝。避免此类裂缝要对建筑物采取适当的温控措施,减少昼夜温差效应。
3.2.2地基不均匀沉降裂缝。此类裂缝一般出现在建筑物底层,是由于地基沉降差较大造成的,地下水位变化,地基冻胀,附近建筑物开挖等等都可导致不均匀沉降。
3.2.3砌体截面小造成承载力不足裂缝,此类裂缝主要是设计缺陷或者建筑物不正常使用造成的,应当从严格设计程序着手予以考虑,设计时就应当考虑到砌体结构可能受到的荷载。
3.2.4原材料质量和施工质量不强造成的裂缝。
砌体结构的发展和趋向
虽然人类应用砌体结构已有几千年的历史,但人们真正对其进行科学的理论研究历史并不长。直至20世纪30年代,砌体结构都是采用经验法设计,或采用允许应力法作粗略的估算,所设计的构件大多粗大笨重。前苏联从20世纪40年代,欧美国家从20世纪50年代开始,对砌体结构的受力性能进行较为广泛的试验研究,从而提出了以试验结果和理论分析为依据的设计计算方法。我们国家是最早应用砌体结构的国家,但是真正对其进行系统科学的研究是最近几十年的事情,1988年对原1973年的《砖石结构设计规范》进行了修订,并颁布为《砌体结构设计规范》,2001年又对1988年版进行了修订,不断地将新的研究成果纳入设计规范。当前我国砌体结构的理论研究已进入国际先进行列。
4.1 无论是承重结构还是非承重结构,尽量减少砌体本身所占体积和重量,都是可持续发展的要求。传统的小块粘土砖以其耗能大、毁田多,运输量大的缺点越来越不适应可持续发展和环境保护的要求。对其改革势在必行。发展趋势是充分利用工业废料和对方性材料。例如,用粉煤灰、炉渣、矿渣等垃圾或废料制砖或者板材,可变废为宝,用河泥、湖泥、海泥制砖等。
4.2、发展高强、轻质、高性能的材料。发展高强、轻质的空心块体,能使墙体自重减轻,生产效率提高,保温性能良好,且受力更加合理,抗震性能也得到提高。发展高强度、高粘结胶合力的砂浆,能有效的提高砌体的强度和抗震性能。
4.3采用新技术、新的结构体系和新的设计理论。配筋砌体有良好的抗震性能。采用工业化生产、机械化施工的板材和大型砌块等可以减轻劳动强度、加快施工进度。
4.4除了考虑砌块在结构中的受力作用外,砌体结构的保温性能也是最近几年来非常受到政府重视的一个指标,粘土砖虽然各个方面的性能优越,但是导热系数大,热阻小,不符合绿色发展观念,因此发展轻质空心、夹芯保温墙砌块是时展的要求。
【关键词】控制;砌体;裂缝
1.裂缝的性质
1.1温度裂缝
温度的变化会引起材料的热胀、冷缩,当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时,墙体就会产生温度裂缝。最常见的裂缝是在砼平屋盖房屋顶层两端的墙体上,如在门窗洞边的正八字斜裂缝,平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖(块)灰缝的水平裂缝,以及水平包角裂缝(包括女儿墙)。
1.2干缩裂缝
对于砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体,随着含水量的降低,材料会产生较大的干缩变形。如砼砌块的干缩率为0.3~0.45mm/m,它相当于25~40~C的温度变形,可见干缩变形的影响很大。轻骨料块体砌体的干缩变形更大。干缩变形的特征是早期发展比较快,如砌块出窑后放置28d能完成50%左右的干缩变形,以后逐步变慢,几年后材料才能停止干缩。
1.3温度、干缩及其它裂缝
对于烧结类块材的砌体最常见的为温度裂缝,面对非烧结类块体,如砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体,也同时存在温度和干缩共同作用下的裂缝,其在建筑物墙体上的分布一般可为这两种裂缝的组合,或因具体条件不同而呈现出不同的裂缝现象,而其裂缝的后果往往较单一因素更严重。另外设计上的疏忽、无针对性防裂措施、材料质量不合格、施工质量差、违反设计施工规程、砌体强度达不到设计要求,以及缺乏经验也是造成墙体裂缝的重要原因之一。
2.砌体裂缝的控制
2.1裂缝的危害和防裂的迫切性
砌体属于脆性材料,裂缝的存在降低了墙体的质量,如整体性、耐久性和抗震性能,同时墙体的裂缝给居住者在感观上和心理上造成不良影响。特别是随着我国墙改、住房商品化的进展,人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高,对建筑物墙体裂缝的控制的要求更为严格。由于建筑物的质量低劣,如墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多,建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此加强砌体结构,特别是新材料砌体结构的抗裂措施,已成为工程量、国家行政主管部门,以及房屋开发商共同关注的课题。因为这涉及到新型墙体材料的顺利推广问题。
2.2裂缝宽度的标准问题
实际上建筑物的裂缝是不可避免的。对砌体结构来说,墙体的裂缝宽度多大是无害呢?这是个比较复杂的问题。因为它还涉及到可接受的美学方面的问题。它直接取决于观察人的目的和观察的距离。对钢筋砼结构,裂缝宽度>0.3mm,通常在美学上是不能接受的,这个概念也可用于配筋砌体。而对无筋砌体似乎应比配筋砌体的裂缝宽度标准放宽些。但是对于客户来讲二者是完全一样的。这实际上是直观判别裂缝宽度的安全标准。
2.3现有控制裂缝的原则和措施
总的来说,我国砌体结构裂缝仍较严重,纠其原因有以下几种:
2.3.1设计者重视强度设计而忽略抗裂构造措施
长期以来住房公有制,人们对砌体结构的各种裂缝习以为常,设计者一般认为多层砌体房屋比较简单,在强度方面作必要的计算后,针对构造措施,绝大部分引用国家标准或标准图集,很少单独提出有关防裂要求和措施,更没有对这些措施的可行性进行调查或总结。因为裂缝的危险仅为潜在的,尚无结构安全问题,不涉及到责任问题。
2.3.2我国《砌体规范》抗裂措施的局限性
我认为这是最为重要的原因。《砌体规范》的抗裂措施,如温度区段限值,主要是针对干缩小、块体小的粘土砖砌体结构的,而对干缩大、块体尺寸比粘土砖大得多的砼砌块和硅酸盐砌体房屋,基本是不适用的。在这方面,国外已有比较成熟的经验,值得借鉴:一是在较长的墙上设置控制缝(变形缝),这种控制缝和我国的双墙伸缩缝不同,而是在单墙上设置的缝。该缝的构造既能允许建筑物墙体的伸缩变形,又能隔声和防风雨,当需要承受平面外水平力时,可通过设置附加钢筋达到。这种控制缝的间距要比我国规范的伸缩缝区段小得多。二是在砌体中根据材料的干缩性能,配置一定数量的抗裂钢筋,其配筋率各国不尽相同,从0.03%~0.2%,或将砌体设计成配筋砌体,如美国配筋砌体的最小含钢率为0.07%,该配筋率又抗裂,又能保证砌体具有一定的延性。
3.防止墙体开裂的具体构造措施建议
3.1防止混凝土屋盖的温度变化与砌体的干缩变形引起的墙体开裂
一是屋盖上设置保温层或隔热层;二是在屋盖的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不大于30m;三是当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时,宜设置分隔缝,分隔缝的宽度不应小于20mm,缝内用弹性油膏嵌缝;四是建筑物温度伸缩缝的间距除应满足《砌体结构设计规范》BGJ3—88第5.3.2条的规定外,宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝,控制缝的间距不宜大于30m。
3.2防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝
一是设置控制缝。二是控制缝的设置位置。在墙的高度突然变化处和墙的厚度突然变化处设置竖向控制缝。三是在不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离之半设置竖向控制缝。四是在门、窗洞口的一侧或两侧设置竖向控制缝。五是竖向控制缝,对3层以下的房屋,应沿房屋墙体的全高设置;对大于3层的房屋,可仅在建筑物1~2层和顶层墙体的上述位置设置;六是控制缝在楼、屋盖处可不贯通,但在该部位宜作成假缝,以控制可预料的裂缝;七是控制缝作成隐式,与墙体的灰缝相一致,控制缝的宽度不大于12mm,控制缝内应用弹性密封材料,如聚硫化物、聚氨脂或硅树脂等填缝。
3.3控制缝的间距
第一,对有规则洞口外墙不大于6mm;第二,对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍;第三,在转角部位,控制缝至墙转角的距离不大于4.5m。
3.4设置灰缝钢筋
第一,在墙洞口上、下的第一道和第二道灰缝,钢筋伸入洞口每侧长度不应小于600mm;第二,在楼盖标高以上,屋盖标高以下的第二或第三道灰缝,和靠近墙顶的部位;第三,灰缝钢麓的间距不大于600mm;第四,灰缝钢筋距楼、屋盖混凝土圈梁或配筋带的距离不小于600mm;第五,灰缝钢筋宜采用小螺纹钢筋焊接网片,网片的纵向钢筋不小于25,横筋间距不宜大于200mm;第六,对均匀配筋时含钢率不少于0.05%;局部截面配筋,如底、顶层窗洞上下不小于38;第七,灰缝钢筋宜通长设置.当不便通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于300mm;第八.灰缝钢筋两端应锚入相交墙或转角墙中,锚固长度不应小于300mm;第九,灰缝钢筋应埋人砂浆中,灰缝钢筋砂浆保护层,上下不小于3mm,外侧小于15mm,灰缝钢筋宜进行防腐处理;第十.当利用灰缝钢筋作砌体抗剪钢筋时,其配筋量应按计算确定,其搭接和锚固长度尚不应小于75d和300mm;第十一,不配筋的外叶墙应设控制缝,控制缝间距不宜大于6m;设置灰缝钢筋的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。
(一)砌体类型
砌体类型有三大类:无筋砌体(有墙、柱或壁柱);配筋砌体(网状配筋砖砌体。砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合墙砌体。混凝土砌体和混凝土构造柱组合砌体。混凝土构造柱及网状配筋组合砖砌体);配筋混凝土砌块砌体(墙、柱)。
(二)结构选型及布置
结构方案力求合理,受力明确,在满足建筑功能要求的同时,具有较好的整体刚度和稳定性,并注意便于施工,经济合理;力争建筑体型简单,均匀对称,减少扭转影响。
单层房屋宜尽易布置为刚性方案或刚弹性方案。多层房屋应布置成刚性方案,尽量采用相应的构造措施,根据砌体结构特点,保证结构正常使用极限状态要求。
(三)横墙要求
刚性和刚弹性方案房屋的横墙应符合横墙中开有洞口时,洞口水平截面积不应超过横墙截面积的50%;横墙厚度不宜小于180mm;单层房屋的横墙长度不宜小于其高度,多层房屋的横墙长度不宜小于其总高度的1/2。缝的设置:a、竖向方面:房屋高差较大及荷载相差悬殊时,应考虑设沉降缝。b、水平方面:房屋太长,超规定时设伸缩缝。一般现浇板的砌体结构在东北,有保温有隔热伸缩缝间距为50m,一般予制板砌体结构,在东北,有保湿有隔热,伸缩缝为间距60m。
房屋宜尽量布置山墙,伸缩缝处宜设置横墙,以满足刚性,刚弹性方案的要求。抗震方面:沉降缝,伸缩缝应满足抗震缝要求。
二、确定材料强度、匹配原则
(一)砌体材料的最低强度等级:砖标号不低于Mu10;砖砌块不应低于Mu5.0;石料不应低于Mu20;普通砂浆不低于M2.5。
(二)砌体的匹配原则:砂浆的强度等级不宜大于块材的强度等级,如Mu10红砖不易采用M15砂浆;同一层砌体除十分必要外不宜采用不同强度等级材料,以免施工麻烦。
(三)砌体房屋构件的最低强度等级:五层及五层以上的房屋墙体以及受振动或层高大于6M墙、柱应符合下列要求:砖标号大于等于Mu10;砌块标号大于等于Mu7.5;石材标号大于等于Mu30;砂浆标号大于等于M5.0。
(四)对于安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋:所用最低材料强度等级应至少提高一级。地面以下或防潮层以下砌体,潮湿房间的墙也有规定。如基土很湿时严寒地区红砖标号为Mu15;一般地区红砖标号为Mu10;石材标号为Mu30;水泥砂浆标号为M7.5。承重墙梁计算高度范围内砂浆强度等级不应低于M10,托梁的混凝土强度等级不应低于C30,这样可使砌体与混凝同工作。网状配筋砌体的砂浆强度不应低于M7.5。
三、结构构件的构造要求
(一)截面尺寸
1、承重独立砖柱的截面尺寸,不得小于240×370mm,当柱截面积尺寸超过490×490mm时,宜采用组合砖柱,配筋砌块柱或钢筋混凝土柱,这样更合理。2、承重独立砌块柱的截面积尺寸不宜小于390×390mm。3、毛石砌体墙厚不宜小于350mm,太小不宜砌筑。当有振动荷载或抗震设防要求时,墙、柱不宜采用毛料石。4、承重砌体墙的厚度不应小于180mm,墙段长度不应小于490mm,对于砌块墙不宜小于600mm。
(二)梁下墙体设置壁柱或构造柱条件
对于240mm厚墙,当梁跨度>6.0m时;对于180mm厚墙,当梁跨度>4.8m时;对于砌块,料石墙,当梁跨度>4.8m时;壁柱的截面尺寸应满足独立柱的要求;梁端墙体设置垫块或垫梁的条件:对于砖砌体,当梁跨度>4.8m时;对砌块和料石砌体,当梁跨度>4.2m时;对于毛石砌体,当梁跨度>3.9m时。如毛石墙做地下室外墙,这时应注意适当选用梁垫,解决局压。注意梁垫厚度≥180mm,每侧挑出长度不宜大于垫块厚度,以免太长而不起作用。
(三)墙与楼(屋)盖板的连接
预制板的支承长度:在墙上≥100mm;现浇板的支承长度:在墙上≥120mm;在混凝土圈梁上不宜小于80mm。墙体间的连接:在墙体转角、丁字处每隔0.5m设一道拉结筋。
(四)砌体中留槽、留洞的要求
尽量避免管道穿墙垛、壁柱,确实需要时应采用带孔的C20混凝土块预埋为宜;墙体中预留的电器开关箱、消防栓箱等洞口宜选择受力较小的墙段,否则应进行承载力演算或采取加强措施;当洞口大于等于2.0m时,对砖砌体宜在洞口两侧设置钢筋混凝土门框或壁柱。
四、多层砌体抗震设计中的一般规定及构造措施(以7°区为例)
(一)一般规定
多层房屋的层数和高度应符合下列要求:一般情况下,房屋的层数和总高度不应超过抗震规范的要求。如多层砌体、普通砖、最小墙厚为240mm,总高度不能超过21.0m,层数不能超过7层。这里房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度。半地下室从地下室室内地面算起,全地下室和嵌固条件好的半地下室允许从室外地面算起;对于带阁楼的坡屋面应算至山尖墙的1/2高度处。另外,室内外高差>0.6m时,房屋总高度允许适当增加,但不应多于1.0m。同时还规定:普通砖多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高不应超过3.6m;底部框架――抗震墙的底部和内框架房屋的层高不超过4.5m,最大高宽比7°区为2.5。在做方案阶段就要与建筑专业和甲方沟通,以满足规范。若因建筑功能要求,房屋某层层高超过规定,应于该层承重墙沿墙长每隔不大于2.0m设构造柱。
(二)房屋的横墙间距
如多层砌体,现浇或装配整体式混凝土楼、屋盖,横墙间距不允许大于18.0m,但是如果在砌体房屋的顶层,最大横墙间距应允许适当放宽。在实际工程中,顶层有大会议室,这时,横墙间距可以大于18.0m,要在构造上加强,如其外纵墙除应与横墙相交处设构造柱,各开间窗间墙均应于轴线处增设构造柱,此构造柱均应至少向下延伸一层,以增加整体刚度。
(三)房屋的局部最小尺寸限值
关键词:砌体;房屋;抗震
中图分类号: TU973文献标识码: A
一、概念设计的意义
概念设计的应用范围广泛,包含了极多的结构设计,从中可以知道概念设计的作用越来越重要。概念设计的重要性主要有以下几点:
如今的计算理论及结构设计理论有待完善,存在着各种各样的缺陷以及不可计算性。所以,概念设计的应用则不仅解决了计算理论的缺点,还解决了在结构设计中实际存在的那些大量无法计算的问题,更加合理的完成了建筑的结构设计。
结构设计过程需要进行大量的数学计算,需要借助计算机来完成。而在方案的初级设计阶段不能使用计算机来辅助计算。因此,需要熟练掌握结构概念的结构工程师根据自己的合理计算和准确的判断来筛选高效、低造价的结构设计方案。
对于结构设计的工程中存在的大量繁琐的计算,往往需要借助计算机完成。而结构设计人员也过分依赖计算机,这样会降低工作人员对设计数据的敏感性,对于计算中存在的数据错误和运算方法不合理问题不能辨别和纠正,从而使结构设计存在诸多问题,并给建筑结构留下很多安全隐患。
由以上分析可知,概念结构设计对建筑结构设计有相当重要的影响,其地位是不可取代的。
二、砌体房屋抗震计算分析
确定多层砌体结构房屋的计算简图,应考虑以下几点:①将水平地震作用在建筑物两个主轴方向分别进行抗震验算。②地震作用下结构的变形为剪切型。③房屋各层楼盖水平刚度无限大,仅做平移运动,因此各抗侧力件在同一楼层标高处侧移相同。
计算多层砌体房屋地震作用时,应以防震缝所划分的结构单元为计算单元,在计算单元中各楼层的集中质点设在楼、屋盖标高处,各楼层质点重力荷载应包括楼、屋盖上的重力荷载代表值,墙体上、下层各半的重力荷载。
三、砌体结构的布置
多层砌体结构在地震中与水平地震作用平行的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显示,承重横墙的破坏主要剪切破坏,且一般是底层比上层严重。纵墙的破坏往往是因为横墙间距过大或者楼(屋)盖刚度较差而使平面外受弯受剪,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。楼梯间的破坏一般比较严重,原因是楼梯间没有一般房间的楼盖形成空间的盒子结构,致使空间刚度较差。因此,多层砌体房屋的结构体系应符合以下几点:①应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。②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,同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。③依据《规范》合理的设置防震缝。④楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。⑤不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。
四、抗震构造措施
(一)选择对建筑抗震有利的场地和地基,以减少地震的能力输入地震造成建筑物的破坏,除地震动直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因,“重灾区中有轻灾,轻灾区中有重灾”。地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均匀沉陷,滑坡和粉、砂土液化等。因此抗震设防区的建筑工程场地的选择应做到:(1)应选择对建筑抗震有利的地段,如开阔平坦的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土等地段。(2)应避开对建筑抗震不到的地段,如软弱场地土,易液化土,条件突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质陡坡、采空区、河岸和边坡边缘,场地土在平面分布上的成因、岩性、状态明显不均匀(如故河道、断层破碎带、暗埋的塘滨沟谷及半填半挖地基等)等地段。当无法避开时,应采取有效的抗震措施。(3)不应在危险地段造建甲、乙类建筑,对建筑抗震危险地段,一般是指地震的可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段,发震断裂带上地震等可能发生地表错位地段。建筑场地为I类时,甲、乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施:丙类建筑允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施,但抗震设防烈度为Ⅵ度时,可按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。(二)科学布局建筑的平面与立面
房屋的平面最好为矩形,纵横墙的设置尽可能对称于房屋平面的两个主轴,且上下层墙体应对齐,这样遇地震时可使房屋能较好地保持协调一致,减少抗震不利环节,抗震效果较好。如果房屋的质量中心和刚度中心不重合,地震时将生扭转作用,使房屋的震害加重。震害调查表明,房屋转角处的破坏,往往比其他部位严重;平面上凸出或凹进的房屋,对抗震不利。如因特殊需要,要求布置成较复杂平面时,则应设置防震缝,将房屋分隔成若干独立的单元,以减轻震害。此外,对位于松软地基和不均匀多层土地基上的房屋,为提高其竖向刚度,减小地基在震前和震后累计产生的不均匀沉降,房屋的长宽比值应控制在3~4之内。
震害调查表明,建筑立面上的不规则要比平面上不规则带来的震害更严重。立面上各部分高差过大,或有局部凸出的小建筑物,或刚度突变、质量悬殊,地震时都易造成严重震害,甚至引起房屋倒塌。因此,当无特殊功能要求时,房屋应设计成质量和刚度沿高度对称、均匀分布的形式。一般情况下,应将重设备、仓库、档案库、书库等房间,尽可能布置在房间的下部楼层,使结构重心降低,以减轻震害。在砖混结构设计中不应过度追求大开间、大门洞、大悬挑及阶梯形。由于刚度突变和高振型的影响,其顶部因地震时的鞭梢效应所造成的震害比正常情况下大得多,因此应尽量避免。
(三)合理确定圈梁和构造柱的位置
设置圈梁和构造柱,砌体结构的抗震性能可以大大改善。据研究,若配筋墙体两端设置构造柱,由于水平钢筋锚固于柱中,使钢筋的效应发挥得更为充分,则可比无构造柱同样配筋率的墙体的承载能力可提高13%左右。而且设置了构造柱和圈梁的砌体结构形成两道防御:第一道时砌体墙只出现宽度不大的裂缝,层间变形不大,构造柱尚未开裂;第二道是砌体裂缝大幅度地发展,构造柱及圈梁对砌体约束使墙体大变形消耗输入的地震能量。试验研究发现,砖墙增设构造柱后,位移延性系数增大很多,可达4~6。构造柱除了能够约束墙体的变形,提高砌体的抗剪强度之外,还能增强墙体之间的连接。这些对砌体的抗震都是十分有利的。
要确保构造柱和圈梁有效地发挥他们的作用,合理确定它们的位置是至关重要的。建筑抗震规范对此已经作了比较具体的规定,我们一定要严格按规范执行。另外,圈梁应封闭连续,尽可能形成一个个近似矩形或圆形的箍。
加强各构件间的连接
1)构造柱与砖墙。构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎,并应沿墙高每隔500mm设2
2)构造柱与圈梁。构造柱与圈梁连接处,构造柱的纵筋应穿过圈梁,保证构造柱纵筋上下贯通。
3)屋架与圈梁。楼屋盖的钢筋混凝土梁或屋架应与墙(柱)或圈梁可靠连接;6度时梁与砖柱连接不应削弱柱截面,独立砖柱顶部在两个方向均有可靠连接;7度以上不得采用独立砖柱。
4)墙与墙的连接。7度时层高超过3.6m或长度大于7.2m的大房间,以及8度或9度时外墙转角或内外墙交接处,当未设构造柱时应沿墙高每隔500mm设2
5)后砌墙体的连接。后砌的非承重砌体隔墙,应沿墙高每隔500mm设2
6)附属构件的连接。栏板的连接:砖砌栏板应配水平钢筋,且压顶卧梁应与混凝土立柱相连,压顶卧梁宜锚入房屋的主体构造柱。
结语
地震是一种自然现象,为避免它给我们带来的巨大的灾难,要求在房屋的建筑设计中重视抗震概念设计,在确定房屋总体方案、材料使用和细部构造中,遵守抗震设计的有关要求和合理原则,进行必要的抗震验算,采取适当的抗震构造措施,保证施工质量,使多层砖砌体房屋的抗震能力有所提高。
参考文献: