砌體結構的抗震設計方法與改進措施論文

近年來國內外破壞性地震頻發，我國汶川地震之後，全球 7 級以上地震發生的速度較之以往明顯加快。近期尼泊爾就發生了兩次 7 級以上地震，造成大量人員傷亡和經濟損失。地震的破壞性是突發的，具有毀滅性的，而目前對地震發生的預測與預警工作尚不能有效的避免或減免人員傷亡，而地震對結構破壞是無法避免的。歷次地震災害顯示，我國對於混凝土結構與鋼結構，震害資料較少，且未發生倒塌破壞現象，已有造成大量人員傷亡的震害資料均來源於砌體結構，如唐山大地震、汶川地震與玉樹地震[1].對於對於在役的砌體結構有必要掌握其抗震性能，分析其抗倒塌能力，結合已有的砌體震害資料，對已有的砌體結構提出加固措施，對將要建造的砌體結構提出提高抗震性能的措施。因此，研究砌體結構抗震性能的分析方法，找到已有分析方法的缺點或侷限性，提出更加合理的分析方法具有重要的理論意義和實用價值。

1 砌體結構的震害分析

已有地震災害資料顯示[2 -3],早期的砌體結構並沒有經過抗震設計，後期雖然採用了抗震設計，但並沒有完全按照規範實施，造成砌體結構並不能完全滿足我國的《建築抗震設計規範》與《砌體結構設計規範》[4 -5]的設防目標，既“小震不壞、中震可修、大震不倒”.當遭遇地震時，即使砌體結構能夠滿足規範要求，因其存在變形能力差的特點，特別是當牆體遭遇地震，出現裂縫後，其整體性差的特點愈發明顯。

砌體結構在地震作用下的破話特徵多為： 已有的砌體結構災後資料顯示造成砌體結構破壞的原因主要是：

（ 1） 由於牆體抗剪承載力不足； （ 2） 樓板搭接太短； （ 3） 樓板配筋不足； （ 4） 整體性差，沒有圈樑構造柱。

2 已有設計方法的缺陷

結構的抗震設計方法先後經歷了基於力、基於位移、基於能量與基於性能的設計方法[6 -9],基於力的設計方法假設結構為剛體，無法考慮結構的塑性變形； 基於位移的.設計方法通過控制結構變形把我結構的抗震性能，此方法無法反應結構的累積破壞； 基於能量的設計方法認為地震作用實際上能量輸入，通過控制結構耗能能力調整結構抗震性能，但無法考慮某次結構的較大位移變形造成的結構破壞； 基於性能的設計方法目標在於依據結構重要性與使用功能使得不同的結構有不同的抗震能力，我國“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計理念就體現了基於性能的設計思想，使得結構在小震下不發生破壞，中震下可以修復，大震下不發生倒塌，但目前國內外結構設計規範大多仍停留在基於位移的設計方法上，基於性能的設計方法也是基於位移的設計的方法，均無法考慮結構累積破壞。因此，需要更合理的設計方法，基於損失的設計方法，綜合考慮結構的變形能力與累積損失，將結構變形與耗能能力加權組合，提出適用於結構的評價指標，通過控制指標調整結構抗震性能。

3 改進措施

唐山大地震之後，大量砌體結構受到毀滅性破壞，引起了研究人員和設計人員的高度關注，提出了通過增設圈樑與構造柱提高結構整體性的措施。隨後的國內地震資料顯示，增設圈樑與構造柱確實一定程度提高砌體結構的整體性，但仍會造成造成結構嚴重受損，結構整體性將無法保證，因此仍需對砌體結構的整體性進行加強。

（ 1） 計算問題。目前砌體牆片計算僅考慮平面內抗彎，不能反映出牆片的平面外抗彎與穩定性的情況，很多震害資料顯示，造成砌體結構縱橫牆破壞與倒塌的原因很大程度是由於牆片在平面的穩定性與抗傾覆能力較差，在地震作用下外閃所導致的。因此，需通過構造措施加強縱橫牆的連接、設置水平配筋帶等措施需要提高砌體結構平面外穩定性與抗傾覆能力。

（ 2） 整體性問題。由於砌塊與砂漿均呈現出抗壓強度高，抗拉、抗剪強度低，且二者粘結性較差，體現在整體結構上的特徵就是變形能力差。樓板的設置對結構整體變形能力，牆體之間變形協調能力與傳力能力有較大影響，當採用預製樓板時，在地震作用下，會造成樓板垮塌，進而使得牆體約束減小，易發生倒塌現象，因此，樓板儘可能的選擇現澆樓板，可以較好的將地震作用分配到各個牆體上，而且對牆體的約束力較強，使得結構整體性較好，當必須採用預製樓板時，需採取措施，加強預製樓板之間的聯繫，使得所有樓板之間不出現相對位移，保證樓板對牆體的約束，同時較好的傳力，從而提高結構的整體性。

（ 3） 設縫問題。由於砌體結構變形能力較差，通常需要足夠的剛度保證結構安全，因此牆體的長度的對結構安全至關重要，同時，當牆體長度過長時，易出現温度裂縫，因此需要對較長的結構進行設縫，縫的寬度需要保證結構在彈塑性變形要求。

（ 4） 樓梯問題。樓梯的設置不同於樓板，受力情況較為複雜，且當地震發生時，需作為人員逃生通道，必須保證樓梯在地震作用下不發生破壞，需要專門對樓梯進行設計分析，同時，當樓梯空間剛度過大時，使得樓梯吸收更多的地震能力，易造成樓梯破壞，因此合理佈置樓梯，同時加強樓梯間和結構的連接，保證樓梯安全。

4 結論

（ 1） 基於已有砌體結構震害資料，總結砌體結構的破壞特徵；

（ 2）對基於力、基於位移、基於能量與基於性能的設計方法分析其優缺點，提出能夠綜合考慮結構變形能力與累積損傷破壞的基於損傷的設計方法；

（ 3） 針對砌體結構變形能力差與整體性差的特徵，分別從計算方面、整體性問題、設縫問題與樓梯問題四個方面提出相應措施，提高結構抗震性能。

參考文獻

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