砌体结构的抗震设计方法与改进措施

　　近年来国内外破坏性地震频发，我国汶川地震之后，全球 7 级以上地震发生的速度较之以往明显加快。近期尼泊尔就发生了两次 7 级以上地震，造成大量人员伤亡和经济损失。地震的破坏性是突发的，具有毁灭性的，而目前对地震发生的预测与预警工作尚不能有效的避免或减免人员伤亡，而地震对结构破坏是无法避免的。历次地震灾害显示，我国对于混凝土结构与钢结构，震害资料较少，且未发生倒塌破坏现象，已有造成大量人员伤亡的震害资料均来源于砌体结构，如唐山大地震、汶川地震与玉树地震[1].对于对于在役的砌体结构有必要掌握其抗震性能，分析其抗倒塌能力，结合已有的砌体震害资料，对已有的砌体结构提出加固措施，对将要建造的砌体结构提出提高抗震性能的措施。因此，研究砌体结构抗震性能的分析方法，找到已有分析方法的缺点或局限性，提出更加合理的分析方法具有重要的理论意义和实用价值。

　　1 砌体结构的震害分析

　　已有地震灾害资料显示[2 -3],早期的砌体结构并没有经过抗震设计，后期虽然采用了抗震设计，但并没有完全按照规范实施，造成砌体结构并不能完全满足我国的《建筑抗震设计规范》与《砌体结构设计规范》[4 -5]的设防目标，既“小震不坏、中震可修、大震不倒”.当遭遇地震时，即使砌体结构能够满足规范要求，因其存在变形能力差的特点，特别是当墙体遭遇地震，出现裂缝后，其整体性差的特点愈发明显。

　　砌体结构在地震作用下的破话特征多为： 已有的砌体结构灾后资料显示造成砌体结构破坏的原因主要是： （ 1） 由于墙体抗剪承载力不足； （ 2） 楼板搭接太短； （ 3） 楼板配筋不足； （ 4） 整体性差，没有圈梁构造柱。

　　2 已有设计方法的缺陷

　　结构的抗震设计方法先后经历了基于力、基于位移、基于能量与基于性能的设计方法[6 -9],基于力的设计方法假设结构为刚体，无法考虑结构的塑性变形； 基于位移的设计方法通过控制结构变形把我结构的抗震性能，此方法无法反应结构的累积破坏； 基于能量的设计方法认为地震作用实际上能量输入，通过控制结构耗能能力调整结构抗震性能，但无法考虑某次结构的较大位移变形造成的结构破坏； 基于性能的设计方法目标在于依据结构重要性与使用功能使得不同的结构有不同的抗震能力，我国“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计理念就体现了基于性能的设计思想，使得结构在小震下不发生破坏，中震下可以修复，大震下不发生倒塌，但目前国内外结构设计规范大多仍停留在基于位移的设计方法上，基于性能的设计方法也是基于位移的设计的方法，均无法考虑结构累积破坏。因此，需要更合理的设计方法，基于损失的设计方法，综合考虑结构的变形能力与累积损失，将结构变形与耗能能力加权组合，提出适用于结构的评价指标，通过控制指标调整结构抗震性能。

　　3 改进措施

　　唐山大地震之后，大量砌体结构受到毁灭性破坏，引起了研究人员和设计人员的高度关注，提出了通过增设圈梁与构造柱提高结构整体性的措施。随后的国内地震资料显示，增设圈梁与构造柱确实一定程度提高砌体结构的整体性，但仍会造成造成结构严重受损，结构整体性将无法保证，因此仍需对砌体结构的整体性进行加强。

　　（ 1） 计算问题。目前砌体墙片计算仅考虑平面内抗弯，不能反映出墙片的平面外抗弯与稳定性的情况，很多震害资料显示，造成砌体结构纵横墙破坏与倒塌的原因很大程度是由于墙片在平面的稳定性与抗倾覆能力较差，在地震作用下外闪所导致的。因此，需通过构造措施加强纵横墙的连接、设置水平配筋带等措施需要提高砌体结构平面外稳定性与抗倾覆能力。

　　（ 2） 整体性问题。由于砌块与砂浆均呈现出抗压强度高，抗拉、抗剪强度低，且二者粘结性较差，体现在整体结构上的特征就是变形能力差。楼板的设置对结构整体变形能力，墙体之间变形协调能力与传力能力有较大影响，当采用预制楼板时，在地震作用下，会造成楼板垮塌，进而使得墙体约束减小，易发生倒塌现象，因此，楼板尽可能的选择现浇楼板，可以较好的将地震作用分配到各个墙体上，而且对墙体的约束力较强，使得结构整体性较好，当必须采用预制楼板时，需采取措施，加强预制楼板之间的联系，使得所有楼板之间不出现相对位移，保证楼板对墙体的约束，同时较好的传力，从而提高结构的整体性。

　　（ 3） 设缝问题。由于砌体结构变形能力较差，通常需要足够的刚度保证结构安全，因此墙体的长度的对结构安全至关重要，同时，当墙体长度过长时，易出现温度裂缝，因此需要对较长的结构进行设缝，缝的宽度需要保证结构在弹塑性变形要求。

　　（ 4） 楼梯问题。楼梯的设置不同于楼板，受力情况较为复杂，且当地震发生时，需作为人员逃生通道，必须保证楼梯在地震作用下不发生破坏，需要专门对楼梯进行设计分析，同时，当楼梯空间刚度过大时，使得楼梯吸收更多的地震能力，易造成楼梯破坏，因此合理布置楼梯，同时加强楼梯间和结构的连接，保证楼梯安全。

　　4 结论

　　（ 1） 基于已有砌体结构震害资料，总结砌体结构的破坏特征； （ 2）对基于力、基于位移、基于能量与基于性能的设计方法分析其优缺点，提出能够综合考虑结构变形能力与累积损伤破坏的基于损伤的设计方法； （ 3） 针对砌体结构变形能力差与整体性差的特征，分别从计算方面、整体性问题、设缝问题与楼梯问题四个方面提出相应措施，提高结构抗震性能。

　　参考文献

　　[1]施楚贤。 砌体结构理论与设计[M]. 北京： 中国建筑工业出版社，2003.

　　[2]王亚勇，王言诃。 汶川大地震建筑震害启示[J]. 建筑结构，2008,Vol. 38（ 7） : 1 - 6.

　　[3]娄宇，叶正强，胡孔国等。 四川汶川 5. 12 地震房屋震害分析及抗震对策建议[J]. 建筑结构，2008,Vol. 38（ 8） : 1 -7.

　　[4]建筑抗震设计规范（ GB 50011 -2010） [S]. 中华人民共和国国家标准，2010.

　　[5]砌体结构设计规范（ GB 50003 -2011） [S]. 中华人民共和国住房和城乡建设部，2011.

　　[6]梁兴文。 结构抗震性能设计理论与方法。 科学出版社，2011,1 -20.

　　[7]陈永祁，龚思礼。 结构在地震动时延性和累积塑性耗能的双重破坏准则。 建筑结构学报，1986,1∶35 -48.

　　[8]肖明葵，刘波，白绍良。 抗震结构总输入能量及其影响因素分析。 重庆建筑大学学报，1996,18（ 2） : 21 -33.

　　[9]欧进萍，何政，吴斌等。 钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计。地震工程与工程振动，1999,19（ 1） : 21 -30.