砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法與改進措施論文
近年來國內(nèi)外破壞性地震頻發(fā)，我國汶川地震之后，全球 7 級以上地震發(fā)生的速度較之以往明顯加快。近期尼泊爾就發(fā)生了兩次 7 級以上地震，造成大量人員傷亡和經(jīng)濟損失。地震的破壞性是突發(fā)的，具有毀滅性的，而目前對地震發(fā)生的預(yù)測與預(yù)警工作尚不能有效的避免或減免人員傷亡，而地震對結(jié)構(gòu)破壞是無法避免的。歷次地震災(zāi)害顯示，我國對于混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)，震害資料較少，且未發(fā)生倒塌破壞現(xiàn)象，已有造成大量人員傷亡的震害資料均來源于砌體結(jié)構(gòu)，如唐山大地震、汶川地震與玉樹地震[1].對于對于在役的砌體結(jié)構(gòu)有必要掌握其抗震性能，分析其抗倒塌能力，結(jié)合已有的砌體震害資料，對已有的砌體結(jié)構(gòu)提出加固措施，對將要建造的砌體結(jié)構(gòu)提出提高抗震性能的措施。因此，研究砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的分析方法，找到已有分析方法的缺點或局限性，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(jié)構(gòu)的震害分析
已有地震災(zāi)害資料顯示[2 -3],早期的砌體結(jié)構(gòu)并沒有經(jīng)過抗震設(shè)計，后期雖然采用了抗震設(shè)計，但并沒有完全按照規(guī)范實施，造成砌體結(jié)構(gòu)并不能完全滿足我國的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[4 -5]的設(shè)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(jié)構(gòu)能夠滿足規(guī)范要求，因其存在變形能力差的特點，特別是當墻體遭遇地震，出現(xiàn)裂縫后，其整體性差的特點愈發(fā)明顯。
砌體結(jié)構(gòu)在地震作用下的破話特征多為： 已有的砌體結(jié)構(gòu)災(zāi)后資料顯示造成砌體結(jié)構(gòu)破壞的原因主要是：
�。� 1） 由于墻體抗剪承載力不足； （ 2） 樓板搭接太短； （ 3） 樓板配筋不足； （ 4） 整體性差，沒有圈梁構(gòu)造柱。
2 已有設(shè)計方法的缺陷
結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法先后經(jīng)歷了基于力、基于位移、基于能量與基于性能的設(shè)計方法[6 -9],基于力的設(shè)計方法假設(shè)結(jié)構(gòu)為剛體，無法考慮結(jié)構(gòu)的塑性變形； 基于位移的設(shè)計方法通過控制結(jié)構(gòu)變形把我結(jié)構(gòu)的抗震性能，此方法無法反應(yīng)結(jié)構(gòu)的累積破壞； 基于能量的設(shè)計方法認為地震作用實際上能量輸入，通過控制結(jié)構(gòu)耗能能力調(diào)整結(jié)構(gòu)抗震性能，但無法考慮某次結(jié)構(gòu)的較大位移變形造成的結(jié)構(gòu)破壞； 基于性能的設(shè)計方法目標在于依據(jù)結(jié)構(gòu)重要性與使用功能使得不同的結(jié)構(gòu)有不同的抗震能力，我國“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計理念就體現(xiàn)了基于性能的設(shè)計思想，使得結(jié)構(gòu)在小震下不發(fā)生破壞，中震下可以修復(fù)，大震下不發(fā)生倒塌，但目前國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范大多仍停留在基于位移的設(shè)計方法上，基于性能的設(shè)計方法也是基于位移的設(shè)計的方法，均無法考慮結(jié)構(gòu)累積破壞。因此，需要更合理的設(shè)計方法，基于損失的設(shè)計方法，綜合考慮結(jié)構(gòu)的變形能力與累積損失，將結(jié)構(gòu)變形與耗能能力加權(quán)組合，提出適用于結(jié)構(gòu)的評價指標，通過控制指標調(diào)整結(jié)構(gòu)抗震性能。
3 改進措施
唐山大地震之后，大量砌體結(jié)構(gòu)受到毀滅性破壞，引起了研究人員和設(shè)計人員的高度關(guān)注，提出了通過增設(shè)圈梁與構(gòu)造柱提高結(jié)構(gòu)整體性的措施。隨后的國內(nèi)地震資料顯示，增設(shè)圈梁與構(gòu)造柱確實一定程度提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性，但仍會造成造成結(jié)構(gòu)嚴重受損，結(jié)構(gòu)整體性將無法保證，因此仍需對砌體結(jié)構(gòu)的整體性進行加強。
（ 1） 計算問題。目前砌體墻片計算僅考慮平面內(nèi)抗彎，不能反映出墻片的平面外抗彎與穩(wěn)定性的.情況，很多震害資料顯示，造成砌體結(jié)構(gòu)縱橫墻破壞與倒塌的原因很大程度是由于墻片在平面的穩(wěn)定性與抗傾覆能力較差，在地震作用下外閃所導(dǎo)致的。因此，需通過構(gòu)造措施加強縱橫墻的連接、設(shè)置水平配筋帶等措施需要提高砌體結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性與抗傾覆能力。
�。� 2） 整體性問題。由于砌塊與砂漿均呈現(xiàn)出抗壓強度高，抗拉、抗剪強度低，且二者粘結(jié)性較差，體現(xiàn)在整體結(jié)構(gòu)上的特征就是變形能力差。樓板的設(shè)置對結(jié)構(gòu)整體變形能力，墻體之間變形協(xié)調(diào)能力與傳力能力有較大影響，當采用預(yù)制樓板時，在地震作用下，會造成樓板垮塌，進而使得墻體約束減小，易發(fā)生倒塌現(xiàn)象，因此，樓板盡可能的選擇現(xiàn)澆樓板，可以較好的將地震作用分配到各個墻體上，而且對墻體的約束力較強，使得結(jié)構(gòu)整體性較好，當必須采用預(yù)制樓板時，需采取措施，加強預(yù)制樓板之間的聯(lián)系，使得所有樓板之間不出現(xiàn)相對位移，保證樓板對墻體的約束，同時較好的傳力，從而提高結(jié)構(gòu)的整體性。
�。� 3） 設(shè)縫問題。由于砌體結(jié)構(gòu)變形能力較差，通常需要足夠的剛度保證結(jié)構(gòu)安全，因此墻體的長度的對結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要，同時，當墻體長度過長時，易出現(xiàn)溫度裂縫，因此需要對較長的結(jié)構(gòu)進行設(shè)縫，縫的寬度需要保證結(jié)構(gòu)在彈塑性變形要求。
�。� 4） 樓梯問題。樓梯的設(shè)置不同于樓板，受力情況較為復(fù)雜，且當?shù)卣鸢l(fā)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(fā)生破壞，需要專門對樓梯進行設(shè)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，因此合理布置樓梯，同時加強樓梯間和結(jié)構(gòu)的連接，保證樓梯安全。
4 結(jié)論
�。� 1） 基于已有砌體結(jié)構(gòu)震害資料，總結(jié)砌體結(jié)構(gòu)的破壞特征；
�。� 2）對基于力、基于位移、基于能量與基于性能的設(shè)計方法分析其優(yōu)缺點，提出能夠綜合考慮結(jié)構(gòu)變形能力與累積損傷破壞的基于損傷的設(shè)計方法；
�。� 3） 針對砌體結(jié)構(gòu)變形能力差與整體性差的特征，分別從計算方面、整體性問題、設(shè)縫問題與樓梯問題四個方面提出相應(yīng)措施，提高結(jié)構(gòu)抗震性能。
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