村镇砌体结构

第3章　村镇砌体结构抗震设计

3.1　村镇砌体结构

村镇建筑通常是由当地建筑工匠，根据房主的经济状况和要求，按照当地的建筑习惯建造。村镇建筑因层数较低（1、2层），结构简单，一般不经过设计单位设计。村镇砌体结构房屋是由砖或砌块和砂浆砌筑而成的墙、柱作为主要承重构件。砖包括烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖等，砌块是指混凝土小型空心砌块和自保温（承重）砌块。房屋墙体主要包括实心砖墙、多孔砖墙、蒸压砖墙、小砌块墙和空斗砖墙等。

经调查，砖砌体房屋和小型砌块砌体房屋在我国村镇建筑中占据相当大的比重，砌体房屋也是目前我国村镇采用最多最普遍的结构形式。

3.2　震害

地震对建筑物的破坏作用主要是由于地震波在土中传播引起强烈的地面运动而造成的。由地震引起的建筑物破坏情况主要有：受震破坏、地基失效引起的破坏和次生作用引起的破坏。

村镇砌体结构房屋由于地震作用引起的破坏主要可以归结为两大类：一类是由于结构或构件承载力不足而引起的破坏。对于多层砌体结构的房屋，当水平地震作用在墙内产生的剪力超过砌体所能承担的抗剪承载力时，墙体就会产生斜裂缝或者交叉裂缝（图3.1）；当水平地震作用沿着房屋的纵向时，它主要通过楼盖传给纵墙，再传至基础和地基，如果窗间墙较宽，纵墙将仍以剪切破坏为主，如果窗间墙很窄，就会产生压弯破坏。另一类破坏是因为房屋结构布置不当或在结构上存在缺陷，比如内外墙之间以及楼板与墙体之间缺乏可靠的连接，在地震时连接破坏，使房屋丧失整体性，墙体发生出平面的倾倒（图3.2），楼板随之由墙上滑落等等。因此，在村镇砌体结构房屋的抗震设计中，应用计算理论对结构进行强度验算是一个重要的方面。另一方面，还应对房屋的体型、平面布置、材料、结构形式等进行合理选择，对构件间的联结采取加强措施，并从结构强度着眼，使构件布局合理，联结有效，从而提高砌体结构房屋的整体抗震能力。

图3.1　窗间墙X型裂缝

图3.2　外墙整体出平面倾覆

3.3　村镇砌体结构房屋设计一般规定

3.3.1　适用范围

《镇（乡）建筑抗震技术规程》（JGJ 161—2008）（以下简称《规程》）第1.0.4条规定抗震设防烈度在6度及以上地区的村镇建筑，必须采取抗震措施。抗震设防烈度在6度及以上地区的村镇砌体房屋，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不需修理可继续使用；当遭遇相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，主体结构不致严重破坏，维护结构不发生大面积倒塌。

3.3.2　层数和高度的限值

根据现行《规程》第5.1.2条规定，一般情况下，房屋的层数和总高度应符合下列要求：

（1）房屋的层数和总高度不应超过表3.1的规定；

（2）房屋的层高：单层房屋不应超过4.0m，两层房屋其各层层高不应超过3.6m。

表3.1　房屋的层数和总高度限值　　（m）

注：房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度。

3.3.3　抗震横墙间距

根据现行《规程》第5.1.3条规定，一般情况下，房屋的横墙间距不应超过表3.2要求。

表3.2　房屋抗震横墙的间距　　（m）

注：二层房屋的上层横墙应与下层连续对齐。

3.3.4　局部尺寸限值

根据现行《规程》第5.1.4条规定，一般情况下，房屋局部尺寸限值，应符合表3.3的要求。

表3.3　房屋的局部尺寸限值　　（m）

3.3.5　其他要求

1）结构体系要求

村镇砌体结构房屋结构体系应满足以下要求：

（1）应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系；

（2）当为8、9度时不应采用硬山搁檩屋盖。

2）配筋砖圈梁设置要求

村镇砌体结构房屋应在下列部位设置配筋砖圈梁：

（1）所有纵横墙的基础顶部、每层楼（屋）盖（墙顶）标高处；

（2）当8度为空斗墙房屋和9度时尚应在层高的中部设置一道。

3）木楼（屋）盖砌体拉结措施要求

村镇木楼（屋）盖砌体结构房屋应在下列部位采取拉结措施：

（1）两端开间和中间隔开间的屋架间或硬山搁檩屋盖的山尖墙之间应设置竖向剪刀撑；

（2）山墙、山尖墙应采用墙揽与木屋架或檩条拉结；

（3）内隔墙墙顶应与梁或屋架下弦拉结。

4）承重墙厚度要求

承重（抗震）墙厚度应满足下列要求：

（1）实心砖墙、蒸压砖墙不应小于240mm；

（2）多孔砖墙不应小于190mm；

（3）小砌块墙不应小于190mm；

（4）空斗墙不应小于240mm。

5）壁柱或其他加强措施要求

当村镇砌体房屋的屋架或梁的跨度大于或等于下列数值时，支撑处宜加设壁柱，或采取其他加强措施：

（1）240mm以上厚实心砖墙、蒸压砖墙、多孔砖墙为6m；190mm厚多孔砖墙为4.8m；

（2）190mm厚小砌块墙为4.8m；

（3）240mm厚空斗墙为4.8m。

3.4　村镇砌体房屋抗震计算要点

3.4.1　总水平地震作用

村镇砌体房屋层数较少，高度较低，在进行结构的抗震计算时，宜采用底部剪力法，按倒三角形分布计算结构的水平地震作用。基本烈度地震作用下结构的水平地震作用标准值按式3－1确定：

式中　F Ekb——基本烈度地震作用下结构总水平地震作用标准

值，k N；

　　　αmaxb——相应于基本烈度地震作用下结构的水平地震影

响系数最大值，应按表3.4确定；

　　　G eq——结构等效总重力荷载，k N，单层房屋应取总重力荷载代表值，两层房屋可取总重力荷载代表值的95%。

表3.4　基本烈度水平地震影响系数最大值αmaxb

注：7度（0.15g）指《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）附录A中抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g的地区；8度（0.30g）是指该规范附录A中抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.30g的地区。

3.4.2　各层水平地震作用

采用底部剪力法时，村镇砌体结构房屋结构计算简图如图3.3所示，各层地震剪力标准值，按下列公式确定：

图3.3　结构水平地震作用简图

对于单层房屋：

对于两层房屋：

式中　F 11——单层房屋的水平地震作用标准值（k N）；

　　　F 21——两层房屋质点1的水平地震作用标准值（k N）；

　　　F 22——两层房屋质点2的水平地震作用标准值（k N）；

　　　G eq——结构等效总重力荷载（k N），单层房屋应取总重力荷载代表值，两层房屋可取总重力荷载代表值的95%；G1、G2——分别为集中于质点1、2的重力荷载代表值（k N），取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和，各可变荷载组合值系数由表3.5确定；

H 1、H 2——分别为质点1、2的计算高度。

表3.5　可变荷载组合值系数

3.4.3　水平地震剪力分配

村镇砌体结构房屋水平地震剪力在各墙体间的分配，与屋盖的刚度有关，而通常的楼、屋盖形式包括两种，即柔性的木楼、屋盖以及半刚性的预制钢筋混凝土楼、屋盖。水平地震剪力的分配原则如下：

（1）木楼盖、木屋盖等柔性楼、屋盖房屋，其水平地震剪力V可按抗侧力构件（即抗震墙）从属面积上重力荷载代表值的比例分配（从属面积按左右两侧相邻抗震墙间距的一半计算）。

（2）预应力圆孔楼板、屋盖等半刚性楼、屋盖房屋，其水平地震剪力V可取以下两种分配结果的平均值：

①按抗侧力构件（即抗震墙）从属面积上重力荷载代表值的比例分配。

②按抗侧力构件（即抗震墙）等效刚度的比例分配。简化计算时可大致按各墙体1／2层高处的水平截面面积占该方向抗震墙总水平截面面积的比例分配。

3.4.4　墙体截面承载力验算

采用极限承载力验算方法，计算公式3－5如下：

式中　V b——基本烈度作用下墙体剪力标准值（N），可按3.4.3

条确定；

　　　γbE——极限承载力抗震调整系数，对承重墙取0.85，对非承重墙取0.95；

　　　A——抗震墙墙体横截面面积（mm2）；

　　　f v、m——非抗震设计的砌体抗剪强度平均值（N／mm2）；

　　　ζN——砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数，根据《建筑抗震设计规范》，对砖砌体可按下式计算：

混凝土小型砌块按下式计算：

当σ0／f v≤5时：

当σ0／f v＞5时：

σ0——对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压应力

（N／mm2）；

f v——非抗震设计的砌体抗剪强度设计值（N／mm2）。

本手册的使用对象是县级设计室和村镇工匠，主要是以图、表的形式表达，对于具备一定建筑设计能力的技术人员，可采用上面所给出的方法进行设计计算。

本手册在基本烈度地震影响下的设防目标是：主体结构不致严重破坏，围护结构不发生大面积倒塌。与设防目标相对应，在截面抗震验算中采用基本烈度（与抗震设防烈度相当）地震作用标准值进行极限承载力设计方法，直接验算结构开裂后的极限承载力，用抗震构造措施作为设防烈度地震影响下不倒塌的保证。

由于式3－5中对墙体的截面抗震受剪极限承载力计算采用的是砌体抗剪强度平均值f v、m，没有任何抗剪储备，所以采用抗震极限承载力调整系数γbE进行适当调整。当γbE取0.85时，对应于砌体抗剪强度平均值f v、m与标准值f v、k之和的1／2左右。

3.5　抗震构造措施

村镇砌体结构房屋由于在建造材料、施工技术水平上与城镇砌体房屋建设存在差异，采用的构造措施也不尽相同。对于在经济水平比较高的村镇地区，如果施工技术水平可以保证钢筋混凝土构件的设计和施工质量，可以参照《建筑抗震设计规范》中多层砖、砌块砌体房屋的有关构造措施，如设置混凝土构造柱、芯柱和圈梁等。而对于大部分的村镇砌体结构一、二层房屋的抗震构造措施，应遵照《规程》执行，并考虑低造价、就地取材，采取简单易行的、施工难度不大、熟练的建筑工匠就可以操作的要求。

3.5.1　配筋砖圈梁的设置与构造

在村镇地区，考虑到大部分地区施工条件和经济发展状况，设置配筋砖圈梁是简单有效、经济可行的抗震构造措施。

配筋砖圈梁设置位置要考虑到能够切实提高房屋的整体性，有效约束墙体。配筋砖圈梁设置位置详见第3.3.5条2）款，在确定配筋砖圈梁的设置位置后，还要满足一定的构造要求，如采用的砂浆强度等级、厚度及配筋构造要求等。《规程》第5.2.1条规定配筋砖圈梁应符合下列要求：

（1）砂浆强度等级：6、7度时不应低于M5，8、9度时不应低于M7.5。

（2）配筋砖圈梁砂浆层的厚度不宜小于30mm。

（3）配筋砖圈梁的纵向钢筋配置不应低于表3.6的要求。

表3.6　配筋砖圈梁最小纵向配筋

（4）配筋砖圈梁交接（转角）处的钢筋应搭接（图3.4）。

图3.4　配筋砖圈梁洞口边、转角处钢筋搭接

（5）当采用小砌块墙体时，在配筋砖圈梁高度处应卧砌不少于两皮混凝土砖；或用槽型砌块，槽深度60mm灌注配筋混凝土。

3.5.2　墙体的整体性连接

墙体作为房屋的主要竖向承载构件，围合的墙体构成了房屋的主体结构，墙体的整体连接质量好与坏，对于整个房屋的抗震性能至关重要。村镇砌体结构房屋的纵横墙连接处，如墙体转角和内外墙交接处是抗震的薄弱环节，刚度大、应力集中，尤其是房屋的四角还承受地震的扭转作用，地震破坏更为普遍和严重。我国大部分地区的村镇房屋基本未进行抗震设防，房屋墙体在转角处缺少有效的拉结，纵横墙体连接不牢固，往往在7度时就出现破坏现象，8度区则破坏明显。在转角处加设水平拉结钢筋可以加强转角处和内外墙交接处的墙体的连接，约束该部位墙体，减轻地震时的破坏。另外，出屋面的楼梯间由于地震动力反应放大的鞭梢效应，更容易遭受破坏，其震害比主体结构破坏更加严重，更需要加强纵、横墙的拉结。

《规程》第5.2.2条规定，纵横墙交接处的连接应符合下列要求：

（1）7度时空斗墙房屋、其他房屋中长度大于7.2m的大房间，以及8度和9度时，外墙转角及纵横墙交接处，应沿墙高每隔750mm设置26拉结钢筋或4＠200拉结铁丝网片，拉结钢筋或网片每边伸入墙内的长度不宜小于750mm或伸至门窗洞边（图3.5，图3.6）。

（2）突出屋顶的楼梯间的纵横墙交接处，应沿墙每隔750mm 设26拉结钢筋，且每边伸入墙内的长度不宜小于750mm（图3.5，图3.6）。

图3.5　纵横墙交接处拉结（T形墙）

图3.6　纵横墙交接处拉结（L形墙）

（3）8、9度时，顶层楼梯间的横墙和外墙，宜沿墙高每隔750mm处设置26通长钢筋。

（4）后砌非承重隔墙应沿墙高每隔750mm设置26拉接钢筋或4＠200钢丝网片与承重墙拉接，拉接钢筋或钢丝网片每边伸入墙内的长度不宜小于500mm；长度大于5m的后砌隔墙，墙顶应与梁、楼板或檩条连接，连接做法应符合《规程》第六章的有关规定。

3.5.3　门窗过梁构造要求

门窗过梁承担着洞口上部墙体的重量，如果过梁的强度不足，或过梁的纵向钢筋伸入支座砌体内的长度不够也会出现问题。因此在村镇砌体结构房屋中，应重视对门窗过梁的构造要求。钢筋混凝土楼、屋盖房屋，门窗洞口应采用钢筋混凝土过梁；木楼屋盖房屋，门窗洞口可采用钢筋混凝土过梁或者钢筋砖过梁。当门窗洞口采用钢筋砖过梁时，钢筋砖过梁的构造应符合下列规定：

（1）钢筋砖过梁底面砂浆层中的钢筋配筋量应不低于表3.7的规定，也可按《规程》附录F的方法计算确定，直径不应小于6mm，间距不宜大于100mm；钢筋伸入支座砌体内的长度不宜小于240mm。

（2）钢筋砖过梁底面砂浆层的厚度不宜小于30mm，砂浆层的强度等级不应低于M5。

（3）钢筋砖过梁截面高度内的砌筑砂浆强度等级不宜低于M5。

（4）当采用多孔砖或小砌块墙体（砌块墙应用混凝土砖）时，在钢筋砖过梁底面应卧砌不少于两皮普通砖，伸入洞边不小于240mm。

表3.7　钢筋砖过梁底面砂浆层中的钢筋配筋量

3.5.4　木楼、屋盖构造要求

木楼盖通常是由木龙骨和格栅、木板组成。由于不同地区的自然条件、建造习惯的不同，木楼、屋盖的建造方式存在一定的差异，但是不论采用什么样木楼、屋盖，都要加强木楼、屋盖各构件之间的连接，提高其抗震性能，保证楼、屋盖系统具有一定的整体性。

《规程》第5.2.6条规定，当采用木楼盖时，应符合下列构造要求：

（1）搁置在砖墙上的龙骨下应铺设砂浆垫层。

（2）内墙上龙骨应满搭或采用夹板对接或燕尾榫、扒钉连接。

（3）龙骨及其上面的各个木构件应采用圆钉、扒钉等相互连接。

《规程》第5.2.8条规定，当6、7度采用硬山搁檩屋面时，应符合下列构造要求：

（1）当为坡屋面时，应采用双坡或拱形轻质材料屋面。

（2）檩条支承处应设垫木，垫木下应铺设砂浆垫层。

（3）端檩应出檐，内墙上檩条应满搭或采用夹板对接或燕尾榫、扒钉连接。

（4）木屋盖各构件应采用圆钉、扒钉或铁丝等相互连接。

（5）竖向剪刀撑宜设置在中间檩条和中间系杆处；剪刀撑与檩条、系杆之间及剪刀撑中部宜采用螺栓连接；剪刀撑两端与檩条、系杆应顶紧不留空隙（图3.7）。

图3.7　硬山搁檩屋盖山尖墙竖向剪刀撑

（6）木檩条宜采用8号铁丝与配筋砖圈梁中的预埋件拉接。

《规程》规定，当采用木屋架屋盖时，应符合下列构造要求：

（1）砖木结构房屋应在房屋中屋檐高度处设置纵向水平系杆，系杆应采用墙揽与各道横墙连接或与屋架下弦杆钉牢。

（2）木屋架上檩条应满搭或采用夹板对接或燕尾榫、扒钉连接。

（3）屋架上弦檩条搁置处应设置檩托，檩条与屋架应采用扒钉或铁丝等相互连接。

（4）檩条与其上面的椽子或木望板应采用圆钉、铁丝等相互连接。

（5）竖向剪刀撑的构造做法如图3.8所示。

图3.8　三角形木屋架竖向剪刀撑

3.5.5　空斗墙构造要求

空斗墙房屋的破坏规律与实心砖墙房屋类似，也是以地震作用下的剪切裂缝为主，但是墙体的有效水平截面积小，墙体的整体性也相对较差，抗震性能总体来说不如使用同等强度的材料、房屋建筑形式以及体量、高度、层数等基本相同的实心砖墙房屋。为加强空斗墙体房屋的整体性，在一些抗震薄弱部位和承受楼屋盖重量的主要受力部位采用实心卧砌予以加强。

《规程》第5.2.10条规定，空斗墙体的下列部位，应卧砌成实心砖墙：

（1）转角处和纵横墙交接处距墙体中心线不小于300mm宽度范围内墙体。

（2）室内地面以上不少于三皮砖、室外地面以上不少于十皮砖标高处以下部分墙体。

（3）楼板、龙骨和檩条等支承部位以下通长卧砌四皮砖。

（4）屋架或大梁支承处沿全高、且宽度不小于490mm范围内的墙体。

（5）壁柱或洞口两侧240mm宽度范围内。（6）屋檐或山墙压顶下通长卧砌两皮砖。

（7）配筋砖圈梁处通长卧砌两皮砖。

3.5.6　其他构造要求

1）小砌块墙体

小砌块墙体的下列部位，应采用不低于Cb20灌孔混凝土，沿墙全高将孔洞灌实作为芯柱：

①转角处和纵横墙交接处距墙体中心线不小于300mm宽度范围内墙体；

②屋架、大梁的支撑处墙体，灌实宽度不应小于500mm；

③壁柱或洞口两侧不小于300mm宽度范围内。

另外，小砌块房屋的芯柱竖向插筋不应小于12，并应贯通墙身；芯柱与墙体配筋砖圈梁交叉部位局部采用现浇混凝土，在灌孔时应同时浇筑，芯柱的混凝土和插筋、配筋砖圈梁的水平配筋应连续通过。芯柱灌孔混凝土应有高流动度和低收缩性，并用小振动棒振实。

2）预应力圆孔板楼（屋）盖

《规程》第5.2.13规定，预应力圆孔板楼（屋）盖的整体性连接和构造，应符合下列要求：

①支承在墙或混凝土梁上的预应力圆孔板，板端钢筋应搭结，并应在板端缝隙中设置直径不小于8的拉结钢筋与板端钢筋焊接，如图3.9所示；

②预应力圆孔板端的孔洞，应采用砖块与砂浆等材料封堵；

③预应力圆孔板支承处应有坐浆；板端缝隙应采用不低于C20的细石混凝土浇筑密实；板上应有水泥砂浆面层。

图3.9　预制板板端钢筋连接与锚固

本章参考文献

［1］镇（乡）建筑抗震技术规程（JGJ 161—2008）.北京：中国建筑工业出版社，2008

［2］葛学礼，朱立新，黄世敏.镇（乡）村建筑抗震技术规程实施指南.北京：中国建筑工业出版社，2010

［3］砌筑结构设计规范（GB 50003—2011）.北京：中国建筑工业出版社，2012

［4］建筑抗震设计规范（GB 50011—2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010

［5］黄际洸.混凝土砌块性能构造与设计.北京：机械工业出版社，2008

［6］施楚贤.砌体结构理论与设计.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2003

［7］朱伯龙.砌体结构设计理论.上海：同济大学出版社，1991

［8］苏小卒.砌体结构设计.上海：同济大学出版社，2002

［9］丁大钧.砌体结构.北京：中国建筑工业出版社，2004

［10］董明海，宋丽.砌体结构设计理论.西安：西安交通大学出版社，2010