[发明专利]强震下增强抗倒塌能力和整体性的砌体结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强震下增强抗倒塌能力和整体性的砌体结构及方法，可应用于普通砖砌体、混凝土砌块等砌体结构，它能有效增强砌体结构在强震下的抗倒塌能力、提高砌体结构的整体性。

背景技术

砌体结构目前是我国房屋建筑的主要结构型式之一。一般作为居住、办公、学校、医院等民用与公共建筑，在今后相当长一段时间内，仍然具有十分广泛的应用价值。由于砌体结构的材料和构造方式，其抵抗水平荷载的能力远低于其抵抗竖向荷载的能力。在地震作用下，砌体墙发生水平裂缝和交叉裂缝，墙体破坏并有平面外错位甚至局部崩塌，这直接降低了墙体的竖向承载力。对于无筋砌体，当墙体发生斜裂缝后，很快就形成贯通的对角裂缝，墙体脆性破坏，破坏前没有明显的塑性变形，之后，水平剪力主要通过裂缝间微小的摩擦来承担。

目前，设置钢筋混凝土构造柱和圈梁，是提高砌体结构抗震性能和整体性普遍采用的措施。砌体结构设计规范对构造柱和圈梁的设置和构造方式作了详细的规定。构造柱和圈梁对墙体的约束作用，使得墙体在发生开裂后，并不立刻整体倒塌，裂缝仍然沿对角方向继续发展，直到构造柱端产生斜裂缝破坏，墙体失去约束，结构变成几何可变体系，才可能发生整体倒塌破坏。这种倒塌的最后防线是构造柱与圈梁形成的弱框架。构造柱的设置不仅提高了墙体本身的延性，而且提高了墙体的稳定性和抗倒塌能力。

但是，虽然墙体周围由构造柱和圈梁对其形成一定的变形约束，由于构造柱和圈梁形成的弱框架结构刚度低，抵抗水平荷载的能力很有限，在遭遇较大地震作用时，其节点很容易产生塑性铰而形成机构，即几何可变体，墙体随即倒塌破坏。地震作用下，约束墙体发生倒塌往往表现为两种形式，一种为面内受力倒塌，这时首先是因墙体材料强度不足而开裂，裂缝开展使得墙体局部退出工作，因此，墙体开裂后，约束墙体的构造柱和圈梁相对而言承受更大的内力，直至弱框架破坏，墙体变为几何可变体，墙体方倒塌；第二种形式是墙体面外受力，目前结构构造上仅通过与构造柱的拉结钢筋将荷载传递至两侧垂直墙体，其对墙体维护几何形状作用很小，因此，墙体承受平面外水平荷载时极易失稳，抗倒塌能力非常低。如何提高砌体结构在强震下的抗倒塌能力和整体性是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种强震下增强抗倒塌能力和整体性的砌体结构与方法。

对抗震设防六度以上的多层砖砌体结构和小砌块结构，均要求设置构造柱和圈梁。本发明的发明构思是：在砌体结构设置构造柱和圈梁的基础上，在相邻的上层圈梁和下层圈梁之间的墙体内，相邻的两根构造柱之间设置一组以上交叉的加强钢筋，每组交叉的加强钢筋分别位于一个矩形或梯形的对角线位置，加强钢筋的下端与下层圈梁内的U型预埋件连接，上端锚固在上层圈梁或相应的构造柱的钢筋内，为构造柱和圈梁形成的弱框架加设交叉支撑，使得结构的水平受力体系由原来的单一弱框架变为弱框架加桁架的多防线体系，增强了结构的抗倒塌能力。在这样的体系中，即使是构造柱与圈梁之间的刚性连接破坏成为铰接，体系也照样成立。只有在钢筋拉断、构造柱和圈梁的连接同时破坏的情况下，结构才变成几何可变体系，从而房屋倒塌。

根据构造柱的布置位置，在相邻构造柱间距较大的墙体内设置多组加强钢筋，每组加强钢筋包含两道斜向交叉分布的钢筋，该加强钢筋与原有构造柱及圈梁形成类似桁架结构的体系。当传来平面内水平荷载时，与荷载方向一致的加强钢筋产生拉力，抵抗水平荷载，延缓框架形成机构破坏的过程；当传来平面外水平荷载时，该加强钢筋在相邻构造柱之间产生拉结作用，使得直接承受荷载的墙体通过钢筋的拉结而获得周围梁柱和墙体的支持，增强了平面外抗倾覆的能力，提高了结构的整体抗震性能。

为实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案是：

本发明强震下增强抗倒塌能力和整体性的砌体结构为：在相邻的上层圈梁和下层圈梁之间的墙体内，相邻的两根构造柱之间砌有一组以上钻孔砖，每一组钻孔砖含有第一排钻孔砖和第二排钻孔砖，第一排钻孔砖的各钻孔砖的孔道中心线即第一孔道中心线重合，第二排钻孔砖的各钻孔砖的孔道中心线即第二孔道中心线重合，第一孔道中心线与第二孔道中心线斜向分布且相互交叉。第一排钻孔砖和第二排钻孔砖的孔道内各自贯穿有加强钢筋，加强钢筋的下端固定连接有U型预埋件，U型预埋件埋置于所述下层圈梁内，加强钢筋的上端锚固在上层圈梁或相应的构造柱的钢筋内。

进一步地，本发明在每组钻孔砖中，第一孔道中心线与第二孔道中心线分别位于一个矩形或梯形的对角线位置。

进一步地，本发明钻孔砖的孔道为斜孔。

本发明强震下增强砌体结构抗倒塌能力和整体性的方法包含如下步骤：