從汶川地震談建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加固

《從汶川地震談建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加固》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、從汶川地震談建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加固摘要：通過對多層磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、底框結(jié)構(gòu)、單層工業(yè)廠房、鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式的建筑物在四川汶川地震中的震害調(diào)查,分析其破壞機理,并給出了一些設(shè)計建議。關(guān)鍵詞：地震；結(jié)構(gòu)；設(shè)計2008年5月12日,在我國四川省汶川縣,發(fā)生了里氏8.0級,震中烈度為11度的大地震,多個省市受災(zāi)。地震中,各種結(jié)構(gòu)形式的建筑物均有不同程度的破壞,對我國目前的抗震設(shè)計提出了新的要求。本文對各類結(jié)構(gòu)形式建筑物的震害進行了調(diào)查,并對其破壞機理及抗震性能作了分析,同時指出了在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)注意的一些問題。一、

2、地震中的震害現(xiàn)象及分析1.砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)在此次地震中震害較為普遍,如圖1所示,其中(a)為建筑物完全倒塌;(b)為窗間墻出現(xiàn)交叉斜裂縫；(c)為底層靠近基礎(chǔ)頂部出現(xiàn)水平貫通裂縫；(d)為預(yù)制樓板掉落。對于沒有設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱或是雖設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱但達(dá)不到規(guī)范要求的磚混結(jié)構(gòu)在本次地震中破壞都比較嚴(yán)重；相反,按照規(guī)范要求設(shè)置了圈梁、構(gòu)造柱的結(jié)構(gòu)破壞相對較輕。圖1砌體結(jié)構(gòu)的震害出現(xiàn)上述震害現(xiàn)象是基于以下幾點原因:(1)砌體結(jié)構(gòu)是由磚、石等砌筑而成,砌塊之間的粘接較差。地震時,在水平和豎向地震的共同作用下,砌塊

3、之間的粘接容易被破壞,再加上沒有合理的構(gòu)造措施,不能夠?qū)ζ鲶w進行很好的約束,導(dǎo)致其整體性較差,出現(xiàn)粘結(jié)裂縫,嚴(yán)重時導(dǎo)致建筑物垮塌。(2)由于窗間墻的剪跨比小,砌體的抗剪能力較差以及抗剪強度不足,因此容易產(chǎn)生交叉的剪切裂縫。(3)部分砌體建筑物砂漿強度比較低,地震作用下底層受彎較大,導(dǎo)致底層磚墻水平灰縫開裂。(4)預(yù)制板和圈梁、構(gòu)造柱、承重墻體之間沒有進行可靠連接,在地震中,預(yù)制板和周邊的構(gòu)件連接處容易被拉開,導(dǎo)致樓板的破壞,進而使墻體在平面外失去有效約束,容易造成墻體外閃。已有的研究表明,設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱

4、,相當(dāng)于對砌體施加了約束,可以提高砌體的變形能力和房屋的整體性,因此可以明顯改善砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能；同時還可以使其抗剪強度提高10%-30%。2.框架結(jié)構(gòu)在這次地震中,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出比較好的抗震性能。說明結(jié)構(gòu)設(shè)計中只要經(jīng)過合理的抗震設(shè)計并采取妥善的抗震構(gòu)造措施,在大震作用下可以保證不倒。此次地震中框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的典型震害如下圖2所示。圖2框架結(jié)構(gòu)主要震害其中(a)為漢旺鎮(zhèn)某框架磚填充墻的剪切破壞；(b)為樓梯踏步板破壞；(c)、(d)為框架柱和節(jié)點的震害；(e)為漢旺鎮(zhèn)PICC大樓,屋頂塔樓的鞭梢

5、效應(yīng),頂部裝飾物掉了一個。造成上述震害的主要原因有:(1)磚填充墻抗剪承載力低,變形能力小,墻體與框架缺乏有效的拉接,在往復(fù)變形時墻體易發(fā)生剪切破壞。由于框架變形屬于剪切型,下部層間位移大,填充墻震害一般呈現(xiàn)下重上輕的現(xiàn)象。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)采用砌體填充墻做圍護結(jié)構(gòu)時,應(yīng)注意其應(yīng)與柱子進行可靠連接,可采用貼砌圍護墻或墻、柱柔性連接方案。(2)此次地震中,多個建筑物的樓梯出現(xiàn)受彎破壞,主要原因是配置的受彎鋼筋不足。(3)柱子截面尺寸較小,且箍筋加密區(qū)、梁柱節(jié)點區(qū)配置的箍筋不符合規(guī)范要求,沒有遵守強柱弱梁、強剪弱彎、

6、強節(jié)點、強錨固等設(shè)計原則。(4)地震作用時,建筑物頂部的突出部分由于剛度和質(zhì)量較小在地震中瞬間產(chǎn)生較大的速度和位移,產(chǎn)生?鞭梢效應(yīng)。出屋面的小房間或裝飾部分最好不要做成磚混結(jié)構(gòu),可將框架柱延伸上去或做成輕型鋼結(jié)構(gòu),以減小“鞭梢效應(yīng)”造成結(jié)構(gòu)破壞。3.底框架結(jié)構(gòu)本次地震中底框結(jié)構(gòu)破壞較多,，但按新規(guī)范設(shè)計的底框結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好。調(diào)查某小區(qū)的底框結(jié)構(gòu),典型的破壞形式如圖3所示：其中(a)、(b)部分底框結(jié)構(gòu)底層有過大層間變形,框架部分的柱頭柱腳破壞；(c)為二層砌體過渡層破壞。出現(xiàn)以上震害現(xiàn)象主要由于:(1)底框

7、結(jié)構(gòu)上部磚混各層縱橫墻較密,重量大且抗側(cè)剛度大，底層框架抗側(cè)剛度比上部小，整個結(jié)構(gòu)?上剛下柔。地震時房屋的側(cè)移集中發(fā)生在相對薄弱的底層,而上部其他各層的側(cè)移很小,易引起底層的嚴(yán)重破壞。(2)底框結(jié)構(gòu)是由兩種承重體系組成的結(jié)構(gòu)體系,其過渡層的受力復(fù)雜。第二層擔(dān)負(fù)著上部的地震剪力,也擔(dān)負(fù)著上部各層地震力對底層樓板的傾覆力矩,導(dǎo)致第二層層間位移增大,其墻體先于其他樓層破壞。建議在今后的設(shè)計中,應(yīng)該對該類房屋的結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置進行嚴(yán)格的限制。房屋的底層沿縱橫兩方向均勻?qū)ΨQ布置一定數(shù)量的抗震墻,以防剛度差異過大，

8、地震作用下兩種結(jié)構(gòu)銜接處應(yīng)力集中發(fā)生破壞。圖3底框架結(jié)構(gòu)主要震害4.單層工業(yè)廠房單層工業(yè)廠房在此次地震中破壞比較嚴(yán)重,在綿竹市漢旺鎮(zhèn)東方汽輪機廠調(diào)查到比較典型的破壞現(xiàn)象如圖4所示,其中,(a)為柱頭及屋架聯(lián)結(jié)的破壞；(b)屋架破壞；(c)天窗架破壞；(d)縱向地震作用下山墻、山尖外閃或局部塌落,抗風(fēng)柱斷裂；(e)外圍護磚墻開裂外閃；(f)支撐破壞。圖4東方汽輪機廠里的廠房震害上述震害出現(xiàn)的原因主要為:(1)柱頭在強大的橫向水平