多層砌體結(jié)構(gòu)房屋震害調(diào)查

摘 要:赴5.12汶川地震災(zāi)區(qū)，分別對(duì)綿竹、漢旺、都江堰、汶川、映秀等地進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，全面了解多層砌體結(jié)構(gòu)的震害現(xiàn)象，并針對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)在水平地震作用下窗下墻的交叉裂縫提出新的研究方法。

關(guān)鍵詞:交叉裂縫;窗下墻;力學(xué)分析;延性破壞模式

中圖分類號(hào):X9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)12-0333-01

1 房屋概況

此次調(diào)查以建筑層數(shù)3至6層的多層砌體結(jié)構(gòu)為主，墻體材料包括空心粘土磚、實(shí)心粘土磚及混凝土空心砌塊，墻厚240m/m。墻體承重體系有:縱墻承重、橫墻承重、縱橫墻承重，以預(yù)應(yīng)力空心板裝配式鋼筋混凝土樓(屋)蓋為主，并設(shè)有混凝土圈梁及構(gòu)造柱。

2 震級(jí)及烈度

綿竹及調(diào)查的其他四個(gè)地區(qū)建筑物抗震設(shè)防的基本烈度為7度，而本次汶川大地震的震級(jí)達(dá)到8級(jí)，估計(jì)這五個(gè)地區(qū)的地震烈度為8-11度，遠(yuǎn)大于7度。

3 多層砌體結(jié)構(gòu)房屋交叉裂縫

墻體上的斜裂縫主要是由于水平地震作用下，在與水平地震作用走向大體一致的墻體引起的主拉應(yīng)力超過(guò)墻體的抗拉強(qiáng)度所致。當(dāng)?shù)卣鸱磸?fù)作用時(shí)，即形成交叉斜裂縫。這是比較常見(jiàn)的震害現(xiàn)象，幾乎在所有的受損房屋上都能發(fā)現(xiàn)。

圖1 墻體交叉裂縫逐層減

圖2 窗洞周?chē)鷫Κんw交叉裂縫

從裂縫出現(xiàn)的數(shù)量看，多以交叉主裂縫居多，很少出現(xiàn)數(shù)量多的密集平行裂縫情況，墻體表現(xiàn)出脆性特征。

由于底層地震剪力比上層大，所以底層的這種裂縫較上層嚴(yán)重。沿結(jié)構(gòu)的高度方向，受損一般呈現(xiàn)下層重、向上逐漸減輕的特點(diǎn)。圖1為漢旺客運(yùn)站職工宿舍樓，第一、二層橫墻、縱墻出現(xiàn)較大的交叉裂縫，隨著層數(shù)的增加，墻上的裂縫逐層減輕，一些墻體出現(xiàn)了單向斜裂縫，再輕損傷樓層在洞口角部出現(xiàn)短裂縫。

貫穿的交叉裂縫則在縱墻上也是普遍存在。由于門(mén)窗洞口對(duì)連續(xù)性的墻體有一定的削弱作用，所以這些裂縫多集中在洞口周?chē)拇伴g墻和窗下墻附近。圖2為映秀鎮(zhèn)漩口中學(xué)教學(xué)樓外縱墻窗洞周?chē)鷫w破交叉裂縫。

多層磚混房屋的縱墻開(kāi)洞率偏大，窗間墻寬度偏小，水平地震作用沿房屋縱向的結(jié)果常導(dǎo)致縱墻薄弱部分——窗間墻的開(kāi)裂。窗間墻的破壞情況有:很窄的窗間墻為彎曲型破壞，窗間墻的上下端，輕者出現(xiàn)水平裂縫，重者四角壓碎崩落，如圖3;稍寬的窗間墻，輕者出現(xiàn)交叉斜縫，裂縫的坡度較陡，重者裂縫的兩側(cè)的磚砌體碎裂甚至崩落，豎向荷載很大時(shí)，甚至壓潰，如圖4;寬窗間墻一般只出現(xiàn)斜率較小的交叉斜縫，嚴(yán)重的，裂縫很寬，裂縫附近砌體破碎，除烈度很高時(shí)外，很少見(jiàn)砌塊崩落或者壓塌，如圖5。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，同一片墻上各個(gè)窗間墻寬窄不一時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力不均，總的抗剪強(qiáng)度降低。地震作用在各個(gè)窗間墻間按照它們的側(cè)移剛度大小分配的，寬窗間墻，在考慮彎曲、剪切變形后，其側(cè)移剛度比窄窗間墻大得多，承受了更多的地震作用而首先出現(xiàn)交叉裂縫，剛度、強(qiáng)度隨之降低。地面運(yùn)動(dòng)繼續(xù)，其他窗間墻就要額外承擔(dān)寬窗間墻因剛度降低而轉(zhuǎn)移來(lái)的地震作用，接著出現(xiàn)破壞，從而造成窗間墻各個(gè)擊破。

圖3 窄窗間墻破壞

圖4 稍寬窗間墻破壞

汶川地震震害現(xiàn)象中出現(xiàn)窗下墻的破壞現(xiàn)象也很常見(jiàn)。震區(qū)內(nèi)一些采用混凝土預(yù)制板的多層房屋，窗間墻未破壞，而窗洞上下的窗下墻發(fā)生了交叉裂縫，圖6所示為漢旺鎮(zhèn)某沿街建筑窗下墻破壞。特別是當(dāng)這些房屋未設(shè)置鋼筋混凝土圈梁時(shí)，或者因放置暖氣片而將窗下墻減薄時(shí)，窗下墻的交叉裂縫現(xiàn)象更為普遍。主要原因是這些房屋的樓蓋沿房屋縱向的豎向剛度小，一片窗下墻加上樓蓋后的豎向總彎剪剛度還小于窗間墻的層彎剪剛度。整片外墻如同強(qiáng)柱若梁型框架，各層窗間墻連成的一根豎向構(gòu)件，在水平荷載作用下，發(fā)生整體彎剪變形，使相鄰窗間墻產(chǎn)生豎向錯(cuò)動(dòng)，窗下墻因發(fā)生很大彎剪變形而出現(xiàn)交叉裂縫。

圖5 寬窗間墻破壞

圖6 窗下墻破壞

作者簡(jiǎn)介:

白鶴田，男，河南鶴壁人，助理工程師，2001年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院，研究方向:機(jī)電工程管理;

劉保國(guó)，男，河南鶴壁人，助理工程師，1993年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院，研究方向:機(jī)電工程管理;

李金洲，男，河南鶴壁人，助理工程師，2008年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，研究方向:機(jī)電工程管理。

蘇萬(wàn)雨，男，河南鶴壁人，2009年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，研究方向:機(jī)電工程管理。

4 對(duì)規(guī)范中多層砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的總結(jié)與評(píng)價(jià)

4.1 總結(jié)

我國(guó)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的受力分析涉及到抗震抗剪計(jì)算。

在受力分析中，多層砌體結(jié)構(gòu)一般被簡(jiǎn)化為由豎向構(gòu)件墻段和剛性樓蓋組成的結(jié)構(gòu)體系，在水平地震作用下，結(jié)構(gòu)破壞的部位應(yīng)出現(xiàn)在豎向構(gòu)件上，即窗間墻上。

規(guī)范對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)房屋總高度、層數(shù)、層高和高寬比進(jìn)行限制以考慮整體彎曲影響，除此之外的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算公式及抗震構(gòu)造措施中并不考慮彎曲影響。

4.2 評(píng)價(jià)

汶川地震以及國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)和理論分析表明，多層砌體結(jié)構(gòu)在水平地震作用下有明顯的彎曲變形，我們?nèi)詫螌訅w研究成果用于多層墻片計(jì)算，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)在總高度、總層數(shù)、高寬比進(jìn)行限制以及構(gòu)造等方面采取措施，并按剪切破壞的簡(jiǎn)化公式進(jìn)行分析和抗震構(gòu)造是非常危險(xiǎn)的。

震害現(xiàn)象表明，許多多層砌體房屋的破壞部位并不是在窗間墻上，而是在窗下墻上。規(guī)范在水平地震作用下砌體抗震性能驗(yàn)算時(shí)，假定樓板在平面內(nèi)剛度無(wú)限大，各墻肢位移均相等，由于窗間墻截面小，認(rèn)為破壞就發(fā)生在窗間墻處。而窗間墻截面與樓板有一定距離且樓板不是剛度無(wú)限大，當(dāng)彎曲變形產(chǎn)生窗下墻受剪承載力低于窗間墻按規(guī)范假定各墻剛度分配地震作用時(shí)，發(fā)生窗下墻剪切破壞。出現(xiàn)規(guī)范默認(rèn)的窗間墻破壞模式與震害的窗下墻破壞現(xiàn)象不符。

這種窗下墻的破壞現(xiàn)象相對(duì)于窗間墻的破壞現(xiàn)象具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如窗下墻非豎向連續(xù)墻體且承受豎向荷載小，破壞后易于修復(fù);窗下墻在水平地震作用下破壞時(shí)，伴隨著地震能量的耗散，內(nèi)力重分布后，由窗間墻連同窗間墻上下的墻體共同抗震;窗下墻破壞解體后，不至于結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)坍塌，使結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出更多的延性性質(zhì)，是一種延性破壞模式。

5 有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題

針對(duì)汶川地震中多層砌體結(jié)構(gòu)房屋出現(xiàn)窗下墻交叉裂縫的破壞現(xiàn)象，考慮砌體結(jié)構(gòu)彎曲變形的影響，類比高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理及方法，通過(guò)建立計(jì)算模型，進(jìn)行砌體結(jié)構(gòu)房屋在水平地震作用下的受力分析及內(nèi)力計(jì)算，提出多層砌體結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生延性破壞模式的條件，供工程設(shè)計(jì)使用。

參考文獻(xiàn)

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[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.