(r)汶川地震中砖混结构的震害分析

2009年11月Nov.　2009SHANXI　ARCHITECTURE・59・

文章编号:100926825(2009)3220059202

汶川地震中砖混结构的震害分析

曾林海　杨小平

摘　要:在对砖混结构震害调查的基础上,从结构体系、抗震构造措施及施工质量入手,分析了其破坏的原因,对砖混结构的设计提出了建议,以指导今后既有砖混结构的加固改造以及新建砖混结构的设计施工。关键词:地震,砖混结构,震害,设计建议中图分类号:TU398.5文献标识码:A

0　引言

2008年5月12日14时28分,四川省汶川发生里氏8.0级

强烈地震,这是建国以来波及面最广,损失最大的一次地震。位于

震中附近的汶川、汉旺、北川等地区,烈度估计达到10度～11度;绵竹、绵阳达到8度～9度;远至成都、西安都有震害,震中地区房屋成片倒塌,剩下尚存的建筑也受到严重破坏。通过对汶川大地震青川县城的震害调查发现:经过正规抗震设计的钢筋混凝土框架结构所受地震损伤较轻,而且损伤主要是填充墙,表明按现行“建筑抗震设计规范”设计的钢筋混凝土框架建筑具有较好的抗震性能。而建造时间较早,没有经过正规考虑抗震设计的砖砌建筑破坏和倒塌严重[1]。从中国地震局地震现场应急工作队对整个灾区的损失评估报告分析表可知:砖混结构破坏比框架结构更加严重[2]。

因此分析汶川地震中砖混结构的震害原因对今后既有砖混结构的加固改造以及新建砖混结构的设计施工,具有指导意义。

地震前的唐山大量采用没有任何抗震措施的黏土砖和天然石砌体结构,这种松散的堆积墙体在地震中大都飞散、倒塌,未倒塌的房子也严重破坏。此后一直强调采用构造梁柱提高砖混结构整体性,防止产生严重震害。试验研究表明,构造柱对墙体的抗开裂强度无明显的提高,但对墙体的抗剪强度可提高约10%～30%。提高幅度与墙体高宽比、竖向压力和开洞情况有关。但是直至破坏,构造柱始终能与墙体结合在一起共同工作,对加强结构的整体性效果很好。圈梁形同一个箍紧楼、屋盖的水平横箍,连同构造柱一起,加强了楼屋盖、墙体的整体性、稳定性,约束墙体裂缝的开展,使之有较高的变形能力,有效地提高了房屋的抗震性能。但汶川地震中还是发现大量不设构造梁柱的砖混建筑。构造梁柱还要有足够的截面尺寸和配筋,否则地震时很容易破断,丧失拉结、约束砖墙的功能。

3　墙体的震害分析

砖混结构的墙体既是围护构件又是承重构件,其除了承受自重外,还要承受上面传来的竖向荷载和横向水平荷载。砖混结构墙体的破坏部位和形式,与砖墙的布置、砌体强度和房屋构造等因素有密切关系。在本次地震中,破坏最多、最严重的墙体主要为山墙,大多数山墙呈X形开裂。山墙在一层、二层、三层最为严重,甚至有些山墙倒塌。同时,在纵墙端部、纵墙中部、内横墙和楼梯间墙均有破坏,破坏形式以裂缝为主,裂缝的形式有:1)斜裂缝。包括45°斜裂缝“、八”字形裂缝和“X”形裂缝等典型裂缝。2)竖向裂缝。出现在混凝土构造柱与墙体之间,或者在应力集中较严重的纵横墙交接处。3)水平裂缝。一般只出现在墙体与圈梁或门窗过梁的交界处。

关于墙体破坏的原因,有如下几点:

1)砂浆灰缝不饱满,强度低,抗震性能差。砂浆的饱满程度对砌块均匀传力、砌块之间的连接和砌体强度影响较大。GB5020322002砌体工程施工质量验收规范规定,水平缝厚度和竖缝宽度一般为10mm,不得小于8mm,也不得大于12mm,水平灰缝的砂浆饱满度不得低于80%。但当地很多建筑工人没有意识到砂浆施工对墙体整体强度的影响。

2)连接措施不到位。墙角和纵横墙交接处是抗震的薄弱点,应同时砌筑,对不能同时砌筑而又必须留置的临时间断处应砌成斜槎,斜槎水平投影长度不应小于墙体高度的2/3。混凝土构造柱与砖墙两种构件的材料不同,要有加强的连接措施才能保证在界面处不产生裂缝而共同工作。现行常用的做法有两种:a.沿一定高度设拉筋;b.先砌筑墙体并留阴阳槎,以后再浇筑混凝土柱。从破坏的砖混结构房屋来看,还是有很多没有按要求来设置连接

1　结构体系和布置不佳的建筑震害严重

地震震害调查表明,采用纵墙承重的多层砖混结构的房屋,因横向支承少,纵墙极易受平面外弯曲破坏而导致结构倒塌。汶川地震中一些学校采用横墙承重砖混结构,楼屋盖采用预制空心板,它是刚度低于框架结构的一种半刚性结构体系,教室的空间跨度大,横波来的时候,跨度大的结构更容易垮塌。因此,在设计上要优先采用横纵墙共同承重的结构布置方案。

四川农大都江堰分校是20世纪80年代末建成的4层、局部5层的砖混结构建筑,无抗震构造措施(无构造柱、圈梁),平面不是很规则,呈凹字形,平面上凹字凸出的一端是后来建成的,地震在交接处形成了竖向的通缝,另一端破坏比较严重,见图1。外廊式单跨多层砖混结构的震害也较为严重,见图2。该类砖混结构在绵阳灾区中小学教学用房中仍广泛采用,在这次5・12汶川大地震中,普遍发生了不同程度的震害,少量工程破坏相当严重,已接近倒塌。学校建筑应采用抗震性能好的结构体系,限制采用外廊式单跨多层砖混结构。

2　圈梁和构造柱

收稿日期:2009205226

作者简介:曾林海(19832),男,华南理工大学土木与交通学院硕士研究生,广东广州　510640

杨小平(19632),男,硕士,副教授,华南理工大学土木与交通学院,广东广州　510640

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第35卷第32期　　　　　　　　　　Vol.35No.32山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年11月Nov.　2009SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2009)3220060203

钢结构屋架静力有限元分析

双凯伟

摘　要:利用ANSYS软件对某倒塌的钢屋架进行了有限元分析,研究了结构的力学性能和倒塌的原因,研究结果表明

结构在静力作用下主要发生竖向位移,并且上弦腹杆的屈服是结构破坏的主要原因。关键词:钢结构屋架,有限元分析,变形,应力中图分类号:TU391文献标识码:A

　　随着科学技术的发展,建筑材料逐渐从早期的土、石发展到

现代的混凝土、钢材。用钢结构屋架代替传统的混凝土结构屋架可以减小变形和构件尺寸,能够充分发挥建筑材料的力学性能[1]。但是,钢结构建筑物的缺点也是显而易见的,由于钢材在低温条件下其强度会降低,脆性提高,这给钢结构建筑物在低温条件下的安全使用带来了一定的隐患。本文运用有限元方法对此工程钢结构屋架在静力荷载作用下的变形和应力与荷载的关系进行分析,找出屋架整体垮塌的原因,并提出有关此类结构设措施。如新平小学教学楼,在转角处设了一构造柱加强抗震能力,但柱与墙却没有拉结措施,致使墙柱分界面出现竖向裂缝。

计的一些观点和改进意见。

1　工程概况本工程为樟树市某工业厂房的钢结构屋架,采用Q235碳素钢,屈服强度为210N/mm2,极限抗拉强度为380N/mm2,伸长率为28%,属于B级钢。屋架跨度为18m,高度为1.5m(如图1所示)。屋架上弦为<12腹杆、<8腹杆、L65×6三角钢组成的三角形空间结构,其中,<12腹杆按照间距400mm排列,<8腹杆按照间距1000mm排列,L65×6三角钢组成屋架上弦的骨架,屋架上面墙体不同程度开裂,在一些未加设构造柱的楼梯间则全部毁坏。

6　启示与建议

1)合理确定墙体的主要承重体系,结构布置应优先选用横墙

4　预制楼板和预制楼梯破坏的真正原因

预制楼板由于其整体性差,在这次地震震害调查中,大多数

出现沿预制楼板的水平裂缝,其破坏的真正原因是砖墙倒塌或者预制板端部与支座处出现相对位移,导致预制板塌落。地震后进行振动台试验和反复加载试验表明,板只要搭在墙体上,哪怕是1cm,墙不倒,板就塌不下来。因此,保证预制楼板和预制楼梯不破坏的构造措施是:1)用构造梁柱箍住砖墙,防止墙倒塌;2)预制板与墙体顶部要有拉结措施,防止发生相对位移。

5　鞭梢效应引起的女儿墙和水箱结构的破坏

屋面女儿墙由于是单片墙,侧向无约束,稳定性差,又受到鞭梢效应影响,在历次地震中都出现明显的震害。灾区大量多层砌体房屋女儿墙未设置构造柱、压顶梁或构造柱设置较少,在地震中部分房屋出现倒塌或严重破坏或轻微破坏,如图3所示。砖混结构顶部局部凸出部位,特别是水箱结构,在强烈地震中遭受较为严重的破坏,有的水箱底部架立结构全部断裂。楼顶楼梯间四

承重和纵横墙共同承重的方案,纵横墙的布置应均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。

2)采取抗震设计构造措施,在多层砖混结构房屋中设置钢筋混凝土构造柱是一项非常有效的抗震措施。构造柱不但使砌体结构房屋承受变形的性能大为改善,而且使已开裂墙体的位移受到限制,从而提高房屋的抗震性能。设置钢筋混凝土圈梁可以加强多层砖房纵横向各墙体间的连接,增强房屋的整体性和刚度。

3)为了防止墙体破坏,应该严格按GB5020322002砌体工程施工质量验收规范施工,并且注意墙角和纵横墙交接处连接。

4)尽量少用或不用预制楼板和预制楼梯。

5)多层砖混结构女儿墙应设置构造柱和压顶梁。参考文献:[1]　李建中.汶川地震中钢筋混凝土框架结构的震害[J].结构

工程,2008(5):11212.[2]　袁一凡.四川汶川8.0级地震损失评估[J].地震工程与工

程振动,2008(10):728.

[3]　GB5020322002,砌体工程施工质量验收规范[S].[4]　GB5000322001,砌体结构设计规范[S].[5]　GB5001122001,建筑抗震设计规范[S].[6]　刘立新.砌体结构[M].武汉:武汉工业大学出版社,2000.

AnalysisofshockdisasterofbrickstructureinWenchuanearthquake

ZENGLin2hai　YANGXiao2ping

Abstract:Onbaseofshockdisasterinvestigationofbrickstructure,andstartingfromthestructuralsystem,measureforanti2knockstructureandconstructionquality,thepaperanalyzesreasonsforthedestroy,italsoproposessuggestionsfordesignofbrickstructure,itaimstopro2videsguidancefortheenforcingandreconstructionofpresentbrickstructureanddesignofnew2buildbrickstructure.Keywords:earthquake,brickstructure,shockdisaster,suggestionsfordesign

收稿日期:2009205223

作者简介:双凯伟(19842),男,南昌大学建筑工程学院硕士研究生,江西南昌　330031