閱讀 4436 次 淺析砌體結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)
淺析砌體結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)
張 杰 敖 財(cái)
西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院 西安 710054 陜西建工集團(tuán)總公司建筑設(shè)計(jì)院 西安 710054
1.引言
在新型建筑材料廣泛應(yīng)用的今天,超高層、體型奇特的建筑物被大量建造,而傳統(tǒng)的砌體房屋已經(jīng)被慢慢的邊緣化。究其原因,主要有以下幾點(diǎn):砌體建筑抗震性能較差、不適合建造經(jīng)濟(jì)附加值高的建筑物。尤其是汶川地震后,砌體材料建造的建筑物破損嚴(yán)重,造成了重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,于是很多人的認(rèn)為砌體結(jié)構(gòu)抵抗地震的性能差,現(xiàn)階段已不適宜用砌體建造房屋。但是砌體結(jié)構(gòu)也有自身的優(yōu)點(diǎn):易于取材、造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便。尤其是在我國(guó)很多經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)還在大量使用,如何做到砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理、安全適用就成了工程設(shè)計(jì)人員的首要問(wèn)題。
實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。汶川地震后,作者深入陜西受災(zāi)較嚴(yán)重的寧強(qiáng)、略陽(yáng)、陳倉(cāng)等地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,在了解了大量震區(qū)砌體建筑物情況后,得到了幾個(gè)基本的結(jié)論:(1)震后破損嚴(yán)重、造成重大損失的砌體結(jié)構(gòu)絕大部分建設(shè)年代久遠(yuǎn),抗震構(gòu)造措施設(shè)置不規(guī)范,結(jié)構(gòu)布置不合理;(2)按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》<以下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》>要求建造的砌體建筑,震后損害較輕,基本不影響使用或簡(jiǎn)單維修即可正常使用,這類建筑也未造成較多人員的傷亡。由此可見(jiàn)結(jié)構(gòu)的合理布置、抗震構(gòu)造措施的規(guī)范設(shè)置對(duì)砌體建筑物的抗震性能影響很大。下面舉實(shí)例說(shuō)明合理的結(jié)構(gòu)布置和抗震構(gòu)造措施對(duì)建筑物的影響。
2.砌體震害調(diào)查與理論計(jì)算
2.1 陜西某災(zāi)區(qū)五層受損砌體建筑
該建筑物一層做為辦公宿舍使用,二層及以上做為住宅使用,一層部分砌體抗震墻與上部砌體抗震墻豎向不連續(xù),結(jié)構(gòu)平面布置不合理,在汶川地震中受損嚴(yán)重。根據(jù)該樓的現(xiàn)狀建立結(jié)構(gòu)復(fù)原模型,并進(jìn)行計(jì)算(如圖一所示),可以看到該建筑物一層抗震墻除個(gè)別外墻外,其余墻體抗力與效應(yīng)之比均不滿足《抗規(guī)》要求。而作者現(xiàn)場(chǎng)考察該樓受損情況發(fā)現(xiàn),縱橫墻多處產(chǎn)生較大裂縫,墻體上的裂縫主要是由于水平地震剪力在墻體中引起的拉應(yīng)力超過(guò)墻體的抗拉強(qiáng)度所致。當(dāng)墻體受到地震反復(fù)作用時(shí),墻體沿砌體灰縫破損,形成“一” 型或“X”型裂縫(如圖二、圖三所示)。受損部位與模擬計(jì)算結(jié)果基本一致。現(xiàn)假設(shè)在一層增設(shè)砌體抗震墻,使一層抗震墻與上部墻體豎向連續(xù)(如圖四所示),再次進(jìn)行抗震驗(yàn)算,墻體的抗力與效應(yīng)之比結(jié)果詳見(jiàn)表一。由此可見(jiàn)砌體房屋抗震墻平面布置合理,可使各墻肢受力相對(duì)均勻,避免薄弱部位破壞,有利于提高建筑物的抗震性能。
現(xiàn)場(chǎng)考察中還發(fā)現(xiàn)該建筑在一層跨度較大的梁根部均發(fā)生破壞(如圖五所示),這是由于該部位承受上部支撐梁荷載較大,且未設(shè)置構(gòu)造柱或者剛性支撐墊塊,發(fā)生局部受壓破壞。這種破壞發(fā)生易造成房屋突然倒塌,在設(shè)計(jì)中應(yīng)予注意。
圖 一
圖 二
圖 三
圖 四
表 一
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節(jié)點(diǎn)1 |
節(jié)點(diǎn)2 |
節(jié)點(diǎn)3 |
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原建筑 |
1層 |
0.82 |
0.73 |
0.87 |
增設(shè)抗震墻后 |
1層 |
1.01 |
1.01 |
1.12 |
結(jié)論:根據(jù)節(jié)點(diǎn)1、2、3結(jié)果分析比較后發(fā)現(xiàn),增設(shè)砌體抗震墻后,大多數(shù)墻體抗力與效應(yīng)之比較原來(lái)增長(zhǎng)20%~25%,增設(shè)抗震墻體后滿足規(guī)范要求 |
圖 五
2.2 陜西某災(zāi)區(qū)8度抗震設(shè)防區(qū)四層砌體建筑
汶川地震后對(duì)該建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)其未按照《抗規(guī)》的要求設(shè)置構(gòu)造柱,根據(jù)建筑現(xiàn)狀建立該結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行抗震計(jì)算,計(jì)算結(jié)果一層部分墻體抗力與效應(yīng)之比不滿足《抗規(guī)》的要求(如圖六所示),雖然該建筑在汶川地震后未出現(xiàn)較大破損,但存在諸多安全隱患。根據(jù)大量的試驗(yàn)研究,構(gòu)造柱的作用主要有以下幾點(diǎn):1構(gòu)造柱能夠提高砌體的受剪承載力;2構(gòu)造柱可以對(duì)砌體起約束作用、提高建筑物的抗倒塌能力;3構(gòu)造柱應(yīng)設(shè)置在連接薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。圖七為根據(jù)《抗規(guī)》要求設(shè)置構(gòu)造柱后,再次對(duì)該建筑物進(jìn)行抗震計(jì)算,結(jié)果詳見(jiàn)表二。
圖 六
圖 七
表 二
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節(jié)點(diǎn)1 |
節(jié)點(diǎn)2 |
節(jié)點(diǎn)3 |
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原建筑 |
1層 |
0.73 |
0.72 |
0.87 |
增設(shè)構(gòu)造柱后 |
1層 |
1.04 |
1.02 |
1.46 |
結(jié)論:根據(jù)節(jié)點(diǎn)1、2、3結(jié)果分析比較后發(fā)現(xiàn),增設(shè)構(gòu)造柱后,大多數(shù)墻體抗力與效應(yīng)之比較原來(lái)增長(zhǎng)40%~50%,增設(shè)構(gòu)造柱滿足規(guī)范要求 |
3.結(jié)論
我國(guó)頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》明確指出,建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施;嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。同時(shí)應(yīng)重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性和對(duì)抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響,宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體,避免側(cè)向剛度和承載力的突變。
根據(jù)實(shí)例我們發(fā)現(xiàn)上述砌體結(jié)構(gòu)的震害主要表現(xiàn)為承重墻體的水平、交叉及斜裂縫,而造成這些破壞的原因主要是平面、豎向的不規(guī)則,以及未采取有效的加強(qiáng)措施。因此在此后的設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1.砌體抗震墻宜均勻?qū)ΨQ布置,沿平面內(nèi)宜對(duì)齊,沿豎向應(yīng)上下連續(xù);
2.構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置可以有效提高砌體墻的受剪承載力和整體抗震性能,對(duì)做到“大震不倒”有著重要意義;
3.對(duì)于局部受壓較大部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施,防止砌體抗震墻產(chǎn)生脆性破壞。
而這些要求與《抗規(guī)》及《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文要求一致。由此可見(jiàn)按照規(guī)范要求合理設(shè)計(jì)、建造砌體建筑是可行的,對(duì)于很多不滿足規(guī)范要求的老舊砌體建筑物,建議對(duì)其進(jìn)行加固改造,消除安全隱患。
現(xiàn)我國(guó)還處于發(fā)展中國(guó)家階段,人均國(guó)民生產(chǎn)總值還很低,在很多經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)建造砌體建筑,既可以節(jié)約大量成本,提高生產(chǎn)效率,還能使人的生命和社會(huì)資源得到最大限度的保障。
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻(xiàn):
〔1〕建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ11-89).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1989.
〔2〕建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.
〔3〕砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50003-2001).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.
(本文來(lái)源:陜西省土木建筑學(xué)會(huì) 文徑網(wǎng)絡(luò):尹維維 編輯 文徑 審核)