閱讀 6431 次 汶川地震對砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計的啟示

 

 

吳  偉  （中聯(lián)西北工程設(shè)計研究院）

李  曦  （西北電力設(shè)計院）

    首先我們看一下四川大學(xué)土木工程系對汶川地震中綿竹市中小學(xué)校舍應(yīng)急評估震損估計，如表1。

             表1 綿竹市中小學(xué)校舍應(yīng)急評估震損估計

    本次汶川地震中綿竹地區(qū)烈度為10～11度，從表中數(shù)據(jù)可以看出，砌體結(jié)構(gòu)倒塌的超過20%，而框架結(jié)構(gòu)沒有倒塌現(xiàn)象。正是由于砌體結(jié)構(gòu)的整體性差，抗震性能較低，才導(dǎo)致其在地震中的表現(xiàn)不盡如人意，故在今后的設(shè)計中筆者不推薦采用砌體結(jié)構(gòu)。然而，由于有的建設(shè)方往往不太了解不同的結(jié)構(gòu)形式在抗震性能上的差異，單一從經(jīng)濟角度考慮，會要求設(shè)計院采用砌體結(jié)構(gòu)，對于這種情況建議設(shè)計人員應(yīng)盡量向甲方說明情況，說服甲方從長遠考慮，盡量不采用砌體結(jié)構(gòu)形式。同時也建議抗震規(guī)范對砌體結(jié)構(gòu)的采用提出更嚴格的限制，例如一些重要的公共建筑如學(xué)校、醫(yī)院等禁止采用砌體結(jié)構(gòu)，或進一步限制砌體結(jié)構(gòu)的層數(shù)高度等。當(dāng)然，由于目前我國經(jīng)濟發(fā)展的區(qū)域不平衡，可能某些地區(qū)不可避免的還要采用砌體結(jié)構(gòu)，在這種情況下，設(shè)計人員就應(yīng)該采取一些措施，加強砌體結(jié)構(gòu)的整體性，提高其抗震性能，下文將對此做進一步討論。

 

    從多數(shù)專家學(xué)者的調(diào)查研究中可以看出，教室窗間墻的破壞形式是墻體出現(xiàn)X型裂縫，尤其是建筑物的一、二層，基本表現(xiàn)出剪切破壞特征。這是由于一般情況教學(xué)樓滿為了足大空間的需求，在窗間墻上設(shè)置大跨度梁，在地震力的作用下，窗間墻處于豎向壓力、水平剪力以及地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的復(fù)合受力狀態(tài)，一旦墻體內(nèi)部的主拉應(yīng)變超過材料的極限拉應(yīng)變，就會發(fā)生剪切破壞或沿著灰縫出現(xiàn)斜裂縫。于是在地震力反復(fù)作用下就會形成x形裂縫。從調(diào)研結(jié)果可以看出，砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓的垮塌主要源于縱向窗間墻的失效，窗間墻作為主要的豎向受力構(gòu)件，承擔(dān)著大部分屋、樓面荷載，然而窗間墻一般比較窄，墻體截面慣性矩小，其自身平面內(nèi)剛度較低，在地震中容易被破壞，甚至發(fā)生倒塌，導(dǎo)致上部大梁失去支撐，直接影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，這也是上文建議盡量不要采用砌體結(jié)構(gòu)的原因。（尤其在需要有大開間房間的房屋）另外，從以往的設(shè)計工程實例來看，在電算結(jié)果中可以看出砌體結(jié)構(gòu)的窗間墻往往是抗震的薄弱環(huán)節(jié)，這與這次地震中的實際情況相符。因此抗震規(guī)范7.1.6條規(guī)定了砌體墻段的局部尺寸值，如表2:    

               表2    房屋的局部尺寸限值(m)   

部   位	6度	7度	8度	9度
承重窗間墻最小寬度	1.0	1.0	1.2	1.5
承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離	1.0	1.0	1.2	1.5
非承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離	1.0	1.0	1.0	1.0
內(nèi)墻陽角至門窗洞邊的最小距離	1.0	0.5	1.5	2.0
無錨固女兒墻（非出入口處）的最大高度	0.5	0.5	0.5	0.0

    注：1.局部尺寸不足時應(yīng)采取局部加強措施彌補；

          2.出入口的女兒墻應(yīng)有錨固；

          3.多層多排柱內(nèi)框架房屋的縱向窗間墻寬度，不應(yīng)小于1.5m.  

 

     結(jié)構(gòu)設(shè)計人員首先應(yīng)該嚴格按照抗震規(guī)范這一規(guī)定，保證窗間墻的寬度，其次應(yīng)該盡量和建筑專業(yè)溝通，在允許的情況下盡量增大窗間墻的尺寸，并在大跨度梁下設(shè)置扶壁柱，以提高窗間墻的抗震性能。另外，關(guān)于表2注1的理解，有些設(shè)計人員認為只要是增設(shè)了構(gòu)造柱，就可以隨意減小窗間墻的尺寸，筆者對這種觀點并不認同，因為從相關(guān)的研究資料來看，構(gòu)造柱對提高墻體的抗側(cè)力的效果是有限度的，一般能提高墻體的抗剪能力10%～20%左右，再從抗震規(guī)范條文解釋7.1.6條“如果采用另設(shè)構(gòu)造柱等措施，可適當(dāng)放寬”來看，規(guī)范認為只是適當(dāng)放寬，因此筆者認為，即使在窗間墻增設(shè)了構(gòu)造柱，窗間墻寬度也不能過小。從震害分析來看，提高窗間墻的抗震性能對于提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性是十分重要的，因此有必要在窗間墻增設(shè)構(gòu)造柱，但若只是由設(shè)計人員單方面在窗間墻相關(guān)部位增設(shè)構(gòu)造柱，可能會遭到甲方的質(zhì)問，故希望抗震規(guī)范能提高在這方面的構(gòu)造要求。

     

    對于橫墻震害，從災(zāi)區(qū)震害圖片及相關(guān)資料來看，山墻的破壞形式有水平裂縫、水平—斜向裂縫、斜向裂縫等情況，而內(nèi)承重橫墻其長度一般較大，故自身平面內(nèi)剛度較大，承擔(dān)著大部分地震力，是砌體結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力體系，在地震中較多的產(chǎn)生斜裂縫，總體來看，在汶川地震中，橫墻的破壞具有多樣性，在不同的地震力作用下橫墻的破壞機理有待進一步研究，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)對抗震規(guī)范關(guān)于橫墻的抗震措施進行進一步完善。此外，希望設(shè)計人員能重視抗震規(guī)范7.3.2條第5款內(nèi)容：

    

    當(dāng)房屋的高度接近表7.1.2的限值時，縱橫墻內(nèi)構(gòu)造柱間距尚應(yīng)符合以下要求：

    ⑴ 橫墻內(nèi)的構(gòu)造柱間距不宜大于層高的二倍，下部1/3樓層的構(gòu)造柱間距適當(dāng)減小；

    從以往工程的電算結(jié)果來看，一般對于6層左右的砌體結(jié)構(gòu)，其一、二層一般地震力比較大，故規(guī)范本條措施可以提高相關(guān)橫墻的抗震性能，希望引起設(shè)計人員的足夠重視。

 

    空心預(yù)制板是五十年代從蘇聯(lián)引進的，蘇聯(lián)的冬季比較長，在室外施工成本比較高，于是廣泛采用預(yù)制構(gòu)件（預(yù)制構(gòu)件可以在工廠里成批生產(chǎn)，然后在現(xiàn)場拼裝，可以不受季節(jié)的限制）。我國在建國初期由于工程經(jīng)驗不足，再加上政治因素，于是全盤接受了前蘇聯(lián)的工程技術(shù)經(jīng)驗，甚至第一代設(shè)計規(guī)范和國家標(biāo)準圖集也是參照前蘇聯(lián)的規(guī)范和國家標(biāo)準圖集編制的。但蘇聯(lián)并不是一個地震多發(fā)國家，而我國是一個以板內(nèi)地震為主的多地震國家，所以預(yù)制板對砌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響并沒有在前蘇聯(lián)暴露出來，而在本次汶川地震中，大量的預(yù)制板從墻體上脫落，導(dǎo)致砌體破壞嚴重，引起了廣大工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。

 

    從資料來看，一些砌體建筑施工單位為了施工方便，并沒有嚴格按照圖集上的要求施工板的連接處。例如板端鋼筋沒有和支座處圈梁可靠連接，板與板之間水平縫也沒有嚴格按照標(biāo)準圖集的做法施工等。一方面預(yù)制板樓蓋的結(jié)構(gòu)整體性本身就差，另一方面施工單位往往不能嚴格按照標(biāo)準圖集上的連接方式施工，施工驗收時板的連接又不好檢查，所以這次地震中預(yù)制板的脫落傷人并導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象比較嚴重。而且就目前市場的材料行情來看，預(yù)制板的造價比現(xiàn)澆板低不了多少，施工也不是很簡便，所以建議在今后的設(shè)計中盡量不再采用預(yù)制板，對于所有的樓面和屋面均采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

 

    在本次地震中，一些年代較早的砌體結(jié)構(gòu)建筑，由于受當(dāng)時經(jīng)濟條件的限制沒有設(shè)置構(gòu)造柱，也有的建筑物構(gòu)造柱沒有嚴格按構(gòu)造要求設(shè)置箍筋，或者構(gòu)造柱和墻體拉接沒有嚴格按圖集的做法，這些建筑在地震中縱橫墻間咬合力不好，而產(chǎn)生豎向裂縫，部分縱橫墻體脫開甚至縱橫墻向外傾斜、倒塌，可見，嚴格按照規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱（包括與墻體的拉接），對提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能十分重要。

 

    1、有條件的地區(qū)不推薦采用砌體結(jié)構(gòu)。當(dāng)采取砌體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)嚴格按照規(guī)范要求做好抗震構(gòu)造措施，提高整體抗震性能。

    2、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計時要嚴格控制窗間墻的局部尺寸，保證抗側(cè)剛度。

    3、預(yù)制樓板抗震效果不好，經(jīng)濟效益也一般，應(yīng)盡量采用現(xiàn)澆樓板的做法。