鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋震害分析、加固及抗震措施研究

摘 要:地震極具偶然性，但同時也極具破壞性，本文通過對在“5.12四川汶川大地震”中受災嚴重的甘肅隴南地區(qū)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋進行調(diào)查，介紹了地震后框架結(jié)構(gòu)房屋的震害表現(xiàn)以及震后房屋的破壞等級的劃分，并根據(jù)一實際工程，針對一些結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象，提出了具體的加固方案。并從抗震措施方面提出了加強鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的對策措施。

關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu); 地震; 抗震性能; 抗震措施

中圖分類號:TU375

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)07-0160-03

1前言

全世界每年大約發(fā)生500萬次地震，地震死亡人數(shù)占全球各類因災死亡人數(shù)的1/3。地震給人類帶來災難，給社會造成不同程度的傷亡事故和經(jīng)濟損失。同時地震是一種隨機振動，有難于把握的復雜性和不確定性，要準確預測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前尚難做到。我國現(xiàn)行《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)對建筑抗震概念設計的基本要求作了較全面的規(guī)定。歸納起來大體上包括以下幾方面的內(nèi)容:①有利的抗震場地;②優(yōu)化的平面和立面布置;③設置多道設防的抗震結(jié)構(gòu)體系;④“強柱弱梁、強剪弱彎”的指導思想;⑤合理的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設計計算分析。

2008年5月12日14點28分我國四川省汶川發(fā)生里氏8.0級大地震，由于震中汶川離甘肅省隴南地區(qū)直線距離較小，因此該地區(qū)震感極強，許多房屋都遭到了不同程度的破壞。本文主要就“5.12四川汶川大地震”后震害調(diào)查中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋的破壞情況展開研究，認真總結(jié)震害規(guī)律，研究有效抗震措施，進行合理抗震設計，以提高框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能。

2地震災害對建筑物的損害

“5.12四川汶川大地震”發(fā)生時，大部分鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋是在上世紀90年代以后建造的，凡是嚴格按抗震設計規(guī)范設計，施工質(zhì)量較好的均未出現(xiàn)嚴重破壞，僅少數(shù)框架梁、柱或梁柱節(jié)點附近出現(xiàn)輕微的裂縫。房屋受損表現(xiàn)主要是填充墻體的震害、變形縫處的震害等。地震對房屋的影響主要表現(xiàn)在以下幾點:

2.1框架梁、柱以及梁柱節(jié)點的震害現(xiàn)象

2.1.1在地震作用下，部分框架梁有斜裂縫產(chǎn)生，受損嚴重的梁，裂縫貫通。

2.1.2 部分框架柱有水平裂縫產(chǎn)生，受損嚴重的柱，四周會有貫通的水平裂縫。

2.1.3 梁、柱節(jié)點附近有斜裂縫產(chǎn)生，這是最常見的受損表現(xiàn)。

2.2填充墻體的震害現(xiàn)象

2.2.1 大部分受損的填充墻體都有從上向下的45度斜裂縫或“X”型裂縫，部分填充墻體粉刷層剝落，砌塊開裂甚至局部酥碎。

2.2.2 在門、窗口上、下角多見八字形或倒八字形縫，在頂層的門窗上口或屋蓋下水平裂縫較多。窗間墻體出現(xiàn)不同程度的“X”型裂縫。

2.2.3 立面上有局部突出的房屋，突出的墻體常易破壞。一部分原有房屋，出現(xiàn)整個女兒墻坍塌的破壞，局部突出的建筑的倒塌較女兒墻多一些。對于這類附屬建筑，不僅因鞭梢效應而使水平地震力加大，加重了它的破壞，而且屋蓋的錯動、房屋的傾斜等主體結(jié)構(gòu)的震害也對它產(chǎn)生了很大的影響。

2.3 變形縫處震害發(fā)生的原因

2.3.1 新舊建筑物之間未設抗震縫。

2.3.2 兩建筑物間抗震縫寬度留設不足。

2.3.3 高低跨處變形不協(xié)調(diào)。

2.3.4 施工時建筑垃圾掉入變形縫，使其不能發(fā)揮正常功能。

3地震災后建筑物的破壞等級的劃分

多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋的地震破壞等級可參考以下劃分標準:

Ⅰ級 極輕微損壞:框架梁、柱、抗震墻完好，無可見裂縫和明顯變形;梁、柱、抗震墻節(jié)點無破損、無裂縫。樓、屋蓋現(xiàn)澆鋼筋混凝土板無可見裂紋和變形;鋼筋混凝土預制板與梁搭接處無松動和裂縫。填充墻體與鋼筋混凝土梁、柱連接處可能有輕微裂縫，墻體轉(zhuǎn)角處和縱橫墻交接處無松動、脫閃現(xiàn)象。

Ⅱ級 輕微損壞:框架梁、柱、抗震墻輕微裂縫，震前混凝土構(gòu)件已有裂縫，如非預應力筋砼構(gòu)件因鋼筋銹蝕造成的裂縫、砼收縮裂縫等，擴展，抗震墻、節(jié)點的輕微破損和裂縫。樓、屋蓋現(xiàn)澆鋼筋混凝土板有輕微裂縫，無明顯變形，鋼筋混凝土預制板與梁搭接處有松動和輕微裂縫。填充墻、出屋面樓梯間墻體無明顯裂縫。墻體轉(zhuǎn)角處和縱橫墻交接處有松動和輕微裂縫。出屋面的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和飾物，可有裂縫、移位、傾斜。

Ⅲ級 中等破壞:框架梁、柱、抗震墻輕微裂縫，如剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻出現(xiàn)交叉裂縫或水平裂縫，但裂縫寬度較小，未出現(xiàn)承載能力極限狀態(tài)的標志;裂縫所在樓層無明顯的層間位移;部分梁、柱、抗震墻節(jié)點有輕微破損和裂縫。個別節(jié)點破損和開裂明顯。樓、屋蓋現(xiàn)澆鋼筋混凝土板顯著開裂;鋼筋混凝土預制板與梁搭接處有松動和明顯裂縫，裝配或整體式柱在裝配區(qū)出現(xiàn)裂縫?？拐饓εc鋼筋混凝土梁、柱連接處有松動和明顯裂縫。填充墻、出屋面樓梯間墻體有可見裂縫。填充墻嚴重開裂或局部酥碎，墻體轉(zhuǎn)角處和縱橫墻交接處有松動和明顯裂縫。

Ⅳ級嚴重破壞:框架柱主筋壓屈，梁、柱節(jié)點破壞嚴重?；炷了炙?、崩落，剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻出現(xiàn)交叉形裂縫或水平裂縫，且裂縫寬度達1.5mm或鋼筋出現(xiàn)頸縮拉斷、裂縫處的混凝土破碎，所在樓層有明顯層間位移，部分樓層倒塌。

Ⅴ級極嚴重破壞:建筑物內(nèi)部多數(shù)梁、柱、板等承重構(gòu)件毀壞，導致結(jié)構(gòu)全部坍塌或局部倒塌?？蚣軞埩舨糠植蛔?0%。

4加固方案

本文以某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓的震后梁加固的工程實例，來闡明地震災后框架結(jié)構(gòu)受損后如何對梁進行加固。依據(jù)上文劃分的破壞等級，該辦公樓最終評定為中度破壞。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過加固方案的比選，提出了如下加固方案:

1) 采取在原結(jié)構(gòu)梁上設置有效的支撐，對受損梁在加固過程中部分卸載和安全防護。

2) 加固施工前，用灌縫材料將構(gòu)件上的裂縫封閉。

3) 對于受損的混凝土梁構(gòu)件采用外包鋼筋網(wǎng)復合砂漿加固提高構(gòu)件的承載能力及剛度等力學性能。為保證新老界面緊密連接，在界面處涂刷界面劑，并在梁體內(nèi)植入錨固筋。加固詳圖如圖5所示。

5加固梁受彎承載力驗算

加固梁受彎極限承載力計算模型如圖6所示。加固梁梁底縱向加固受力筋和原縱向受力筋等效為雙層單筋矩形正截面承載力計算模型。依據(jù)普通鋼筋混凝土梁正截面承載力計算的基本假定和平衡條件推導的承載力計算公司如下:

0.8(fcb+2fst)x=fyAs+fsmAsm(1)

Mu=fyAs(h0-0.4x)+ β1 β2fsmAsm(h+0.5d

-0.4x) (2)

設計已知條件:h=400mmb=200mmfc=11.9N/mm2fy=300N/mm2As=509mm2fym=300300N/mm2Asm=339mm2 h0=400-35

解得 x=114.39mm

Mu=99.16KN.M>50.84KN.M

加固梁受彎承載力滿足要求。

6增強鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋抗震能力的措施

6.l 房屋平面布置要規(guī)則、結(jié)構(gòu)力求對稱

房屋外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大，形心質(zhì)心偏心大，同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻、不對稱，平面長度過長等，均不利于抗震。

6.2 強度和剛度勻稱

多層建筑應該使其各層之間強度和剛度勻稱，如存在薄弱樓層，則該處就會成為地震力作用下的變形集中部位，從而使建筑物首先從該部位發(fā)生嚴重破壞，甚至整個建筑的破壞。可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

6.3 結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)多

靜定結(jié)構(gòu)的桿件受力系統(tǒng)和傳力路線單一，一根桿件的破壞，就使整個結(jié)構(gòu)體系因此而失效。超靜定結(jié)構(gòu)在超過其荷載能力時，先使多余桿件發(fā)生塑性變形，消耗吸收一部分能量，而保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少地震破壞。超靜定結(jié)構(gòu)次數(shù)多，則消耗地震能量也就愈多，建筑抗震性能越強。

6.4 設置多道設防的抗震結(jié)構(gòu)體系

抗震建筑結(jié)構(gòu)體系應根據(jù)建筑物的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟條件比較綜合確定。首先宜有多道抗震防線.應避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導致整個結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承裁能力。所謂多道抗震防線，是指在一個抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下，首先達到屈服，充分發(fā)揮其吸收和耗散地震能量的作用，即擔負起第一道抗震防線的作用，其他構(gòu)件則在第一道抗震防線屈服后才依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防線.這樣的結(jié)構(gòu)體系對保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。

6.5 保證結(jié)構(gòu)的延性抗震能力

合理選擇了建筑結(jié)構(gòu)后，就需要通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)確實具有所需的延性抗震能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實現(xiàn)抗震設防目標，系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個方面內(nèi)容。強柱弱梁:人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較大;而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩(wěn)定的塑性耗能機構(gòu)和較大的塑性耗能能力。強剪弱彎:剪切破壞基本上沒有延性.一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力.對于柱端的剪切破壞還可能導致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會先發(fā)生剪切破壞。

6.6 增強構(gòu)件的相互連接

多個構(gòu)件有可靠的連接才能保證各個構(gòu)件的強度充分發(fā)揮，才能更好地傳遞地震力，使各個構(gòu)件都能充分地吸收地震力，提高整個構(gòu)件的延性。構(gòu)件連接不破壞，整個結(jié)構(gòu)才能保證其整體性，各構(gòu)件之間的連接必須可靠。

6.7 填充墻的利用

磚砌圍護墻和隔墻，嵌砌于框架之間，地震力作用時可減輕主體結(jié)構(gòu)的破壞。但混凝土填充墻可能會造成框架比較顯著的局部破壞，所以說砌體填充墻對主體結(jié)構(gòu)抗震有有利和不利兩種影響，應該在結(jié)構(gòu)抗震時加以具體分析，同時要使隔墻和圍墻在平面上要對稱均勻分布， 以及沿豎向連續(xù)均勻分布。

7結(jié)語

目前，“5.12四川汶川大地震”災后重建工作已緊張展開，本文介紹了災后鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞等級劃分以及梁的加固方案，并提出了增強鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋抗震能力的措施。在建筑物的設計全過程中，首先要根據(jù)使用要求處理好建筑物的總高度、總寬度、平立面形狀、門窗洞口位置、承重體系等等的相互關(guān)系，根據(jù)場地情況選擇合適的基礎形式，包括基礎深梁、基礎圈梁、系梁等的設置，按地震烈度的高低和房屋層數(shù)的不同，兼顧大房間、樓梯間的要求確定構(gòu)造柱的位置，力爭達到最好的抗震效果。做好結(jié)構(gòu)的合理布置和采取必要的抗震構(gòu)造措施，這是做好抗震設計的非常必要的前提條件。結(jié)構(gòu)的合理布置及采取必要的抗震構(gòu)造措施是我們減輕震害的最根本、最有效的措施。

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