砌體結(jié)構(gòu)地震后破壞形式與加固措施

裘華鋒

1 工程概況

九洲國際軟件園一期工程2號綜合樓建于四川省綿陽市迎賓大道南側(cè),2005年2月完成施工圖設(shè)計,2005年年底建成并投入使用。該建筑地上總層數(shù)為8層,1層為自行車庫,2層～7層為標準宿舍層,8層為閣樓層,結(jié)構(gòu)高度為23.45 m,平面總尺寸為53.24 m×18.24 m(見圖1)。

工程設(shè)計基本情況為:工程結(jié)構(gòu)設(shè)計合理使用年限為50年,結(jié)構(gòu)體系為磚混結(jié)構(gòu),建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級,基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙類,場地類別為Ⅱ類,建筑抗震設(shè)防烈度6度,設(shè)計基本地震加速度為0.05g,設(shè)計地震分組為第二組,設(shè)計特征周期為0.40 s,建筑抗震設(shè)防類別丙類?；A(chǔ)形式為墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),上部采用砌體結(jié)構(gòu),樓、屋面板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板,每層設(shè)置圈梁,樓梯間四角、外墻四角和對應(yīng)轉(zhuǎn)角、內(nèi)外墻上大于2 m及以上的洞口兩側(cè)、縱橫墻交接處和內(nèi)外墻交接處均設(shè)置構(gòu)造柱。

工程材料使用情況為:-0.030以下采用 M15水泥砂漿,-0.030～8.120標高墻體采用M15混合砂漿,8.120標高以上墻體采用M10混合砂漿。8.120標高以下墻體采用MU20燒結(jié)普通磚。8.120標高以上墻體采用M U10燒結(jié)多孔磚。

2 震后主體結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象

發(fā)生在四川的5·12汶川大地震震級為里氏8.0級,震源深度14 km,震中位于汶川縣映秀鎮(zhèn)(緯度 31.0°N,經(jīng)度 103.4°E)。該工程所在地離震中相距較近,在地震作用下主體結(jié)構(gòu)有多處受到破壞,主要破壞現(xiàn)象如下:1)樓梯間破損、破壞:位于1號樓梯間在?軸的下部幾層休息平臺以上、窗臺以下的窗下墻上,出現(xiàn)了“X”形貫穿裂縫,位于2號樓梯間在?軸墻體上與○14軸相交處頂層有水平和豎向的裂縫。2)門窗間墻斜裂縫破壞:位于2層的?軸交于⑤軸和⑥軸之間的門洞與窗洞之間的小承重墻垛(寬460 mm)上,出現(xiàn)了從窗底斜向上至門洞頂?shù)呢灤┬绷芽p。3)門窗洞口處上下斜裂縫和墻體水平裂縫破壞:位于?軸與?軸的縱向內(nèi)承重墻上,門洞頂有多處出現(xiàn)了從門洞頂沿45°方向向上的斜向裂縫,裂縫止于樓面圈梁底,局部位置還出現(xiàn)了門洞頂過梁與磚墻之間的水平裂縫。4)女兒墻破損、破壞:?軸交于○13軸和○15軸的女兒墻及外挑部分在與屋面板交接處形成整體的水平裂縫,并整體向外側(cè)平移了60 mm。

3 結(jié)構(gòu)破壞成因分析

磚混結(jié)構(gòu)房屋震害種類繁多,成因也錯綜復(fù)雜,但多層磚混結(jié)構(gòu)房屋墻體在水平地震作用下,多數(shù)墻體主要承受水平地震剪力,根據(jù)震害特征,影響墻體抗震性能的主要因素是墻體強度,而由于砌筑砂漿強度往往低于磚的強度,或因施工質(zhì)量等因素影響,墻體的承載力主要取決于砂漿強度和砌筑質(zhì)量,當(dāng)墻體受到的地震剪力超過其抗剪承載力時,墻體就會剪切破壞。

第1破壞現(xiàn)象中位于1號樓梯間?軸上的“X”形貫穿裂縫,可能是由于樓板在樓梯間中斷,同時縱墻在此內(nèi)凹導(dǎo)致水平地震力集中在?軸的墻上,另外由于?軸的墻體上開有窗洞造成墻下自身強度、剛度較兩側(cè)連續(xù)墻體低很多,地震作用時無法協(xié)調(diào)兩側(cè)墻體變形而發(fā)生剪切破壞;位于2號樓梯間在?軸墻體上與○14軸相交處產(chǎn)生的豎向墻體裂縫可能是○14軸上橫墻向樓梯間內(nèi)移頂裂樓梯間橫墻,頂層的水平和豎向相連的裂縫可能受地震鞭梢效應(yīng)影響,造成樓梯間頂部與主體的裂縫。

第2破壞現(xiàn)象中位于門窗間的小墻垛斜裂縫其破壞形態(tài)接近整體墻,表現(xiàn)為剪切破壞特征,可能是由于門窗洞間墻肢高寬比較小,導(dǎo)致裂縫走向較陡,上側(cè)裂墻體有沿裂縫下滑趨勢,使墻體豎向承載力損失較大,同時墻體面外的穩(wěn)定性也差,此類裂縫容易在余震中發(fā)生倒塌破壞,對整棟建筑安全構(gòu)成威脅。

第3破壞現(xiàn)象中位于門窗洞口處上下斜裂縫是在現(xiàn)場見到最多的一種震害,當(dāng)砌體墻上下成裂開洞時,過梁、樓板(圈梁)及其間的墻體或多或少的具有一定剛度和整體性,從而形成類似現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁機制,這種組合構(gòu)件成為磚砌體房屋抵抗地震作用的第一道防線,也是最先破壞的位置,從現(xiàn)場實際可發(fā)現(xiàn)房屋主要承重墻體仍保持彈性工作狀態(tài)而未發(fā)生破壞,但門窗洞口“連梁”則出現(xiàn)了不同程度的震害,貫通裂縫呈單斜或交叉狀。現(xiàn)場還發(fā)現(xiàn)由于預(yù)制過梁坐漿強度較低或砌筑不飽滿,造成裂縫在過梁底及端面嚴重開展;門洞頂過梁與磚墻之間的水平裂縫系過梁上皮坐漿強度較低,砌筑質(zhì)量差等因素形成初始缺陷,在水平地震作用下上部墻體錯動、松動而形成的,同時伴有上部墻體的剪切破壞。

第4破壞現(xiàn)象中,女兒墻整體外閃形成屋面處通長水平裂縫,從破壞后墻體斷面可以發(fā)現(xiàn)女兒墻內(nèi)沒有按設(shè)計要求設(shè)置構(gòu)造柱,缺乏可靠的錨固和約束才導(dǎo)致開裂并向外側(cè)整體位移。女兒墻的破壞對主體結(jié)構(gòu)安全影響較小,但容易發(fā)生墜落傷人。

4 加固方案設(shè)計

受業(yè)主委托經(jīng)現(xiàn)場查勘,依據(jù)GB 50023-95建筑抗震鑒定標準規(guī)范和JGJ 116-98建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程中相關(guān)內(nèi)容對受破壞的部分進行了抗震加固設(shè)計。第1破壞現(xiàn)象中窗下墻上出現(xiàn)的“X”交叉裂縫,采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固方法。材料采用M10水泥砂漿,φ 4@300 mm×300 mm鋼筋網(wǎng)。砂漿面層的厚度取35 mm,鋼筋外保護層厚度不應(yīng)小于10 mm,鋼筋網(wǎng)與墻面的空隙不宜小于5 mm。鋼筋網(wǎng)采用S形穿墻筋連接,穿墻筋的間距為900 mm,呈梅花狀布置。鋼筋網(wǎng)四周與樓板或大梁、柱或墻體連接,采用錨筋、插入短筋、拉結(jié)筋等連接方法進行連接,當(dāng)鋼筋網(wǎng)的橫向鋼筋遇有門窗洞口時,將兩側(cè)橫向鋼筋在洞口閉合。主要施工步驟:原墻面清底→鉆孔→清洗原墻面→刷素水泥砂漿→鋪設(shè)鋼筋,安設(shè)錨筋→澆水濕潤墻面→逐層抹水泥砂漿→結(jié)硬后進行養(yǎng)護→裝飾施工。第2破壞現(xiàn)象中門窗間墻斜裂縫和第4破壞現(xiàn)象中女兒墻破損由于破壞較嚴重,采用拆砌加固方法。材料采用M10混合砂漿,M U10燒結(jié)實心磚。門窗間墻重砌后面層采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層進行加強(做法同上);女兒墻按規(guī)范要求每隔3 m 設(shè)一 240×240構(gòu)造柱,內(nèi)配4Φ12縱筋,φ 6@200箍筋,墻頂設(shè) 120厚混凝土壓頂,內(nèi)配 3Φ 10縱筋,@200分布筋。第 3破壞現(xiàn)象中門窗洞口處上下斜裂縫及其他細裂縫,采用高壓注漿封堵裂縫加固方法。注漿材料采用環(huán)氧樹脂砂漿或水玻璃砂漿。

5 結(jié)語

砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能需要嚴格的構(gòu)造措施和施工質(zhì)量給予保證,包括合理設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁等,特別應(yīng)加強構(gòu)造柱和承重墻的安全儲備,否則這種結(jié)構(gòu)形式極易在地震中發(fā)生嚴重破壞。對工程建設(shè)的監(jiān)督和管理仍需加強,避免在設(shè)計和施工環(huán)節(jié)中出現(xiàn)不符合抗震規(guī)范的建筑工程。在設(shè)計方面,應(yīng)加強結(jié)構(gòu)抗震體系和概念設(shè)計的教育,并在抗震構(gòu)造措施方面嚴格執(zhí)行設(shè)計規(guī)范的規(guī)定,如構(gòu)造柱和圈梁設(shè)置要求,預(yù)制板的拉結(jié)要求,最小配筋率和最小配箍率要求,箍筋彎鉤和箍筋間距要求等。在施工方面,應(yīng)嚴格保證工程材料質(zhì)量、混凝土級配、鋼筋構(gòu)造措施的實現(xiàn)等,保證工程施工質(zhì)量。

[1]GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50003-2001,砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JGJ 116-98,建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S].

[4]黃興棣.建筑物鑒定加固與增層改造[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[5]趙麗清.砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計[J].山西建筑,2007,33(5):82-83.

[6]林宗凡.多層砌體房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計——方法與應(yīng)用[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1999.