底部兩層框架—抗震墻砌體房屋震害分析

常 建 蘭

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

底部兩層框架—抗震墻砌體房屋震害分析

常 建 蘭

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

根據(jù)茂縣3幢底部兩層框架—抗震墻砌體房屋震害情況，總結(jié)出“上柔下剛”型底框房屋的震害特點，指出該類房屋底層框架部分抗震墻設(shè)置數(shù)量并非越多越好、剛度并非越大越好，在實際應(yīng)用中應(yīng)遵循GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。

框架—抗震墻砌體房屋，上柔下剛，震害分析

1 概述

2008年5月12日汶川地震給災(zāi)區(qū)人民的生命財產(chǎn)造成極大損害。在這場災(zāi)難中，抗震概念設(shè)計應(yīng)用好的房子輕微破壞，抗震概念設(shè)計應(yīng)用不當(dāng)或未應(yīng)用的房子嚴重破壞，甚至倒塌?？拐鸶拍钤O(shè)計應(yīng)用不當(dāng)和抗震概念設(shè)計未涉及的薄弱環(huán)節(jié)引起的嚴重后果，應(yīng)引起重視。

底部框架—抗震墻砌體房屋為滿足商業(yè)使用要求，主要分布于街道兩旁，底部一層框架或二層框架。底層框架部分多作商店、餐廳或維修服務(wù)部等使用，為劃分使用區(qū)域，大部分房屋在橫軸線處設(shè)置了磚砌填充墻。下文主要介紹茂縣3幢底部兩層框架—抗震墻砌體房屋的震害情況，總結(jié)該類房屋的震害規(guī)律，在此基礎(chǔ)上分析震害原因。

2 工程概況與震害

2.1 茂縣1號房屋

1號房屋為1幢五層綜合樓，建于1988年，為底部兩層框架—抗震墻砌體房屋，采用預(yù)制混凝土樓、屋蓋。一、二層為辦公場所，在多數(shù)橫軸線處設(shè)置有磚砌體填充墻，上部三層為住宅。

在汶川地震中，該樓底框部分個別框架柱明顯彎曲，大多數(shù)填充墻體表面及其與框架梁、柱連接處嚴重開裂，墻體形成嚴重的交叉斜裂縫、斜裂縫或水平裂縫。三層即過渡層，大多數(shù)墻體出現(xiàn)嚴重的交叉斜裂縫、斜裂縫或水平裂縫，裂縫處部分墻體錯動、磚塊酥碎，最大縫寬為25 mm(見圖1，圖2)，多數(shù)縱橫墻交接處豎向裂縫，四、五層部分縱墻有明顯水平裂縫、斜裂縫。出屋面樓梯間墻體出現(xiàn)明顯水平及斜向裂縫，部分預(yù)制板拼接縫加寬、變形。該樓過渡層即三層的震害最嚴重，根據(jù)《地震災(zāi)后建筑鑒定與加固技術(shù)指南》評價該樓震后為嚴重破壞級。

2.2 茂縣2號房屋

茂縣2號房屋為五層綜合樓，建于1986年，為底部兩層框架—抗震墻砌體房屋，采用預(yù)制混凝土樓、屋蓋。一、二層為辦公場所，在多數(shù)橫軸線處設(shè)置有磚填充墻，上部三層為住宅。

在汶川地震中，該樓底層框架部分大多數(shù)填充墻體表面及其與框架梁、柱連接處嚴重開裂，墻體表面形成貫通的交叉斜裂縫、斜裂縫或水平裂縫，見圖3。砌體三層即過渡層大多數(shù)墻體出現(xiàn)嚴重貫通的交叉斜裂縫、斜裂縫或水平裂縫，裂縫處部分墻體錯動、砌塊酥碎，見圖4，多數(shù)縱橫墻交接處豎向裂縫，四、五層情況逐漸減輕。部分預(yù)制板拼接縫加寬、變形，樓梯間部分平臺板明顯開裂，部分踏步明顯開裂，斜梁與墻體交接處明顯開裂，見圖5。該樓過渡層即三層的震害最嚴重。根據(jù)《地震災(zāi)后建筑鑒定與加固技術(shù)指南》評價該樓震后為嚴重破壞級。

2.3 茂縣3號房屋

茂縣3號房屋為八層綜合樓，建成于2001年，為底部二層框架磚砌體結(jié)構(gòu)房屋，采用現(xiàn)澆混凝土樓、屋蓋。一、二層為辦公場所，多數(shù)橫軸線處設(shè)置有磚填充墻，上部六層為住宅。震后情形見圖6。

在汶川地震中，該樓底層框架部分一、二層樓梯間剪力墻出現(xiàn)明顯的水平或斜裂縫，部分填充墻出現(xiàn)明顯的斜裂縫。砌體部分過渡層即三層大多數(shù)縱橫墻及門窗洞口周邊出現(xiàn)嚴重的斜裂縫或交叉裂縫，裂縫處部分墻體錯動、磚塊酥碎，且部分墻體出現(xiàn)明顯歪閃，見圖7～圖9。四層、五層大多數(shù)縱橫墻及門窗洞口周邊出現(xiàn)明顯的斜裂縫或交叉裂縫，裂縫處墻體錯動，個別墻體出現(xiàn)明顯歪閃。六層～八層部分縱橫墻出現(xiàn)明顯的斜裂縫。房屋個別構(gòu)造柱出現(xiàn)明顯斷裂，鋼筋銹蝕，見圖10。該樓震害總體表現(xiàn)為過渡層即三層的震害最嚴重，從震后該樓的情形可看出。根據(jù)《地震災(zāi)后建筑鑒定與加固技術(shù)指南》評價該樓為嚴重破壞級。

2.4 震害總結(jié)

茂縣底部框架—抗震墻砌體房屋多數(shù)與上述3幢房屋類似，底框部分在多數(shù)橫軸線處設(shè)置有磚填充墻，此類房屋震害表現(xiàn)較重，有48%為嚴重破壞級。該類房屋的主要震害有：1)與框架相連的砌體樓層(即過渡層)的承重墻體出現(xiàn)明顯的交叉裂縫和斜裂縫，部分承重墻磚塊酥碎、錯位；2)框架部分的填充墻體承擔(dān)抗側(cè)作用力，發(fā)生交叉剪切破壞；3)填充墻與梁、柱連接處因連接措施不得力產(chǎn)生拉開裂縫；4)部分梁、柱節(jié)點出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，個別建筑的框架柱產(chǎn)生了破壞。

3 結(jié)語

文中所述的3幢房屋，底部框架的抗震墻數(shù)量設(shè)置過多，成為“上柔下剛”型底部框架—抗震墻砌體房屋，由于底層剛度過大使得房屋的薄弱層轉(zhuǎn)移到了上部砌體結(jié)構(gòu)部分，導(dǎo)致過渡層破壞嚴重。

根據(jù)文獻[1]對于“上柔下剛”型底部框架—抗震墻砌體房屋的研究結(jié)果表明，該類型房屋底部框架對過渡層剪力放大作用十分顯著。就像柔軟物體放在“剛性基礎(chǔ)”上一樣，在地震作用下，“剛性基礎(chǔ)”幾乎巋然不動，而過渡層剛度小，“基礎(chǔ)”不動而上部動，二者之間產(chǎn)生的相對位移大，導(dǎo)致過渡層剪力增大。因此，底部框架—抗震墻砌體房屋底層剪力墻的設(shè)置應(yīng)與上部砌體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，剪力墻數(shù)量并非布置得越多越好、墻體剛度并非越大越好。

當(dāng)?shù)撞靠蚣堋拐饓ζ鲶w房屋不存在特別薄弱的樓層時，其抗震性能較同樣層數(shù)的多層砌體房屋要好。該類房屋的抗震能力取決于過渡樓層、3層以上磚房和底部兩層框架抗震墻的抗震能力及其相匹配程度，即要求各樓層側(cè)移剛度應(yīng)均勻變化、不發(fā)生突變，房屋不存在薄弱樓層。為了提高該類房屋的整體抗震能力，須經(jīng)合理設(shè)計，使房屋的薄弱部位出現(xiàn)在變形和耗能能力較好的底部兩層。

在汲取了汶川地震震害經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范對底部框架—抗震墻砌體房屋在一般規(guī)定、計算要點、抗震構(gòu)造措施方面均有加強，特別是新增了對過渡層墻體構(gòu)造、底層采用約束小砌塊砌體墻及框架柱的規(guī)定，在設(shè)計時應(yīng)嚴格執(zhí)行。

[1] 劉艷輝，趙世春，黃德云，等.底部框架磚房的震害分析及設(shè)計建議[A].紀念汶川地震一周年地震工程與減輕地震災(zāi)害研討會論文集[C].2009：415-419.

[2] 趙品北.底框—抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震性能[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建標(biāo)[2008]132號文件，地震災(zāi)后建筑鑒定與加固技術(shù)指南[Z].

[4] 常建蘭.平面不規(guī)則砌體結(jié)構(gòu)房屋震害情況評估[J].山西建筑，2011，37(33)：37-38.

On analysis of earthquake damage of masonry buildings with bottom double-framed anti-seismic wall

Chang Jianlan

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

According to the earthquake damages at three masonry buildings with bottom double-framed anti-seismic walls of Maoxian County, the paper sums up the seismic features of the bottom-framed houses with upper flexible and lower rigid structures, and points out the allocated number of the bottome-frame anti-seismic walls of houses and their rigidness should be controlled reasonably, so it should adhere to the related GB 50011—2010RegulationforArchitecturalAnti-seismicDesignin practice.

masonry buildings with bottom double-framed anti-seismic wall, upper flexible and lower rigid structures, seismic damage analysis

2015-06-23

常建蘭(1977- )，女，工程師

1009-6825(2015)25-0050-02

TU352.11

A