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摘 要:地震极具偶然性,但同时也极具破坏性,本文通过对在“5.12四川汶川大地震”中受灾严重的甘肃陇南地区的钢筋混凝土框架结构房屋进行调查,介绍了地震后框架结构房屋的震害表现以及震后房屋的破坏等级的划分,并根据一实际工程,针对一些结构出现的破坏现象,提出了具体的加固方案。并从抗震措施方面提出了加强钢筋混凝土框架结构的抗震性能的对策措施。
关键词:钢筋混凝土框架结构; 地震; 抗震性能; 抗震措施
中图分类号:TU375
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2009)07-0160-03
1前言
全世界每年大约发生500万次地震,地震死亡人数占全球各类因灾死亡人数的1/3。地震给人类带来灾难,给社会造成不同程度的伤亡事故和经济损失。同时地震是一种随机振动,有难于把握的复杂性和不确定性,要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数,目前尚难做到。我国现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对建筑抗震概念设计的基本要求作了较全面的规定。归纳起来大体上包括以下几方面的内容:①有利的抗震场地;②优化的平面和立面布置;③设置多道设防的抗震结构体系;④“强柱弱梁、强剪弱弯”的指导思想;⑤合理的建筑结构参数设计计算分析。
2008年5月12日14点28分我国四川省汶川发生里氏8.0级大地震,由于震中汶川离甘肃省陇南地区直线距离较小,因此该地区震感极强,许多房屋都遭到了不同程度的破坏。本文主要就“5.12四川汶川大地震”后震害调查中钢筋混凝土框架结构房屋的破坏情况展开研究,认真总结震害规律,研究有效抗震措施,进行合理抗震设计,以提高框架结构房屋的抗震性能。
2地震灾害对建筑物的损害
“5.12四川汶川大地震”发生时,大部分钢筋混凝土框架结构房屋是在上世纪90年代以后建造的,凡是严格按抗震设计规范设计,施工质量较好的均未出现严重破坏,仅少数框架梁、柱或梁柱节点附近出现轻微的裂缝。房屋受损表现主要是填充墙体的震害、变形缝处的震害等。地震对房屋的影响主要表现在以下几点:
2.1框架梁、柱以及梁柱节点的震害现象
2.1.1在地震作用下,部分框架梁有斜裂缝产生,受损严重的梁,裂缝贯通。
2.1.2 部分框架柱有水平裂缝产生,受损严重的柱,四周会有贯通的水平裂缝。
2.1.3 梁、柱节点附近有斜裂缝产生,这是最常见的受损表现。
2.2填充墙体的震害现象
2.2.1 大部分受损的填充墙体都有从上向下的45度斜裂缝或“X”型裂缝,部分填充墙体粉刷层剥落,砌块开裂甚至局部酥碎。
2.2.2 在门、窗口上、下角多见八字形或倒八字形缝,在顶层的门窗上口或屋盖下水平裂缝较多。窗间墙体出现不同程度的“X”型裂缝。
2.2.3 立面上有局部突出的房屋,突出的墙体常易破坏。一部分原有房屋,出现整个女儿墙坍塌的破坏,局部突出的建筑的倒塌较女儿墙多一些。对于这类附属建筑,不仅因鞭梢效应而使水平地震力加大,加重了它的破坏,而且屋盖的错动、房屋的倾斜等主体结构的震害也对它产生了很大的影响。
2.3 变形缝处震害发生的原因
2.3.1 新旧建筑物之间未设抗震缝。
2.3.2 两建筑物间抗震缝宽度留设不足。
2.3.3 高低跨处变形不协调。
2.3.4 施工时建筑垃圾掉入变形缝,使其不能发挥正常功能。
3地震灾后建筑物的破坏等级的划分
多层钢筋混凝土框架结构房屋的地震破坏等级可参考以下划分标准:
Ⅰ级 极轻微损坏:框架梁、柱、抗震墙完好,无可见裂缝和明显变形;梁、柱、抗震墙节点无破损、无裂缝。楼、屋盖现浇钢筋混凝土板无可见裂纹和变形;钢筋混凝土预制板与梁搭接处无松动和裂缝。填充墙体与钢筋混凝土梁、柱连接处可能有轻微裂缝,墙体转角处和纵横墙交接处无松动、脱闪现象。
Ⅱ级 轻微损坏:框架梁、柱、抗震墙轻微裂缝,震前混凝土构件已有裂缝,如非预应力筋砼构件因钢筋锈蚀造成的裂缝、砼收缩裂缝等,扩展,抗震墙、节点的轻微破损和裂缝。楼、屋盖现浇钢筋混凝土板有轻微裂缝,无明显变形,钢筋混凝土预制板与梁搭接处有松动和轻微裂缝。填充墙、出屋面楼梯间墙体无明显裂缝。墙体转角处和纵横墙交接处有松动和轻微裂缝。出屋面的非结构构件和饰物,可有裂缝、移位、倾斜。www.tmgc8.com
Ⅲ级 中等破坏:框架梁、柱、抗震墙轻微裂缝,如剪力墙结构和框架剪力墙结构的剪力墙出现交叉裂缝或水平裂缝,但裂缝宽度较小,未出现承载能力极限状态的标志;裂缝所在楼层无明显的层间位移;部分梁、柱、抗震墙节点有轻微破损和裂缝。个别节点破损和开裂明显。楼、屋盖现浇钢筋混凝土板显著开裂;钢筋混凝土预制板与梁搭接处有松动和明显裂缝,装配或整体式柱在装配区出现裂缝。抗震墙与钢筋混凝土梁、柱连接处有松动和明显裂缝。填充墙、出屋面楼梯间墙体有可见裂缝。填充墙严重开裂或局部酥碎,墙体转角处和纵横墙交接处有松动和明显裂缝。 Ⅳ级严重破坏:框架柱主筋压屈,梁、柱节点破坏严重。混凝土酥碎、崩落,剪力墙结构和框架剪力墙结构的剪力墙出现交叉形裂缝或水平裂缝,且裂缝宽度达1.5mm或钢筋出现颈缩拉断、裂缝处的混凝土破碎,所在楼层有明显层间位移,部分楼层倒塌。
Ⅴ级极严重破坏:建筑物内部多数梁、柱、板等承重构件毁坏,导致结构全部坍塌或局部倒塌。框架残留部分不足50%。
4加固方案
本文以某钢筋混凝土框架结构办公楼的震后梁加固的工程实例,来阐明地震灾后框架结构受损后如何对梁进行加固。依据上文划分的破坏等级,该办公楼最终评定为中度破坏。根据现场实际情况和数据分析,经过加固方案的比选,提出了如下加固方案:
1) 采取在原结构梁上设置有效的支撑,对受损梁在加固过程中部分卸载和安全防护。
2) 加固施工前,用灌缝材料将构件上的裂缝封闭。
3) 对于受损的混凝土梁构件采用外包钢筋网复合砂浆加固提高构件的承载能力及刚度等力学性能。为保证新老界面紧密连接,在界面处涂刷界面剂,并在梁体内植入锚固筋。加固详图如图5所示。
5加固梁受弯承载力验算
加固梁受弯极限承载力计算模型如图6所示。加固梁梁底纵向加固受力筋和原纵向受力筋等效为双层单筋矩形正截面承载力计算模型。依据普通钢筋混凝土梁正截面承载力计算的基本假定和平衡条件推导的承载力计算公司如下:
0.8(fcb+2fst)x=fyAs+fsmAsm(1)
Mu=fyAs(h0-0.4x)+ β1 β2fsmAsm(h+0.5d
-0.4x) (2)
设计已知条件: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
加固梁受弯承载力满足要求。
6增强钢筋混凝土框架结构房屋抗震能力的措施
6.l 房屋平面布置要规则、结构力求对称
房屋外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大,形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀、不对称,平面长度过长等,均不利于抗震。
6.2 强度和刚度匀称
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多层建筑应该使其各层之间强度和刚度匀称,如存在薄弱楼层,则该处就会成为地震力作用下的变形集中部位,从而使建筑物首先从该部位发生严重破坏,甚至整个建筑的破坏。可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
6.3 结构超静定次数多
静定结构的杆件受力系统和传力路线单一,一根杆件的破坏,就使整个结构体系因此而失效。超静定结构在超过其荷载能力时,先使多余杆件发生塑性变形,消耗吸收一部分能量,而保证整个结构的稳定性,减少地震破坏。超静定结构次数多,则消耗地震能量也就愈多,建筑抗震性能越强。
6.4 设置多道设防的抗震结构体系
抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经过技术、经济条件比较综合确定。首先宜有多道抗震防线.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承裁能力。所谓多道抗震防线,是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服,充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,即担负起第一道抗震防线的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线.这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。
6.5 保证结构的延性抗震能力
合理选择了建筑结构后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标,系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁:人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯:剪切破坏基本上没有延性.一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力.对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。www.tmgc8.com
6.6 增强构件的相互连接
多个构件有可靠的连接才能保证各个构件的强度充分发挥,才能更好地传递地震力,使各个构件都能充分地吸收地震力,提高整个构件的延性。构件连接不破坏,整个结构才能保证其整体性,各构件之间的连接必须可靠。
6.7 填充墙的利用
砖砌围护墙和隔墙,嵌砌于框架之间,地震力作用时可减轻主体结构的破坏。但混凝土填充墙可能会造成框架比较显著的局部破坏,所以说砌体填充墙对主体结构抗震有有利和不利两种影响,应该在结构抗震时加以具体分析,同时要使隔墙和围墙在平面上要对称均匀分布, 以及沿竖向连续均匀分布。
7结语
目前,“5.12四川汶川大地震”灾后重建工作已紧张展开,本文介绍了灾后钢筋混凝土框架结构的破坏等级划分以及梁的加固方案,并提出了增强钢筋混凝土框架结构房屋抗震能力的措施。在建筑物的设计全过程中,首先要根据使用要求处理好建筑物的总高度、总宽度、平立面形状、门窗洞口位置、承重体系等等的相互关系,根据场地情况选择合适的基础形式,包括基础深梁、基础圈梁、系梁等的设置,按地震烈度的高低和房屋层数的不同,兼顾大房间、楼梯间的要求确定构造柱的位置,力争达到最好的抗震效果。做好结构的合理布置和采取必要的抗震构造措施,这是做好抗震设计的非常必要的前提条件。结构的合理布置及采取必要的抗震构造措施是我们减轻震害的最根本、最有效的措施。
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