汶川砌体结构震害
汶川地震后砌体结构房屋震害调查分析
1 1 什 邡市 农机 局住 宅楼 . 1 1 1 房屋 结构 概 况及震 害 . .
农机 局住宅楼 (} ) 19 1楼 是 92年建造 的 6 砖混 } 层
结 构 ,横墙 承重体 系 ,作 为居 民住 宅 楼使 用 。墙 体 烧 结普通砖强度 等级 外推 值 为 M 5 U ,混 合砂 浆 强度 等 级为 M1 ,出现 水平 裂缝 、斜 裂缝和 x形 裂缝 ,底 层 部分窗 间墙交 叉 开 裂 ,裂 缝 最大 宽度 1 l 。部 9In T l 分墙 脚和柱顶被剪 裂 ,损坏 等级为 中度损 坏。
底层结构由于受地震影响比较突出, 在⑩ 、 ⑥轴 线 的内纵墙段和在④ 、⑩轴线 的窗 间墙段 上 出现如 照
片1 ~照片 2所示的 x形裂缝 ;在① 、⑧ 、⑩ 轴等 主
要 的横墙上 出现如照片 3所示的较长水平裂缝 。
1 12 震 害原 因分析 ..
阳台 、变形 缝 和 选 址 等 概 念设 计 因素 对 结 构 抗 震
多层 砌 体 结 构 房 屋 的震 害进 行 重 点 调 查 检 测 ,具
体 的工作 是 :搜集 原设 计 图纸 ,对该 5幢 房屋进 行 建筑 结 构 测 绘 和 复 核 ,详 细 记 录 各 房 屋 的损 坏 特 征 和裂缝 发 展情 况 。通 过 比较 房 屋 不 同 的结 构 形
式 、墙 体布 局 、层 间 刚 度 比 、构 造 柱 设 置 、悬 挑
开 洞多 、分 布不均 匀 ,故 刚度 较 弱 ,平 面 内抗 侧 力不 足 。由于水 平地 震剪 力 在纵 墙 中引 起 的主拉 应
1 建 筑 物 震 害 情 况
根据 现场 实 际情况 ,选 定 的 5幢 房屋 均 为 5~
6层 的多层 砌 体 结 构 房 屋 ,位 于什 邡 市 同 一 区域 , 其 中 3幢轻度 损坏 ,2幢 中度损 坏 。 主要 作 为居 民 住宅 楼使 用 ,建 造 于 18 97~19 94年 之 间 ,能 够 代 表我 国 2 纪八 九 十 年代 的典 型 多 层 砌体 结 构 房 O世
汶川地震建筑震害分析及设计改进建议
汶川地震建筑震害分析及设计改进建议[引言]汶川大地震后,福建省设协结构与抗震专业委员会组织结构专家到成都、彭州(彭州市区、通济镇、白麓镇、小鱼洞)、都江堰、绵竹市、汉旺镇等地进行震害调查,涉及的结构型式有钢筋混凝土框架、框架-剪力墙、砌体、排架、钢结构等,为了认真总结震害经验教训,分析结构的破坏机理,提出设计的改进建议,对新建筑的设计有重要的指导意义。
一、汶川地震基本参数:根据地震部门提供的数据,这次地震的基本参数如下:震级M8.0,断层为龙门山断裂,震源深度14KM,断裂长度185KM(主震),烈度分布6~11度。
这次地震震害给人的总体感觉,随地形分布,西北高震害严重,东南底震害较轻。
二、典型震害及实景照片:图1都江堰都江之春楼盘有一幢纯框架结构的七层建筑,底层空旷,上部有隔墙,图2楼梯梯板拉裂的震害图3 水泥厂结构的震害图4 白鹿镇中学在地震断裂带两侧教学楼的震害图5 都江堰都江之春楼盘底层柱破坏图6 汉旺镇东方汽轮机厂,框架结构的办公楼隔墙震害图7 汉旺镇东方汽轮机厂单层厂房震害图7 小鱼洞大桥的震害三、结构概念设计问题:1、多道抗震防线:结构必须有多道抗震防线,这是抗震设计中非常重要的一个基本概念。
在这次汶川地震中也充分表现出来,有些建筑倒塌,而有些建筑不倒,下面从空旷建筑倒塌来看结构有多道抗震防线的必要性:这次震害学校教学楼较为严重,一般说来,钢筋混凝土框架结构的抗震性能要优于砌体结构,但这次震害表明空旷的学校(框架结构)教学楼倒塌(如映秀镇漩口中学教学楼,建于2007年3月),而附近的4层砌体结构办公楼,尽管破坏非常严重,但并没倒塌。
为什么在强震作用下,性能比较好的钢筋混凝土框架结构反而不如抗震性能相对较差的砖混结构?其主要原因就是纯框架结构只有一道防线,在大震时,一旦这道防线突破,结构就丧失了全部的承载力而倒塌;而砌体结构住宅和办公楼,由于小开间布置,纵、横墙体较多,按照规范设置构造柱和圈梁,其整体性和延性较好。
汶川地震砌体结构破坏状况调研
1 主体结构破坏程度分析1. 1 主体结构倒塌砌体结构具有脆性性质和整体性差的特点,与其他结构相比其抗震性能相对较差. 在历次大地震中,未经合理抗震设计的砌体房屋均遭受了不同程度的破坏. 例如,1906 年美国旧金山地震,砌体结构破坏非常严重,砖结构的市府大楼全部倒塌,形成一片废墟;1923 年日本关东地震,可修复使用的砌体结构房屋仅占15 %;1948 年前苏联阿什哈巴地震,砌体结构房屋的破坏率达70 %以上;1976 年我国唐山地震,位于10 度和11 度烈度区的唐山市, 砌体结构房屋的破坏率达90 %[3 ] . 这次汶川地震,很多砌体房屋的平面布置、结构形式和抗震构造措施等都很难满足目前抗震设计规范的要求,特别是六七十年代砌体房屋在设计时没有考虑抗震设防,在这次地震中破坏尤为严重,甚至出现大面积的倒塌. 图1 、2 分别为位于震中映秀镇(实际烈度11 度) 和彭州市白鹿镇白鹿中学的两栋砌体建筑,已经完全倒塌.1. 2 严重破坏调查发现,地震中虽然很多砌体结构没有完全倒塌,但也遭受了严重的破坏. 主要分为如下两类:(1) 位于震中地区的房屋,虽然许多建筑结构按照新的抗震设计规范进行了抗震设计,采取了一定的抗震构造措施,然而由于所在地的地震烈度太高,仍然产生了很大的损坏. 例如,汶川县映秀镇的设防烈度是7 度,但实际的震中烈度达到了11 度,高出设防烈度3~4 度. 因此出现大量建筑的严重破坏也是可以接受的,但是只要这些建筑能够实现坏而不倒塌,也就达到了抗震设计规范“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设计目标. 如图3 所示的映秀镇漩口中学的学生宿舍楼,结构出现了严重开裂,却能够保持整体性而不倒塌. 图4 为白鹿镇中心学校的初中部教学楼,建于1995 年,由中国建筑西南设计院设计,结构整体破坏严重,地面隆起. 由于考虑了抗震设计,增加了构造柱等抗震构造措施,局部构造柱的钢筋甚至达到屈服,帮助结构消耗了大量的地震能量,使结构整体上保持不倒塌.(2) 建设年代较早,未采取抗震构造措施的砌体结构. 这类砌体结构由于未经过抗震设计、未采取有效的抗震构造措施,房屋的整体性较差,即使在遭遇本地区设防烈度的情况下,结构也会因为抗震防线单一,因局部的承载力不足而引起整体结构的严重破坏. 例如,德阳市第一幼儿园的教学办公楼,建于1985 年,为3 层外廊式砌体结构,2005 年经改造加固,顶层改为现浇框架结构,主体结构严重受损,承重横墙出现大量X形贯通裂缝(见图6) ,甚至一侧山墙的砖都被压断(见图7) . 另一个例子是位于德阳市的东电中学,在检查中发现,一栋1981 年建成投入使用的5 层砖混教学楼,即便2007 年经过加固处理,此次地震中也遭受了严重破坏,承重墙体大面积开裂,如图8 所示. 而它旁边的学生宿舍楼,也是采用的砖混结构,但由于是2005 年建成,按照《抗震规范》进行的抗震设计,在地震中基本未受损坏.对于以上属于严重破坏的建筑,即使整体结构没有倒塌,但是局部承重墙体出现了严重影响承载能力的损坏,已经失去了加固的价值,特别是那些设计建造年代较早,或者未按《抗震规范》进行抗震设计,未采取必要的抗震构造措施的建筑物,应该立即拆除. 因为,这类受损严重的建筑物,即使遭遇低于设防烈度的余震,也会因抗震能力不足而倒塌.1. 3 轻微到中等损坏已有专家指出,对于此次地震,仅调查超高烈度下结构的震害是不够的,更要重视调查可能按现行规范进行抗震设防的各类构件体系的震害表现[4 ] . 这次调查中,专家组工作的一个重点就是了解那些轻微到中等损坏建筑的设计、建造情况,希望为较为科学地评价我国抗震规范设防标准的适合性及为今后抗震设计规范是否需要修改或调整,以及如何进行调整提供一定的参考.调查中发现,位于都江堰(设防烈度7 度,地震烈度8 度) 、德阳(设防烈度6 度,地震烈度7度) 、成都市区(设防烈度7 度,地震烈度7 度) 的许多建于20 世纪90 年代以后的砖混建筑,在地震中受到了轻微到中等的损坏. 比如位于德阳市的德阳中学初中部综合楼,建于1992年,地震后基本保持完好. 位于成都市的成都市第十二中学、第十四中学的多栋教学楼,都建于1990 年之后的两三年内,基本上是在设防烈度的地震作用下,受到了轻微到中等的损坏.值得注意的是,在最近几年按2001《抗震规范》设计建造的结构中,有很多建筑物的受损情况要比按89《抗震规范》设计的轻得多. 例如位于都江堰市的都江堰安顺小学教学楼(建于2008 年) 、都江堰中学学生公寓(建于2008 年) 即使经历了高于设防烈度的大震作用,仍能保持结构完好. 建于2006 年的都江堰市中兴学校的3 栋教学楼、4 栋学生公寓也仅受到了轻微损坏.2 结构局部破坏地震中,大量的结构不是整体上受到了严重破坏,而往往是结构的某一受力构件、受力部位由于建筑设计不规则、施工质量差、使用不合理等因素造成的局部破坏. 这些局部破坏虽然不会带来整体结构的倒塌,但给结构的继续使用带来了很大的隐患. 有些情况下,结构的局部破坏也会造成人员伤亡.。
汶川地震村镇建筑震害浅析及抗震建议
汶川地震村镇建筑震害浅析及抗震建议0引言2008年5月12日14时28分,在四川东部龙门山构造带汶川附近发生的8.0级强烈地震惊动了整个世界.不仅给震中区附近造成灾难性的破坏,而且在四川省和邻近省市大范围造成破坏.在此次地震中,沿地震带大部分地区建筑结构均遭受了不同程度的损坏,其中,村镇建筑遭受到的破坏程度最为严重。
村镇建筑的抗震水平可以反映一个国家的整体抗震能力.发达国家,如美国、日本等非常重视民房的地震安全问题,其村镇建筑普遍具有较强的抗震能力。
在发展中国家,由于农村地区地震造成的人员伤亡巨大,各国政府也已开始重视村镇建筑地震安全问题,如哥斯达黎加、洪都拉斯、印度、伊朗、尼泊尔、哈萨克斯坦、塔吉克斯坦、阿尔及利亚、摩洛哥等国家在村镇建筑抗震技术研究和村镇建筑抗震加固方面进行了程度不同的探索.然而,受经济发展水平的限制,大部分发展中国家尚未将村镇建筑建设纳入国家规范管理范围,对村镇建筑抗震技术推广应用进展较慢,其抗震能力仍普遍低下.在国内,自唐山地震以来,大陆共发生了几十次破坏性地震,其中绝大多数发生在广大农村和乡镇地区.由于广大农村和乡镇地区经济相对落后,农村民居和村镇公共建筑设施防震能力薄弱,在遭受同等地震烈度的条件下,农村人口伤亡和建筑的倒塌破坏程度远高于城市,越贫穷的地区,受灾越严重.自党的十六届五中全会提出建设社会主义新农村的重大历史任务以来,我国村镇正在进行较大规模的基础设施建设.从2005年统计结果来看,全国有595.8×104户村镇农(居)民新建住宅,占总户数的2.27%,全国村镇房屋竣工建筑面积9.78×108m2,其中住宅6.88×108m2.可以看出,我国村镇住宅面积不断增长,村镇建筑抗震能力成为我国防灾减灾事业中的一个重要问题.本文主要针对汶川地震中四川地区村镇建筑结构的震害特点加以介绍,对作者在灾区调研过程中发现的破坏现象加以分析,给出村镇建筑结构抗震设计相关建议,为以后村镇建筑的抗震设计工作提供参考.1汶川地震概况(1)地震的影响范围此次地震震中位于汉川县映秀镇(东经103.40、北纬31.0“),震级Ms=8.O,震源深度14km。
框架建筑砌体结构震害调查及原因浅析——以汶川震后漩口中学为例
2.2 框架结构约束下的砌体结构 源自 型交叉裂缝破坏这种破坏主要表现为肚墙出现 X 形贯穿性通透斜裂缝、砌 体结构外表装饰层大量脱落墙体裸露。X 型裂缝出现在整片 墙体,一般大面积出现,主要集中出现在门窗洞口和山墙以及 内部隔墙等位置,如图 2 所示。由于框架结构的受力特性,X 型裂缝一般对于房屋结构的稳定性影响不大,但在一定程度 上砌体结构的稳定性会有所破坏并且会影响室内外美观。
Doors & Windows
建筑工程
框架建筑砌体结构震害调查及原因浅析
——以汶川震后漩口中学为例
张 敏 杨闳镳 熊正兴
六盘水师范学院
摘 要:漩口中学位于汶川地震中极震区映秀镇,系 2008 年地震遗址。本文主要对该校的框架建筑中的砌体结构震害展开 调查,粗略分析了砌体结构的倒塌形式,给出了影响框架建筑砌体结构倒塌形式的原因, 总结出框架建筑砌体结构在震中破坏的 几种表现形式。
2 漩口中学各种框架结构约束下的砌体结构破坏 形式及原因浅析 2.1 水平裂缝
框架结构中的填充墙水平裂缝较为常见,这种裂缝主要 产生于填充墙上下部位或者门窗过梁上下。如图 1 所示。一 般施工过程中,门窗洞口过梁与砌体结构之间主要采用水泥 砂浆作为灰缝连接,水泥砂浆的保水性较差,砌块的吸水性较 强,因此,砌筑时如果养护不到位,水泥砂浆往往得不到充分 的水化,最终导致砌体结构的抗剪强度降低,在地震力的水平 往复作用下,未经充分水化的水泥砂浆黏结力往往起不到很
(1)“下重上轻”,该校所属框架结构底层填充墙震害明显 比其他楼层严重,填充墙上斜裂缝、水平竖向裂缝和与框架梁 柱搭接处的无序裂缝同时出现;二层以上填充墙震害逐渐减 轻,顶层除女儿墙外裂缝最轻。
(2)端墙、窗间墙、无拉结半墙及门窗洞口边角部位的震 害相比而言更为严重,窗间墙的震害裂缝的宽度明显增大,是 一般墙体震害裂缝宽度的 2~3 倍。端墙及半墙因为无拉结措 施破坏严重,有部分坍塌。门窗洞口四角部位斜裂缝明显,裂 缝宽度呈斜向上 45 度方向由大减小。
汶川地震建筑震害调查分析
汶川地震建筑震害调查分析发言者:叶列平前面听了那么多精采的报告,下面我就这次汶川地震中的框架结构中的很多问题做一些探讨。
这个图片是一个小学,这个是有外廊的,有构造柱的,这种新的抗震规范设计的楼多了一个抗震的层次,性能就比较好。
所以对于未考虑设防的砌体结构,基本都是唐山地震的重复,按照89规范以后设计的,采取圈梁和构造柱措施的砌体结构,大多震害比较轻,很少发生脆性破坏而倒塌,因此砌体结构主要是如何落实抗震规范执行的问题,特别是落实圈梁和构造柱抗震措施,需要进一步研究的工作可能并不多。
主要是落实的问题,设计、施工、执行规范的力度问题。
框架结构的震害问题很多,前面有很多的介绍,最主要的问题是填充墙破坏严重,未实现强柱弱梁。
框架结构的震害大概有这么几个问题,一个是维护墙和填充墙的严重开裂和破坏,填充墙造成短柱剪切破坏,柱剪切破坏,梁柱节点破坏等等。
这是填充墙破坏的照片,不多说了,会造成一定的人员伤亡,造成恐惧的心理,修复工作量很大,费用很高,规范对可修没有明确定义,这是错层造成短柱剪切破坏的照片,其实只要预留缝就可以解决这样的问题,对于这样没有办法避免的短柱,可以采用连续箍筋约束混凝土的办法增强,这个是连续箍筋约束混凝土的柱子,这个是一根钢筋,施工其实也很方便,这是非常好的一个已经成熟的技术,但是在我们国家一直推广不开,不知道什么原因,钢的外套管的柱子的问题,概念很简单,这是箍筋约束混凝土,可以防止外面的保护层脱落,可以很容易的提供有效的约束,并且还可以作为模板用,这个钢的外套和钢板混凝土概念不一样,只是在柱身这一段里面有一个钢的外套管,这个延性很好,可以防止短柱的剪切破坏。
相关的研究还不是很多。
这是柱的各种各样的剪切破坏的情况,这个照片也是一个有代表性的,箍筋不少,但是都放在了底下,这个是偷工不减料,这是施工管理的问题。
强剪弱弯的问题,即使柱端先发生弯曲破坏形成塑性铰,巨大的轴压易使混凝土压溃,严重削弱柱端抗剪能力。
汶川地震房屋震害及反思
汶川地震房屋震害反思曹智谋(合肥工业大学土木与水利工程学院土木工程09-8班)摘要:基于2008年5月12日发生的汶川8.0级大地震,本文对震害进行看分析介绍,并详细分析了典型的砌体结构和框架结构的结构特点及其抗震能力,最后提出了一些建议。
Abstract:Based on the wenchuan 8.0 heavy earthquake which occurred on 12th May 2008,the seiamicdamages of buildings were introduced in this paper,and the structure characteristic of building,as well as its anti-seismicperformance,wasanalyed in detail,which as sociated with typical masonrystructure and frame structure .Suggestions were rasied finally.关键字:汶川地震震害砌体结构框架结构Keyword:Wenchuan earthquake; Seismic damage;Masonry structure;Frame structure 1 引言2008年5月12曰汶川大地震!这是1976年唐山大地震时隔32年后,发生在我国的一次毁灭性地震,造成了重大人员伤亡和经济损失。
科学研究已经证明,地震是伴生着地球的一种自然灾害,只要地球存在一日,地震就存在一天,威胁着人类。
在人对地震的认知有限、无法预报地震的时代,如何把房屋建得坚固耐震,是全世界科学家和工程师的历史使命。
我国的工程技术人员历经数代人的努力奋斗,吸取历次大地震震害的经验教训,在工程建设中,提出了适合国情的各类工程抗震技术。
从1966年邢台地震以后提出的“基础深一点、墙壁厚一点、屋顶轻一点”的概念,到1976年唐山地震以后创造的砖房加“构造柱圈梁”技术,直到今天的“小震不坏,中震可修,大震不倒”的“三水准”抗震设防理论,不断改进和完善了工程抗震设计的标准规范。
汶川地震后砌体结构房屋震害调查分析
汶川地震后砌体结构房屋震害调查分析汶川地震是中国历史上发生在2024年5月12日的一次7.9级大地震,造成巨大的人员伤亡和财产损失。
在这次地震中,砌体结构房屋是最常见的建筑类型之一,因此对砌体结构房屋的震害进行调查和分析可以提供重要的经验教训。
首先,砌体结构房屋在地震中的震害主要集中在墙体破坏和倒塌上。
地震的强烈震动会对房屋墙体施加巨大的水平和垂直力,导致墙体出现裂缝、倾斜和崩塌。
砌体结构的墙体通常由砖和砂浆构成,其抗震性能弱于钢筋混凝土结构。
因此,砌体结构房屋通常更容易受到地震的破坏。
其次,砌体结构房屋的主要破坏模式是墙体顶部的悬挑和支持结构的倒塌。
在地震中,墙体顶部的悬挑部分通常会因为自重和水平地震力的作用而受到巨大的拉力,导致其产生裂缝和破坏。
同时,支持结构的倒塌也常常会导致整个房屋的倒塌,增加人员伤亡的风险。
此外,砌体结构房屋的震害程度还与墙体的构造和质量有关。
地震中,墙体的质量和连接方式对其抗震性能起到重要的作用。
砌体结构房屋中,如果墙体的砌筑质量不好,砂浆的强度和粘结性不足,墙体容易出现裂缝和崩塌。
同样,墙体与结构之间的连接方式如果不稳固,也容易导致房屋的震害。
最后,砌体结构房屋的地震加固措施可以有效减少震害。
在对汶川地震后的砌体结构房屋进行调查分析时,可以观察到采取了一些地震加固措施的房屋在震害程度上表现较好。
例如,增加墙体的厚度、设置钢筋混凝土柱和梁、加固墙体连接部位等措施都可以有效提高砌体结构房屋的抗震性能。
这些加固措施的应用可以为今后类似地震灾害的抗震设计和建设提供重要的参考。
总结起来,汶川地震后砌体结构房屋的震害调查分析表明,墙体破坏和倒塌是主要的破坏模式,结构质量和连接方式的不稳定也是重要因素。
然而,采取适当的加固措施可以有效降低砌体结构房屋的震害程度。
这些调查和分析结果对于今后的抗震设计和建设具有重要的借鉴意义。
汶川地震砌体结构震害
砌体结构震害砌体结构墙体是主要承重构件,承受竖向荷载和水平地震作用;砌体具有脆性性质,抗剪、抗拉和抗弯能力都很低,房屋的整体延性较差,因此抗震能力较差。
凡未经合理抗震设计的砌体房屋,破坏均相当严重。
8度到10度区均有倒塌。
房屋底部的地震剪力和竖向荷载均比上部大,底层常为薄弱层,底层墙体破坏重于上部。
房屋底部的地震剪力和竖向荷载均比上部大,底层常为薄弱层,底层墙体叠合塌落。
(9度到10度区)拐角处墙体缺乏构造柱和圈梁拉结,墙体外甩。
墙体缺乏圈梁拉结,纵向墙体外甩楼板脱落。
拐角处墙体缺乏构造柱和圈梁拉结,墙体外甩。
在地震力反复作用下,与地震力方向平行的墙体产生斜裂缝,形成交叉裂缝。
砌体结构典型X形裂缝。
在地震力反复作用下,与地震力方向平行的墙体产生斜裂缝,形成交叉裂缝。
这种在外纵墙的窗间墙上的裂缝是我们理论分析的依据。
更多房屋墙体斜裂缝出现在窗台墙。
砌体抗震承载力验算,竖向压应力有利,窗台墙竖向压应力小,墙体破坏位置转移。
本次调查的砌体结构,交叉裂缝出现在窗间墙的占40%,交叉裂缝出现在窗台墙的占60%。
窗台墙承载力应做验算。
在墙肢顶点位移相同的情况下,剪切墙肢、弯剪墙肢、弯曲墙肢破坏状况。
门窗之间窄墙,抗侧刚度很小,不参与抵抗水平地震作用;门连窗墙肢加宽,有利于抗震。
绵竹市汉旺镇人民政府1985年建造的两栋五层办公楼,单面走廊砌体结构地震时坍塌,邻近两栋房屋仍然矗立。
绵竹市汉旺镇政府邻近两栋建筑,采用唐山地震后提出的外包构造柱、圈梁加固,未发生倒塌。
证明了这一传统加固方法的有效性。
东汽技校一栋教学楼倒塌,加固后教学楼和邻近建筑,采用外包构造柱、圈梁加固未发生严重破坏。
东汽第四附属医院住院部,经抗震鉴定发现里面的砌筑砂浆强度很低,采取外包钢筋混凝土圈梁和构造柱进行加固,地震中表现良好。
其他采用这一传统加固方法加固的砌体结构均较周围建筑破坏要轻,证明了这一方法的有效性。
震前投入必要资金加固,地震时房屋不发生倒塌,保护财产,挽救生命。
(r)汶川地震中砖混结构的震害分析
文章编号:100926825(2009)3220059202汶川地震中砖混结构的震害分析收稿日期:2009205226作者简介:曾林海(19832),男,华南理工大学土木与交通学院硕士研究生,广东广州 510640杨小平(19632),男,硕士,副教授,华南理工大学土木与交通学院,广东广州 510640曾林海 杨小平摘 要:在对砖混结构震害调查的基础上,从结构体系、抗震构造措施及施工质量入手,分析了其破坏的原因,对砖混结构的设计提出了建议,以指导今后既有砖混结构的加固改造以及新建砖混结构的设计施工。
关键词:地震,砖混结构,震害,设计建议中图分类号:TU398.5文献标识码:A0 引言2008年5月12日14时28分,四川省汶川发生里氏8.0级强烈地震,这是建国以来波及面最广,损失最大的一次地震。
位于震中附近的汶川、汉旺、北川等地区,烈度估计达到10度~11度;绵竹、绵阳达到8度~9度;远至成都、西安都有震害,震中地区房屋成片倒塌,剩下尚存的建筑也受到严重破坏。
通过对汶川大地震青川县城的震害调查发现:经过正规抗震设计的钢筋混凝土框架结构所受地震损伤较轻,而且损伤主要是填充墙,表明按现行“建筑抗震设计规范”设计的钢筋混凝土框架建筑具有较好的抗震性能。
而建造时间较早,没有经过正规考虑抗震设计的砖砌建筑破坏和倒塌严重[1]。
从中国地震局地震现场应急工作队对整个灾区的损失评估报告分析表可知:砖混结构破坏比框架结构更加严重[2]。
因此分析汶川地震中砖混结构的震害原因对今后既有砖混结构的加固改造以及新建砖混结构的设计施工,具有指导意义。
1 结构体系和布置不佳的建筑震害严重地震震害调查表明,采用纵墙承重的多层砖混结构的房屋,因横向支承少,纵墙极易受平面外弯曲破坏而导致结构倒塌。
汶川地震中一些学校采用横墙承重砖混结构,楼屋盖采用预制空心板,它是刚度低于框架结构的一种半刚性结构体系,教室的空间跨度大,横波来的时候,跨度大的结构更容易垮塌。
汶川地震震害分析及建议
2008年 5月 12日 14时 28分, 四川汶川县 发生里氏8. 0级地震, 震中位于汶川县映秀 镇 (东经 103.4 北纬31.07), 震源深度 14km。 汶川地震是我国自建国以来最为强烈的一 次地震, 直接严重受灾地区达 10万平方公里, 包括震中 50km 范围内的县城和 200km范围 内的大中城市。全国大部分地区有明显震 感, 泰国首都曼谷, 越南首都河内, 菲律宾、 日本等地也有震感。截至 6月 24日, 地震 已 造成 69185 人遇 难, 18467 人 失踪
•
若合理设置构造柱和圈梁, 砖混结构也能有效 抵御地震破坏, 在震害调查中也发现基本没有受到 破坏的砖混结构。因此, 对于砌体结构, 如何保证 结构的整体性和侧向承载力是抗震设计的关键。
2. 3 框架 -砌体混合结构
• 这类结构形式有多种, 如底框砖混结构 (底部框架 上部砖混, 竖向混合 ), 底层部分框架、部分砌体 上部砖混, 以及部分框架 -部分砖混 (水平混合 )。 这类结构的体系大多比较混乱, 由于经济原因, 大 多尽可能少用混凝土框架, 框架和砌体承重墙抗侧 力构件的承载力和变形能力很不协调, 平面抗侧刚 度极不均匀。这类结构的震害现象主要为底部框 架由于变形集中而破坏, 或上部砌体结构破坏。下 图为框架 -砌体混合结构的震害情况。
典型震害图片及防治措施来自• • 摘自网•
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1 建筑震害等级划分 2 各类结构形式的震害 3结论和建议 4典型震害及防治
1 建筑震害等级划分 • ( 1)可以使用, 即结构的承重结构基本保持完好, 少量非结 构构件损伤, 继续使用不会引起承重结构的破坏, 损伤的非 结构构件不会造成对生命和财产的威胁; • ( 2)加固后使用, 即承重结构发生一定的损伤, 部分非结构 构件破坏, 继续使用可能将会引起承重结构的损伤加大, 或 是剩余的非结构构件不稳定, 对生命和财产产生威胁; • ( 3)停止使用, 即承重结构发生严重损伤, 仅能保持自身结 构稳定, 不能继续使用; • ( 4)立即拆除, 即承重结构发生非常严重的损伤, 随时可能 发生倒塌。
5·12-汶川地震砌体结构房屋震害调查与分析
第41卷第5期2009年10月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J.Xi’anUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)VoI.41No.50et.2009“5・12"汶川地震砌体结构房屋震害调查与分析李英民,韩军,刘立平,郑妮娜,王丽萍,刘建伟(重庆大学土木工程学院,重庆400045)摘要:通过对汶川地震重灾区的震害应急评估和调查,对砌体结构房屋的震害情况进行了整理和分析,总结了砌体房屋的震害特征和经验教训,总体评价了砌体结构在汶川地震中的表现,对其在高烈度区是否适用得到了一些认识,并在砌体结构抗震技术方面得到一些启示,并提出了相应的建议.关键词:汶川地震;震害;砌体结构;震害分析中图分类号:TU352.1文献标识码:A文章编号:1006—7930(2009)05—0606—06历次大地震的震害和经验总结是检验现行建筑抗震规范和推动抗震技术发展的重要途径[1{].砌体结构房屋在美国、日本等抗震发达国家很少被采用在中、高地震风险区,而我国在各烈度区都存在大量的砌体结构.砌体结构是否适合在高烈度区修建在国际抗震领域存在争议.本文通过对汶川大地震重灾区的的房屋震害应急评估和调查,对砌体结构房屋的震害情况进行了整理和分析,总结了砌体房屋的震害特征和经验教训,总体评价了砌体结构在汶川I地震中的表现,对其在高烈度区是否适用得到一些认识,并在砌体结构抗震技术方面得到了一些启示,并提出相应的建议.1砌体结构房屋震害概况砌体结构房屋的抗震能力一般相对较低,在历次大地震中震害都较严重.此次地震多数受灾地区的设防烈度为6~7度,且部分地区较早前修筑的砌体结构和底部框架结构未进行抗震设防.而汶川地震中部分受灾地区的实际烈度超过了设防烈度较多,有的地区甚至达到了1l度.在这次大地震中这类房屋的震害很严重.在北川县城、汶川县漩口镇、映秀镇等极震区80%~90%以上倒塌或严重破坏,一些建筑群或临街建筑成片倒塌,未倒塌的破坏也相当严重而不能继续使用,如图1、2所示例;在都江堰市、绵竹县、汉旺镇、红白镇等高烈度区砌体结构和底框结构震害也比较严重,部分房屋倒塌,多数严重破坏或中等破坏.主要表现为房屋转角部位局部崩落,或严重开裂;墙体强度不足而倒塌或严重开裂破坏;坡顶瓦屋面的房屋塌顶或连同顶层一起倒塌;一些年代较久的老旧房屋震害更为严重.图1震后北川县城房屋倒塌严重Fig.1CollapseofbuildingatBeichuancity图2震后映秀镇房屋倒塌严重Fig.2CollapseofbuildingatYingxiuTown收稿日期:2008一Ii一06修改稿日期:2009—07—12基金项目:重庆市建委科研项目(2006—61)作者简介:李英民(1968一),男,山东人,博士,教授,从事地震工程及结构抗震等研究图3都江堰某底框结构上部倒塌Fig.3CollapseoftoppartofbottomborderstructureatDujiangyancity第5期李英民等:“5・12”汶川地震砌体结构房屋震害调查与分析607如图3、4所示;在绵阳等较低烈度区砌体结构少数严重破坏或中等破坏,多数为轻微破坏或基本完好;成都等地以完好或轻微破坏为主,一些老旧砖房的墙体有破坏或局部倒塌;坡度较大的瓦屋面严重溜瓦;出屋顶小房间、小烟囱破坏或倒塌.如图5、6所示.图4,震后汉旺镇房屋倒塌较多Fig.4CollapseatHanwangtown2典型震害特征及分析图5绵阳市区震后外貌Fig.5Mianyangcityintheearthquake图6地震后的江油市街景Fig.6StreetofJiangyouCityintheearthquake汶川地震造成大量砌体结构倒塌以及不同程度的破坏,其震害与以往地震震害相比有相同之处,也有其特点,主要表现在以下方面:(1)不同烈度区砌体结构的震害差异较大:低烈度区以墙体裂缝等轻微破坏为主,相比而言框架结构填充墙的大量严重破坏可能经济损失更大,表明砌体结构在中、小震时可维修度比框架结构好;而高烈度区和极震区砌体结构房屋以严重破坏或倒塌为主,尽管有少数破坏较轻,但总体来说,砌体结构房屋抗震安全性在高烈度区没有框架结构好,倒塌数量相对较多;(2)多层砖砌体结构和底部框架砌体结构中砌体部分整体性差、抗连续倒塌能力低:砌体结构中大多采用预制板楼盖,整体性较差,不能有效的将水平力按刚度比例传递到各竖向构件即砖墙或砖柱,砖墙和砖柱的某些部位截面小,承载力低,地震中容易破坏或倒塌,由于整体性差从而引起连续倒塌.(3)未进行抗震设防设计的老旧房屋破坏比经过抗震设防或抗震加固的房屋破坏严重:未经抗震设防的老旧房屋倒塌多,而许多按规范设计施工的带圈梁、构造柱的砌体结构能裂而不倒,某些经过抗震加固的房屋破坏轻微,给居民逃生留下了宝贵的时间;(4)砌体与钢筋混凝土混合体系中砖砌体破坏严重:在经济欠发达地区常出现混凝土与砌体混合使用的情况,在需要大空间的地方采用混凝土柱,其他地方采用砖墙,特别是在底部框架砌体结构房屋中比较常见,砌体墙体在地震中作为抗震墙,砌体墙按照刚度分配到的地震作用会和同等截面的混凝土墙相当,而其实际承载能力却比混凝土墙差很多,因此,地震中吸收了很大地震力的砖墙由于承载力低而破坏严重;(5)有些结构体系抗震性能相对较差,如平面布置不规则、大空间大跨度房屋在地震中容易遭受严重震害.此次地震中学校砌体结构教学楼破坏严重,不少发生倒塌;(6)村镇建筑仍是房屋抗震的薄弱环节:乡镇自建房一般未经抗震设计,无抗震构造措施,抗震能力差,地震中大量倒塌,历次大地震都揭示了这个问题;(7)砌体结构的不同部位在地震中都会发生震害,如地基破坏、墙体开裂或倒塌、出屋面顶部突出物严重破坏、缝及连接破坏等,这与以往的大地震震害相似;下面分别对砌体结构的倒塌、结构抗震体系及措施、各部位震害特征、底部框架房屋和框架一砌体混合结构的震害进行归纳和分析.2.1倒塌多层砌体结构房屋的整体性差,抗连续倒塌能力低,在高烈度区和极震区出现了大量的砌体房屋倒塌,特别是未经过抗震设防的老旧房屋,因未采取有效的抗震措施(如设置圈梁、构造柱等),而砖砌体承载力低,开裂后有效约束差,裂缝开展快而宽,结构延性差,易发生倒塌.根据倒塌部位主要有以下五种:全部倒塌、上部倒塌、下部倒塌、中间层倒塌和局部倒塌E33.608西安建筑科技大学学报(自然科学版)第41卷(1)全部倒塌:全部倒塌即房屋整体倾倒,多数为某层砖墙承载力不足而倒塌,其他层随之倒塌或被其砸倒.如图7所示意;(2)上部倒塌:砌体结构上部倒塌多发生在上部结构整体性差或墙体削弱较多时,这种震害现象较其他倒塌类型少,如图8所示意;(3)下部倒塌:某些多层砖房结构底层门窗开洞较多,或底框结构底层刚度较小,竖向刚度有突变,底层薄弱或强度过低,导致底层倒塌或严重破坏,如图9所示意;(4)中间层倒塌:中间层座落倒塌的震害较少,汶川I地震中北川个别砌体房屋、汶JIl县漩口镇部分在建底部框架房屋发生这类震害.如图10、11所示意;(5)局部倒塌:多层砖房和底框房屋的局部倒塌有的是一端倒塌,另一端未倒;有的两端倒塌,中间未倒;有的中间倒塌,两端未倒;有的外墙倒塌,内墙未倒.如图12所示意.产生的原因多种多样,如某个开间突然变大;局部使用荷载的改变(如办公室改为档案室);平面不规则或地震扭转效应;两种结构形式混合承重;内外墙连接未处理好等等.图7北川某砌体结构全部倒塌Fig.7EntirecollapseofamasonrystructureatBeichuan图10北川某砌体结构中间层坍塌Fig.10CollapseofmiddlefloorofamasonrystructureatBeichuancity图8漩口镇某砌体上部倒塌Fig.8CollapseoftoppartofamasonrystructureatXuankol_lTown图11漩口镇某砌体结构3层坍塌Fig.11Collapseofthethirdfloorofamasonrystructure图9北川某底框结构底层倒塌Fig.9CollapseofbottompartofbottomborderstructureatBeiehuan图12汉旺镇某砌体结构中间局部倒塌g.12LocalcollapseofthemiddlepartofamasonrystructureatHanwangTown2.2结构抗震体系及措施结构抗震概念设计在砌体结构抗震设计中尤为重要.其中,结构抗震体系规则性(包括平立面布置)和抗震构造措施(圈梁、构造柱的合理设置)是决定砌体抗震性能的重要方面,从整体上控制了砌体房屋在地震中的表现HJ.结构平立面布置不规则且无可靠的抗震构造措施容易导致局部震害加重,甚至倒塌,如图13所示;圈梁构造柱能约束破碎墙体,使其具有一定的延性,一般按规范设置圈梁、构造柱的砌体结构在大震下往往能够裂而不倒,能在一定程度上实现大震不倒的设防目标,如图14所示意;对已建老旧房屋进行抗震加固是提高砌体结构抗震性能的有效途径,如汉旺镇东汽厂区某砌体结构经过抗震加固在地震中破坏轻微,如图15所示.教学楼等大空间大跨度砌体结构,其空间刚度较低,预制板楼盖常常无法保证结构整体性,易引起连续倒塌,未进行正确的抗震设计(包括抗倒塌设计)和不良施工会导致此类建筑在强地震中倒塌.2.3各部位破坏特征(1)地基破坏:地震时由于砂土液化、喷砂、地裂等原因,易产生地基局部不均匀下沉,可能造成上部第5期李英民等:“5・12”汶川地震砌体结构房屋震害调奄与分析609图13北)Jl某L形突出部分破坏图14北川县某房屋倾而未倒图15汉旺镇某震前加固砌体完好Fig.13DamageofoverhangofaLFig.14SlopeofamasonrystructureFig.15NodamagetoamasonrystructurelayoutmasonrystructureatBeiehuancitywithseismicreinforcementmeasure结构倒塌、错动或墙体严重开裂等震害,如图16所示.此次地震砂土液化现象少,没有唐山地震严重,因为重灾区地基多为岩石.(2)墙体裂缝:砖墙承重的房屋,抗震能力比较低,在大震下易倒塌或遭到严重破坏.破坏的部位和形式往往与砖墙布置、砌体强度和房屋构造等因素有关系.纵横墙墙面出现斜裂缝(a)地基处于古暗{uJ上(北川)(b)断层地裂远端宿舍楼倒塌(彭州白胜镇)图16地基破坏引起房屋倒塌Fig.16Collapseofbuildingduetodamageofthegroundwork(如图17所示)、交叉裂缝(如图18所示)、水平裂缝(如图19所示)、竖向裂缝(如图20所示),严重者出现倾斜、错动和倒塌现象.其中,外纵墙门窗洞口较多,窗间墙极易破坏;砖柱在强震下更易出现破坏.图17都江堰某教学楼单向斜裂缝Fig.17Single_directioncatercornercracksofaschoolbuilding图18交叉斜裂缝(红白镇)Fig.18Intercrosscatercornercracks图19水平贯通裂缝(绵竹市)Fig.19DamagetOathroughjointatthebottomofabuilding堂墨要竺粤警要粤要譬芎皇了j鼍望多垫”在地图20竖向裂缝图21角部局部倒塌震中曼乎竺型璺慧芝翌‘妻璺.!z夏季謦:。
砌体结构震害报告2012
房间内部楼面板的开裂(2)
总结
▪ 1、建筑场地的选择。 ▪ 2、地基和基础的设计。 ▪ 3、平立面布置要规则,房屋平面最好为矩形。 ▪ 4、房屋高度、层数、层高要限制。 ▪ 5、房屋高宽比的限制。 ▪ 6、抗震横墙间距的限制。 ▪ 7、房屋局部尺寸的限制。 ▪ 8、结构构件的延性设计。 ▪ 9、结构体系要合理。 ▪ 10、非结构构件的设计。
2008年5.12汶川地震,由于发生在建筑较为落后的川甘地带,以砌 体结构为主的建筑破坏尤为严重,达到了85%以上。
抗震性能差的原因:
1、刚度大、自重大,地震作用也大;
2、砌体材料质脆,抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极易出现裂缝;
3、受施工质量的影响较大;如砂浆不饱满,易出现裂缝,减弱抗震性能。
砌体结构的震害及其分析:
一、倒塌 1、全部倒塌
房屋整体性好,而底层强度不足时; 房屋整体性不好,而上层墙体过于弱时;
砌体房屋的整体倒塌(1)
砌体房屋的整体倒塌(2)
砌体房屋的整体倒塌(3)
2、上部倒塌
房屋上层自重大,刚度差; 上层砌体强度过弱,整体性差时; 鞭稍效应;
砖混房屋上部结构的破坏(1)
鞭稍效应
女儿墙的破坏
阳台与主体结构脱开
室外台阶与主体的开裂
构造柱的破坏
梁底的破坏
5、楼板和屋盖
楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件。
对于预制板楼板、楼盖,由于整体性较差、板缝偏小混凝土 灌缝不够密实,地震时易于拉裂。9度以上地区,由于墙体开裂、 错位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。预制板端部搁置长度过短或无 可靠的板与板及板与墙的拉接措施,也造成震害。
墙体在竖向压力和反复水平剪力作用产生的裂缝。
汶川地震中框架结构震害与未实现强柱弱梁屈服机制经典问题
度,造成结构层刚度不均匀;或造成平面 刚度分布不规则,引起扭转效应。
• 结构刚度增大, 基本周期减小约40~60%,
地震力增大。
• 由于填充墙抗侧刚度大、所分配的地震
力较大,而其强度较低,因此容易导致 填充墙产生严重开裂和破坏。
改变了框架结 构的整体受力 机制,使整体 结构难以形成 “强柱弱梁”屈 服机制
汶川地震中框架结构的震害 和未实现强柱弱梁屈服机制的经典问题
概述
砌体结构震害
概述
概述
砌体结构震害 未设防的砌体结构,基本是唐山地震的再现 按89规范后设计,采取圈梁和构造柱措施的
砌体结构,大多震害较轻,很少发生脆性破 坏倒塌。 因此,砌体结构主要是如何落实抗震规范执 行的问题,特别是落实圈梁和构造柱抗震措 施,需进一步研究的工作可能并不多。
柱端出现塑性铰,未实现“强柱弱梁”屈服机制
汶川地震中框架结构的震害
柱端出现塑性铰,未实现“强柱弱梁”屈服机制
汶川地震中框架结构的震害
柱端出现塑性铰,未实现“强柱弱梁”屈服机制
未实现强柱弱梁屈服机制 的原因分析及改进建议
强柱弱梁屈服机制
整体型屈服机制
局部型屈服机制
强柱弱梁屈服机制
框架-剪力墙结构的整体型屈服机制 叶列平等,简论结构抗震的鲁棒性,《建筑结构》,Vol.38, No.6
加了框架梁的受压区宽度,进而增加梁端抗弯承载力和抗 弯刚度。
• 梁端承受负弯矩时,楼板内的配筋相当于增加了框架梁的
负弯矩筋,会显著增强框架梁的抗负弯矩承载力。
影响因素的分析
楼板影响
• 《抗规》对如何考虑楼板的影响没有做出具体规定 • 6.2.2条文说明指出,当计算梁端受弯承载力时,若计入
多层砌体结构房屋震害调查
多层砌体结构房屋震害调查赴5.12汶川地震灾区,分别对绵竹、汉旺、都江堰、汶川、映秀等地进行了实地调查,全面了解多层砌体结构的震害现象,并针对多层砌体结构在水平地震作用下窗下墙的交叉裂缝提出新的研究方法。
标签:交叉裂缝;窗下墙;力学分析;延性破坏模式1 房屋概况此次调查以建筑层数3至6层的多层砌体结构为主,墙体材料包括空心粘土砖、实心粘土砖及混凝土空心砌块,墙厚240m/m。
墙体承重体系有:纵墙承重、横墙承重、纵横墙承重,以预应力空心板装配式钢筋混凝土楼(屋)盖为主,并设有混凝土圈梁及构造柱。
2 震级及烈度绵竹及调查的其他四个地区建筑物抗震设防的基本烈度为7度,而本次汶川大地震的震级达到8级,估计这五个地区的地震烈度为8-11度,远大于7度。
3 多层砌体结构房屋交叉裂缝墙体上的斜裂缝主要是由于水平地震作用下,在与水平地震作用走向大体一致的墙体引起的主拉应力超过墙体的抗拉强度所致。
当地震反复作用时,即形成交叉斜裂缝。
这是比较常见的震害现象,几乎在所有的受损房屋上都能发现。
图1 墙体交叉裂缝逐层减图2 窗洞周围墙体交叉裂缝从裂缝出现的数量看,多以交叉主裂缝居多,很少出现数量多的密集平行裂缝情况,墙体表现出脆性特征。
由于底层地震剪力比上层大,所以底层的这种裂缝较上层严重。
沿结构的高度方向,受损一般呈现下层重、向上逐渐减轻的特点。
图1为汉旺客运站职工宿舍楼,第一、二层横墙、纵墙出现较大的交叉裂缝,随着层数的增加,墙上的裂缝逐层减轻,一些墙体出现了单向斜裂缝,再轻损伤楼层在洞口角部出现短裂缝。
贯穿的交叉裂缝则在纵墙上也是普遍存在。
由于门窗洞口对连续性的墙体有一定的削弱作用,所以这些裂缝多集中在洞口周围的窗间墙和窗下墙附近。
图2为映秀镇漩口中学教学楼外纵墙窗洞周围墙体破交叉裂缝。
多层砖混房屋的纵墙开洞率偏大,窗间墙宽度偏小,水平地震作用沿房屋纵向的結果常导致纵墙薄弱部分——窗间墙的开裂。
窗间墙的破坏情况有:很窄的窗间墙为弯曲型破坏,窗间墙的上下端,轻者出现水平裂缝,重者四角压碎崩落,如图3;稍宽的窗间墙,轻者出现交叉斜缝,裂缝的坡度较陡,重者裂缝的两侧的砖砌体碎裂甚至崩落,竖向荷载很大时,甚至压溃,如图4;宽窗间墙一般只出现斜率较小的交叉斜缝,严重的,裂缝很宽,裂缝附近砌体破碎,除烈度很高时外,很少见砌块崩落或者压塌,如图5。
建筑结构在汶川地震中的震害特征_王文一
文章编号:1009 6825(2008)30 0093 02建筑结构在汶川地震中的震害特征收稿日期:2008 06 17作者简介:王文一(1987 ),男,武汉大学电子信息学院本科生,湖北武汉 430072贾 彬(1979 ),男,讲师,西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳 621010张 誉(1972 ),男,硕士,讲师,西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳 621010王文一 贾彬 张誉摘 要:通过对绵阳地区的建筑结构在汶川地震中的震害调研,对建筑的震害特征进行了归纳,分析了建筑结构震害机理,简要阐述了本次震害中所见的特殊现象,对加强建筑抗震能力提出相关注意事项。
关键词:地震,建筑结构,震害,特征中图分类号:T U 352文献标识码:A北京时间5月12日14时28分,四川汶川县(北纬31 ,东经103.4 )发生里氏8.0级地震,震中烈度11度。
汶川地震整个错动时间约22.2秒,波及面积大,据称几乎整个东南亚和整个东亚地区都有震感,是中国1949年以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。
汶川地震对绵阳城区造成了重大损失,绵阳城区的水电气和通讯当时立即中断,机关学校和商场无法正常运行,工厂全面停工。
1 砖混结构1.1 墙体在绵阳城区内的砌体结构按89规范修建的房屋只有少量裂缝,主要因为砌体结构按照正规设计方法进行设计,抗震措施适当。
但无构造柱或圈梁等抗震措施的多层砖混结构房屋震害严重,房屋破坏的形态主要为:砖墙剪切破坏,呈斜裂缝、 X !形裂缝和水平裂缝;砖块被剪断、破碎,墙体破坏后发生较大的位移和错位,随时可能倒塌。
砖混结构墙体的破坏部位和形式,与砖墙的布置、砌体强度和房屋构造等因素有密切关系。
在本次地震中,破坏最多、最严重的墙体主要为山墙,大多数山墙呈X 形开裂。
山墙在一层、二层、三层最为严重,甚至有些山墙倒塌。
同时,在纵墙端部、纵墙中部、内横墙和楼梯间墙均有破坏,破坏形式以裂缝为主,裂缝形态主要有交叉斜裂缝、水平裂缝和墙体上的单向斜裂缝,上述裂缝分布表现为下部各层较重,往上逐渐呈减轻趋势,裂缝宽度和裂缝数量向上都有所减少,在房屋的门上部位和外纵墙的窗下带墙体上裂缝表现充分。
汶川地震后建筑物震害分析及加固技术综述
汶川地震后建筑物震害分析及加固技术综述摘要:本文介绍在2008年5月12日四川省波川一北川大地震中砌体结构和钢筋混凝土结构的各种典型破坏特征,包括砌体结构的开裂、倾覆,钢筋混凝土结构的短柱破坏效应、剪切破坏、剪压破坏、压屈破坏、弯剪破坏、粱柱塑性铰、钢筋锚固不足破坏、混凝土酥碎破坏等。
文中分析探讨了震害的原因及吸取的教训,以及各种加固技术综述。
关键词:裂缝;抗震能力;加固方法2008年5月12日,在我国四川省汶川县发生了里氏8.0级大地震,震害较为严重地集中在老旧民房和砌体建筑,钢筋混凝土建筑、特别是高层钢筋混凝土建筑的破坏相对较少。
全世界的工程抗震实践证明,除理论和实验研究外,震害经验是工程抗震的重要基础之一,也是人类防御地震灾害的共同精神财富。
因此,对此次汶川地震中各类建筑和工程设施的震害进行分析研究,总结经验教训,对改进建筑抗震设计和施工具有十分重要的意义。
近20多年来,我国的钢筋混凝土建筑发展迅速,能否经受地震考验、达到预期的抗震设防目标,是人们十分关注的问题。
汶川地震中钢筋混凝土建筑的震害经验,无疑为我们提供了十分重要的借鉴。
一、地震基本情况据国家地震台网测定,本次地震震级为里氏8.0级,震源深度33km,震中位于北纬31.0度。
东经103.4度,位于四川省汶川县。
按中国的地震区划表,汶川县为7度设防,其对应加速度峰值为35gal。
而实际根据地震局公布的数据计算得到的成都波峰僵加速度:304.8gal,持时142.4 s。
震中地表加速度PGA=0.63G,约630gal。
由此可见,实际地震烈度远远高于设防烈度,即地震作用远远高出建筑物50年寿命期内预计可能遭遇到的地震作用。
二、震害分布情况及分析(一)砌体结构的破坏情况及分析一是墙体开裂破坏;二是墙体转角处破坏;三是楼梯间墙体的破坏;四是楼梯间墙连接处的破坏;五是楼屋盖的破坏;六是山墙破坏;七是施工质量引起的破坏。
(二)钢筋混凝土结构的破坏情况及分析1、结构概念设计和结构体系问题我国现行《建筑抗震设计规范》提出了一系列非常重要的基本要求,即“建筑设计应符合概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案”:“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力绩构的侧向刚度和承载力突变”。
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一、底层框架砌体结构底层框架砌体结构(简称底框结构)可以满足底层设置车库、开设商店等,上层作住宅的要求,建筑性价比高。
经济欠发达地区的住宅和临街建筑普遍采用这种结构。
底框结构上部纵横向墙体多而底层抗侧移刚度小,容易形成“底柔上刚、头重脚轻”的结构体系。
底框结构由于底层侧向变形较大,当底层框架的变形超过混凝土构件的极限变形能力时,框架就会发生倒塌,从而引起建筑物整体坍塌。
因此,对其进行抗震性能分析和抗震概念设计尤为重要。
【15】1.震害特征及原因1)倒塌A.底部框架薄弱层的倒塌产生原因底层框架砖房,上面几层纵横墙间距较密,各层的侧移刚度很大;房屋底层承重框架比较空旷,侧移刚度比上层小得多,房屋刚度沿高度方向突变,形成上刚下柔结构。
在地震作用下,这类结构柔性底层屈服后将产生很大塑性变形,发生“变形集中”现象,而其他各层侧移相对较小。
在地震反复作用下,底层框架会产生较大的塑性积累变形,而一般的钢筋混凝土柱难以达到适应这一变形的延性要求,因而将引起底层严重破坏B.抗震墙的破坏引起的倒塌砌体抗震墙刚度退化带来的地震剪力重分配,使框架承担的地震剪力加大,底部框架依靠柱承担水平地震作用,底层框架柱先于梁进入塑性阶段。
框架柱的破坏发生在柱上、下两端,特别是柱顶如图5所示。
在弯矩、剪力、轴力的复合作用下,柱顶和柱底出现水平裂缝、交叉斜裂缝,严重者会发生混疑土局部压溃,箍筋拉断或崩开,纵筋压屈外鼓呈灯笼状如图6所示。
角柱处于双向偏压状态,受结构整体扭转影响大,受力状态复杂,而受周边横梁的约束相对较弱,因此其震害重于边柱和内柱。
C.结构设置不当引起的倒塌这次地震发现,很多临街建筑底层采用的不是全框架房屋,而是局部框架房屋,或者前半部分为底层局部框架承重,后半部分和两侧山墙为砖墙承重,城市临街建筑大多为“一托四”、“一托五”,村镇临街建筑大多为为“一托二”、“一托三”。
由于结构布置混乱,框架与砖混结构抗侧刚度不一致,尤其前半部分为底层局部框架的房屋,前后抗侧刚度极其不均匀,这类房屋破坏较严重。
主要表现为底层框架柱柱顶出现塑性铰,底层砖墙严重破坏,尤其底层后半部分砖墙承重时墙体破坏十分严重(图10) 。
【24】图10 前面局部底框后面砖混的严重破坏2)底层框架发生扭转上部砌体结构由承重墙(建议采用纵横墙混合承重)将荷载传至底层框架,在砌体框架的转换层处由于荷载传递路径发生变化或中断,导致梁柱节点的受力不均匀,底层框架将产生较大的扭转变形。
此外,结构形式与平面布置的复杂化和多样化致使结构的刚度中心和质量重心不容易重合,迫使结构遭受空间扭转震动。
【15】上部墙体剪切破坏砌体本身所具有的性质以及在施工中存在的质量问题都会削弱砌体结构的抗震能力。
首先,砌体结构自重越大,其承受的地震力也就越大;其次,砌体属于脆性材料,延性差,无论是抗变形能力还是抗剪能力都很弱;此外,砌体结构施工时存在难以控制的质量问题,比如沙浆不饱满或者接茬不好等都会影响砌体的整体性能,在荷载作用下将导致裂缝,抗震能力显著降低。
二、内框结构内框架,指内部为框架承重、外部为砖墙承重的房屋,包括内部为单排柱到顶、多排柱到顶的多层内框架房屋以及仅底层为内框架而上部各层为砖墙的底层内框架房屋,是砖房和框架组成的混合承重结构众所周知, 砖结构房屋具有造价低廉、施工简单的优点, 但其抗震性能较差, 现行国家抗震规范对这类厂房的总高度、层数和横墙间距都作了严格的规定, 这就使一些要求有较大空间的中小型厂房及公共建筑采用砖结构受到了限制。
为了利用砖结构上述优点, 常常采用外墙为砖墙承重、内部为钢筋混凝土框架承重的结构体系, 即多层内框架砖房, 这种结构体系与多层砖房相比, 能提供较大的使用空间, 便于灵活布置与钢筋混凝土结构相比, 充分利用了外砖墙的竖向承载能力, 减少了钢筋混凝土柱的数量。
采用这种结构体系, 可降低造价, 加快施工进度, 目前在中小城市应用比较广泛。
【26】1.多层内框架砖房在地震作用下的工作特征多层内框架砖房在抗震方面有两个特点:一是横墙间距较大, 层高较高, 因而楼盖刚度较低, 房屋整体空间作用差。
二是房屋承重结构的外墙和内框架是由砖砌体和混凝土两种材料构成, 二者刚度和极限变形值相差较大, 在地震作用下的变形不协调。
多层内框架砖房在水平地震作用下的工作可分为两个阶段:在弹性变形阶段, 由于外砖墙的刚度比内框架柱大得多, 绝大部分水平地震剪力由刚度较大的砖墙承担, 而内框架柱分担的水平地震作用较少。
多层内框架砖房的砖墙数量与普通多层砖房相比要少, 因此砖墙的破坏比较严重, 虽然内框架具有较好的抗震性能在此阶段难以充分发挥外砖墙开裂后,其刚度有较大的降低, 变形急剧增加, 房屋进人弹塑性变形阶段, 这时墙柱之间内力重新分布, 砖墙所承担地震剪力的一部分转移到框架上, 框架的内力、变形急剧增加。
综上所述, 多层内框架砖房在地震作用下的破坏, 是从外砖墙到内框架各个击破, 虽然在多层内框架砖房中具有延性较好的框架柱, 但在相同的地震烈度下破坏程度比多层砖房严重。
【26】2.多层内框架砖房的震害概况1.多层内框架砖房的震害(1)承重砖横墙发生交叉斜裂缝,呈现出剪切型强度破坏;9度以上高烈度区,横墙破碎坍塌,导至整个房屋倒塌。
(2)顶层端横墙向外倾斜,情况严重的,端横墙倒塌,端开间屋盖塌落,它表明端横墙因与屋盖连接不牢而发生出平面的稳定性破坏。
(3)外纵墙及其砖垛,在大梁底面或窗间墙的上下端产生水平裂缝,砖砌体局部压碎崩落,呈现了出平面的弯曲型破坏。
此一破坏现象,以顶层外纵墙发生的最多,破坏程度也最重。
此外,当横墙间距较大时,两横墙之间中点处的外纵墙砖垛破坏重,靠近横墙处的砖垛破坏轻。
显示出地震时楼盖水平变形的影响。
(4)外墙上的窗间墙除上下端水平裂缝外,还发生斜裂缝。
(5)房屋阳角处的外墙产生V形裂缝,并伴有双向错位,甚至墙角塌落。
(6)钢筋硷内柱的顶端和底部产生水平裂缝,情况严重的,该处硷酥碎崩落,钢筋压曲。
(7)钢筋硅大梁,在靠近支座的地方产生竖向稍斜的细裂缝。
【28】2.多层内框架砖房的震害规律(1)砖墙平面外弯曲和内框架柱的破坏, 上层重, 下层轻。
(2)砖墙剪切破坏, 下层重, 上层轻。
(3)预制内框架破坏重,现浇内框架破坏轻。
(4)预制楼盖破坏重,现浇整体楼盖破坏轻。
(5)顶层外纵墙砖壁柱出平面弯曲破坏程度最重,而且随着横墙间距的增大而加重,反映出地震时楼盖发生了显著的水平变形。
(6)砖墙破坏重,框架梁柱破坏轻。
表明砖墙是主要抗侧力构件,而且又是房屋中的薄弱部位。
(7)单排柱房屋的砖壁柱破坏重,双排柱或多排柱房屋的砖壁破坏轻,反映了楼盖水平变形影响的强弱,与房屋的长宽比值成正比关系。
【26】【28】三、 单边悬挑外廊式单跨多层砌体房屋【29】该类建筑大多由多道横墙和两道纵墙外加一悬挑走廊构成,楼梯间位于端部此单边悬挑单跨砌体存在着诸多缺陷。
1.结构受力特点结构平面布置不对称,水平荷载作用下,结构发生水平侧移,廊柱轴线变形和侧移显著增加; 竖向荷载作用下,屋盖梁产生的剪力和弯矩传递至悬挑端柱顶,外廊柱截面轴力突然增大生脆性压溃破坏,结构的延性难以发挥。
【29】2.结构抗震性能此类建筑横墙间距过大,横墙偏少,纵墙更少,两个方向刚度比相差较大,且只有单道抗震防线,对抗震十分不利; 外廊悬挑,横墙偏心受力,难于抵御竖向地震。
【29】3.具体表现●这类房屋横向多为3~4 开间,每开间3.3m或3.6m不等,进深6m左右,一般为横墙很少房屋,抗震防线只有单道防线,抗震十分不利;【30】●横向偏心受力,外廊侧倾覆力矩大;纵向质心、刚心偏离,扭转较大。
【30】●房屋高度及高宽比有严格限制:房屋适用高度应比一般砖房降6m,层数相应降两层,宽度不计外廊,实际工程往往超限;【30】●未设置构造柱及圈梁,或虽部分设置但不完整,基本为松散砌体结构,不能有效约束砌体;●横墙多为240mm厚,偏薄,部分工程砖墙砂浆强度等级较低;【30】●纵向门窗洞口多,窗间墙宽窄不一,受力不均,小砖墩往往不符合规范局部尺寸要求;【30】●部分工程外廊侧设一排砖柱,柱上有梁,柱成半承重,受力不明确,砖柱断面有的用240mm ×240mm,十分脆弱;【30】●外廊挑长一般接近或超过2m,竖向地震作用不可忽略;挑梁下部未设构造柱时,下部窗间墙受损较重;【30】●楼屋面板多用予制板,除整体性差,板支承不足易脱落外,地震后普遍产生板板间裂缝,板内刚度保证不了传力。
【30】四、石砌体房屋石砌体结构是我国产石地区常见的结构形式,它以其美观和经济而长期为人们所保留和发展,构成了独树一帜的中国石文化.然而,石砌体的抗震抗剪强度较差,且产石地区多数地处地震区,因此石砌体结构的抗震性能及其应用,一直是人们所关注但又悬而未决的工程问题。
砖石砌体结构震害主要以裂缝为主,下面主要从裂缝的产生部位、产生原因及防治措施等方面做相关分析。
【11】1.结构特征房屋的全部或部分构件(包括基础、墙体、柱、梁、楼板、门窗以及楼梯等)均采用石材加工、砌筑及安装。
2.震害分析研究显示,石材料的脆性性质,抗剪、抗拉、抗弯的强度较低,再加上这些村镇的石结构房屋多数由农村石匠设计和施工,未经正规设计,立面布置不规则,施工方法不合理,砌筑饱满度差异大,砌体整体抗剪强度低,多凭经验采用石柱和石梁承重,无可靠连接,特别是没有进行相关的抗震设计,造成建筑结构普遍存在隐患,使得这类石结构房的抗震性能较差,在发生高烈度的地震时易产生脆性破坏。
3.石砌体裂缝的分类及原因砖石砌体产生的裂缝主要有以下三种情况:沉降裂缝、温度应变裂缝、地震破坏裂缝及结构裂缝。
沉降裂缝沉降裂缝是砌体最常见的一种裂缝。
沉降裂缝可由地基基础沉降和砌体灰缝沉降所引起。
基础的不均匀沉降,改变了砌体下支承反力的分布,在砌体内产生新的附加内力。
砖石砌体抗压强度较大,但抗拉及抗剪强度较小,因而通常在拉应力或剪切应力作用下产生裂缝。
基础沉降的原因是地基王压缩性不同,荷载分布差异过大和砌体构造处理不当等。
因此砖石砌体的裂缝常发生于下列情况:①地基土的压缩性有明显的差异处,尤其是存在着局部软弱地基时。
②分批建造房屋新旧交接处。
③建筑物的高度差异,或荷载差异较大处。
④建筑结构,或基础类型不同处。
⑤建筑平面的转角部位。
⑥建筑物使用维护不当,如地面大量堆集材料,地表水大量浸人地基等。
温度裂缝结构在温度变化时伸长或缩短的定形值(△L)与长度、温差和材料种类有关,结构的温度变形受到约束时,产生温度的应力可导致砌体的开裂。
由于钢筋混凝土屋盖的温度变形和屋盖下墙体的温度变形的差异往往引起墙体的开裂,如内、外墙和横墙端部的斜裂缝,以及沿屋盖支承面墙体上水平裂缝等。