地震作用下多层砌体结构房屋的破坏特点及震害启示
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地震对建筑物的结构影响地震是一种自然灾害,给人类社会和建筑物带来了巨大的破坏和伤害。
在地震中,建筑物的结构会面临巨大的挑战,可能导致建筑物的倒塌或受损。
本文将讨论地震对建筑物结构的影响,并探讨几种减轻地震影响的方法。
一、地震会对建筑物的结构造成直接和间接的影响。
直接影响包括地震产生的地表运动和地震波对建筑物的冲击。
地表运动包括水平和垂直两个方向的振动,会导致建筑物产生位移、倾斜和变形。
地震波是地震产生的能量在地球中传播的结果,会导致建筑物受到震动。
这些直接的影响对建筑物的结构造成了巨大的压力和冲击。
地震还会对建筑物的结构产生间接影响。
地震引发的地震波会导致建筑物周围的土地产生液化现象,从而导致建筑物的基础失稳。
此外,地震还可能引发火灾、爆炸等次生灾害,对建筑物的结构造成进一步的破坏。
二、减轻地震影响的方法为了减轻地震对建筑物结构的影响,需要采取一系列有效的措施。
以下是几种常见的方法:1. 结构抗震设计:在建筑物的设计过程中,应该考虑地震的影响,采取合适的结构抗震设计措施,使建筑物在地震中能够承受更大的震动力。
常见的结构抗震设计包括加固建筑物的柱子、梁和墙壁,增加建筑物的刚度和延性,以及设置抗震支撑和防震器等。
2. 建筑材料的选择:选择合适的建筑材料也是减轻地震影响的重要措施。
某些柔性和延性较好的材料,如钢材和混凝土等,能够更好地承受地震的冲击。
与之相反,脆性材料如玻璃和砖块容易破碎,增加了建筑物受损的风险。
3. 地基加固:地震中,地基的稳定性对建筑物的结构非常重要。
通过加固地基,如灌注桩和混凝土加固层等方法,可以增强建筑物和地基之间的连接,提高地基的稳定性和抗震性能。
4. 预制结构:预制结构的建筑物在地震中具有较好的抗震性能。
预制结构是指在工厂中制造建筑构件,然后在现场进行组装。
由于预制构件具有较高的质量控制和施工效率,能够提升建筑物的整体抗震性能。
5. 防灾减灾教育:加强防灾减灾教育,提高公众对地震的认识和应对能力,也是减轻地震影响的重要步骤。
砌体结构房屋在地震中的受力特点及加固要求文章根据作者近年来对多层砌体结构房屋的抗震加固设计体会,分析了砌体房屋在地震时的受力及破坏情况,在此基础上总结提出了加固的布置和要求。
标签:砌体房屋;受力分析;外加构造柱1 前言砌体结构是一种量大而面广的结构形式,但相对于框架结构形式而言,它又是一种抗震性能较差的结构形式,特别是早期大量的无筋砌体结构,实践表明,这种无筋砌体结构在大地震中无一例外不受损严重,如何改进砌体结构的抗震性能,提高它的安全等级,有非常重要的现实意义。
2 抗震加固的目标要求外加构造柱、外加圈梁及拉杆等抗震加固方法可以有效的改善砌体结构的脆性性质,提高建筑物的延性,在实现“裂而不倒”的抗震设防目标中发挥重要的作用。
3 砌体房屋地震时的破坏分析3.1 刚性多层砌体房屋的剪切破坏3.1.1 主拉应力的剪切破坏,或称为斜拉破坏。
一般先在墙体上出现主拉应力的斜向或交叉裂缝,进而裂缝上下端的墙体相互出现滑移、错位、破碎散落,直至丧失承受竖向荷载的能力而倒塌。
3.1.2 水平剪切破坏。
一般沿砌体的灰缝出现通缝截面的水平裂缝,或有水平滑移和错动破坏的位置。
3.1.3 弯剪破坏。
裂缝形式也为水平缝,发生在墙体的上下两端,并往往同时出现受压区的崩裂,刚性砌体房屋的墙体,这种在侧力作用下的弯剪破坏,一般只是当墙体由弯曲变形所产生的侧移大于剪切变形时才明显发生。
3.2 刚性砌房屋的倾覆破坏一般先是在纵墙和横墙之间拉裂,进而墙体在出平面外受弯破坏,墙面向外倾斜,最终失稳而倒塌。
3.3 非刚性砌体房屋的弯曲型破坏因墙体在地震力作用下出现出平面外的弯曲而造成通长的水平弯拉裂缝,裂缝的位置一般出现在楼板面至窗下口的墙体上;在受压面上也可有压崩现象;破坏严重者,墙体向一面倾斜,甚至倾倒。
4 砌体房屋外加构造柱的作用及设置要求4.1 砌体房屋所加的外加构造柱与框架柱不同,其最主要作用不是抗压、抗弯和抗倾覆,其主要作用就是提高墙体的变形能力、结构的延性和加强房屋的整体性,特别是对墙段的塑性变形后的约束作用。
浅谈砌体结构房屋震害情况与抗震构造设计摘要:砌体结构房屋是一种常见的建筑构造形式。
在中、高烈度地震区,砌体结构房屋只要经过认真的抗震设计,通过合理的抗震设计、得当的构造措施、良好的施工质量保证,也能够不同程度地抵御地震的破坏。
本文首先介绍了砌体结构房屋震害情况,然后详细对多层砌体结构房屋的抗震构造措施进行了介绍。
关键词:砌体结构;震害情况;抗震构造;措施砌体结构是由黏土砖、混凝土砌块等砌成的结构,是我国广泛应用的结构形式之一,大量的低层、多层、中高层建筑房屋的基础、内外墙、柱等均可用砖砌体或砌块砌体结构建造,过梁、屋益、地沟等构件也可用砌体结构建造。
由于砌体是一种脆性材科,其抗拉、抗剪、抗弯强度均较低,因而砌体房屋的抗震性能相对较差。
在国内外历次强烈地震中,砌体结构的破坏率相当高。
一、砌体结构房屋震害情况砌体结构房屋抗震性能相对较差,在国内外历次强震中破坏率很高。
砌体结构房屋的受震破坏大致有如下震害现象。
1、房屋倒塌当房屋墙体特别是底层墙体整体抗震强度不足时,易造成房屋整体倒塌;当房屋局部或上层墙体抗震强度不足时,易发生局部倒塌;当个别部件构件连接强度不足时,易造成局部倒塌。
2、墙体开裂、破坏墙体裂缝形式主要是水平裂缝、斜裂缝、交叉裂缝和坚向裂缝。
墙体出现斜裂缝的主要原因是抗剪强度不足。
高宽比较小的墙片易出现斜裂缝,高宽比较大的窗间墙易出现水平偏斜裂缝;当墙片平面外受弯时,易出现水平裂缝;当纵横墙交接处连接不好时,易出现竖向裂缝。
3、墙角破坏墙角为纵横墙的交汇点,地震作用下其应力状态复杂,因而其破坏形态多种多样,有受剪斜裂缝、受压竖向裂缝、块材被压碎或墙角脱落。
4、纵横墙连接破坏一般是因为施工时纵横墙没有很好地咬槎,连接差,加之地震时两个方向的地震作用使连接处受力复杂,应力集中,这种破坏将导致整片纵墙外闪甚至倒塌。
5、楼梯间破坏主要是墙体破坏,而楼梯本身很少破坏。
这是因为楼梯在水平方向刚度大,不易破坏,而墙体在高度方向缺乏有力支撑,空间刚度差,且高厚比较大,稳定性差,容易造成破坏。
地震对建筑结构的影响地震是一种地壳内部发生的振动现象,其能量会传导至地表,对建筑结构造成严重影响。
地震引发的破坏和崩塌不仅对人们的生命财产造成威胁,也对社会稳定产生不利影响。
因此,了解地震对建筑结构的影响成为非常重要的课题。
1.地震波的传播与振动特性地震波是地壳内部能量释放的结果,其传播过程涉及地震波的振幅、频率和速度等因素。
地震波在传播过程中会导致建筑结构发生振动,这些振动会对结构的稳定性和安全性产生不利影响。
2.建筑结构的震害机理地震波传播至建筑结构后,会引起结构发生动态响应,主要包括横向位移、变形、应力集中等现象。
地震波的频率与建筑结构的固有频率相近,就会产生共振现象,从而引发严重破坏甚至崩塌。
此外,地震波的摩擦、弹性回弹等效应也会对建筑结构产生影响。
3.地震对建筑结构造成的损害地震波作用下,建筑结构会出现塑性变形、破坏和倒塌等现象。
常见的地震灾害包括柱子断裂、梁柱连接部位破坏、墙体开裂等。
这些破坏不仅威胁人们的生命安全,还会导致重大经济损失。
4.地震对建筑结构的改进措施为了提高建筑结构的抗震能力,人们采取了许多改进措施。
首先是在建筑设计阶段,采用抗震设计理念和方法,提高结构的刚度和韧性。
其次是采用抗震材料,如钢筋混凝土、钢结构等,提高结构的耐震性能。
此外,还可以通过增加结构的固有阻尼、加装防震装置等方式来提高建筑的抗震能力。
5.地震预防与灾害减轻为了减轻地震带来的灾害,人们不仅关注建筑结构本身的抗震能力,也注重地震预警系统的建设和地震救援的组织。
地震预警系统可以提前几秒到几十秒向人们发出警报,使人们有时间采取适当的避险措施。
地震救援则是在地震发生后及时进行,救援人员利用专业的设备和方法来救助被困人员。
6.地震对建筑结构的挑战与展望地震灾害对建筑结构提出了新的挑战和要求。
未来,建筑结构设计应注重多学科协作,综合考虑地震工程、结构工程和土木工程等因素。
同时,建筑抗震技术的研究和发展也是一个永恒的话题,人们需要不断创新和提高,以应对潜在的地震威胁。
地震作用下多层砌体结构房屋的破坏特点及震害启示
作者:刘景齐
来源:《中国新技术新产品》2010年第08期
摘要:据文献记载,全国城镇民用建筑中以砖砌体作为墙体材料的占90%以上;据有关部门近两年对四川省的16个城镇各类公建房屋统计显示,多层砖房(含底框砖房)所占(面积)比例达89%;特别是县城的这类房屋,预计所占比例在90%以上。
所以,砖房是我国农村房屋建筑的主体。
同时砖房在历次地震中的震害又是严重的,主要是砌体结构设计和施工存在几个方面问题。
关键词:地震作用;砌体结构;灾害分析;抗震措施
1 砌体结构主要存在的抗震问题
缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。
有的在初步设计阶段还缺建筑场地岩土工程的勘察资料,有的在初步设计会审之后就直接进入了施工图设计,缺乏必要的资料造成设计的缺陷。
结构体系设置不当。
如一半采用砌体承重,而另…半或局部采用全框架承重或排架承重;底框砖房中一半为底框,而另一半为砖墙落地承重,这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅,其底层为商店,设计成一半为底框砖房(有的为二层底框),而另一半为砖墙落地自承,造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变,对抗震十分不利。
底框砖房超高超层。
尤其是底层为“家带店”的砖房,高度超过限值Im以上。
抗震设防标准掌握不当或不设防。
有的项目严格应按七度采取抗震措施的,但设计中又按
六度设防,减低了抗震设防标准,造成偷工减料现象;或者有些项目的抗震措施根本就没有设防。
任意更改设计尺寸,造成结构缺陷。
例如,住宅砖房中为追求大客厅,布置大开间和大门洞,有的大门洞间墙宽仅有240mm,并将阳台作成大悬挑(悬挑长度大于2m)延扩客厅面积;部分“局部尺寸”不满足要求时,有的不采取加强措施,有的采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢;住宅
砖房中限于场地或“造型”,布置成复杂平面,或纵、横墙沿平面布置多数不能对齐,或墙体沿竖向布置上下不连续等等。
抗震措施布置不当。
如外墙转角处,大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置;以构造柱代替砖墙承重;山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱;有些项目不采用圈梁,或者只采用半圈梁形式,造成房屋整体稳定性下降。
2 地震作用裂缝类型和形成机理
地震作用主要是对房屋墙体、梁、柱产生相应的荷载分布,造成局部应力集中引起开裂,一旦裂缝宽度较大,材料变形超过允许挠度,造成结构崩塌。
分析裂缝类型及形成机理,有助于提高抗震措施。
2.1 地震裂缝类型、特点
分析表明:地震的裂缝主要与在墙体上且与墙体所在位置有关,例如:在内横墙与外纵墙交界处多为竖向裂缝;窗间墙多为交叉状x型裂缝和为水平裂缝:内横墙或山墙一般多出现交叉状X 型裂缝;在砌体结构房屋四角墙体多为斜向八字型裂缝;高低层错落处则出现墙体水平裂缝;底层框架抗震墙上层砌体结构,在底层窗口上部或者下部出现水平裂缝等。
2.2 形成机理和原因分析
砌体结构的特点是抗剪强度和抗弯强度以及变形能力较低,所以在地震作用下,墙体极易产生裂缝。
在内横墙与外纵墙交界处,特别是墙体接槎的薄弱环节,当地震平行与内横墙作用时,如果该处施工时咬槎质量不佳,外纵墙外闪导致在接槎交界处产生竖向裂缝;当地震平行与外纵墙作用时,如果窗间墙较宽,即其高度比相对较小,此时墙体出现剪切型受力状态,故出现交叉状X 形裂缝;当地震垂直于外纵墙作用时,如果窗间墙较窄,即高度比相当较大,此时墙体出现弯曲型受力状态,故出现水平状裂缝;至于窗肚墙,内横墙和山墙,一般情况下,都属于高度比较小的墙体,当地震水平与上述墙体作用时,都属于剪切状态,故出现交叉状x形裂缝;在高低层错落的部位,由于刚度不同,变形不一致特别是高层部分的墙体较高时,往往在高出部分墙体的下部出现弯曲形的水平裂缝;至于底层为框架砖抗震墙,上层为砌体结构的多层砖混结构,由于底层多为大开间房屋,横墙间距较大,当地震平行于横墙作用时,由于上述节后上刚下柔且当外纵墙窗口较大时,则在窗口上部或下部易出现水平裂缝。
3 抗震措施
汶川地震对于未设防的砌体结构,基本都是唐山地震的重复,按照89规范以后设计的,如果采取圈粱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。
对于砌体结构抗震措施,做几点说明。
建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。
砌体结构平面布置宜规则、对称并具有良好的整体性,纵横墙布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,防止竖向刚度突变,同一轴线上窗间墙宽度宜均匀;对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合,在地震作用下会产生扭转效应,大大加剧地震的破坏力度;对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。
建筑立面应避免头重脚轻,房屋重心尽可能
降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。
历次震害证明,砌体房屋的层数越多,高度越高,它的地震破坏程度越大,所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。
现行建筑抗震设计规范(GB50011-2001)对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定。
在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值,因为楼盖重量占房屋总重的一半左右,房屋总高度相同,多一层楼盖就意味着增加半层楼的侧向地震作用,同时加大对底部的倾覆力矩。
在中、强地震作用下,因倾覆力矩过大,使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏,故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。
增强砌体房屋的刚度及整体性。
房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。
因此,采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法,在适当的部位增设构造柱,并配置些构造钢筋,也能达到增强结构整体性的作用;另外,设置配筋圈梁可限制散落问题,增强空间刚度,提高结构整体稳定性,从而提高房屋的抗震性能。
合理布置纵墙和横墙。
多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体,在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝,严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象,进而使房屋造到破坏;所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。
多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,纵、横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。
房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋
抗震能力的高低,多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重,由于非承重方向的约束墙体少,间距大,因而房屋该方向刚度较弱,空间刚度和整体性均较差,拉震能力低;在高烈度地区,墙体由于平面外的失稳而先行破坏,进而引起整个房屋倒塌。
4 结束语
地震作用给人民的生命财产安全造成的危害是巨大的,如果加强必要的抗震措施,提高施工人员的技术水平,完善抗震施工图集,才能将灾害减少至最低。
参考文献
[1]卢先军,王毅红,苏东君,史耀华;砌体结构房屋抗震性能评价与加固对策[J];长安大学学报(建筑与环境科学版);2004年01期
[2]苏东君;城镇低矮房屋抗震性能分析[D];长安大学;2006年
[3]王桂兰,席斯;安装阻尼器为建筑增加一份抗震保险[N];中国建材报;2003年
作者简介:刘景齐(1977-)男、毕业于石家庄铁道学院房屋建筑专业,长期从事施工管理研究工作。