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砌體抗震研究
砌體抗震研究【1】
摘 要：提高砌體的抗震能力，混凝土多孔磚作為一種新型墻體材料，自生產(chǎn)應(yīng)用以來去得良好的經(jīng)濟(jì)與使用效果。
該產(chǎn)品是以水泥為膠結(jié)材料，與砂、石(輕集料)等經(jīng)加水?dāng)嚢琛⒊尚秃宛B(yǎng)護(hù)而制成的一種具有多排小孔的混凝土制品。
關(guān)鍵詞：砌體;抗震;研究
我國大多數(shù)地區(qū)都處于地震破壞的威脅之中。
特別是1976年唐山大地震和2008年5月12日的汶川大地震給我們慘重的教訓(xùn)。
地震后擺在我們面前有兩條出路：一是淘汰磚砌體，一律使用其他材料建造房屋。
但是，顯然不符合我國國情。
因此，只能走另一途徑，即改進(jìn)砌體的抗震性能，提高它的延性和抗倒塌能力，使之能滿足裂而不倒的要求。
一、砌體抗震在工程中存在的問題
1、施工方面存在的問題。
縱向鋼筋上下錯(cuò)位，由于柱筋定位放線時(shí)偏離設(shè)計(jì)位置或磚砌體預(yù)留柱位時(shí)上下樓層位置偏差，其結(jié)果是構(gòu)造柱上下軸心不對位，違反了規(guī)范要求，嚴(yán)重影響了抗震功能;鋼筋搭接不規(guī)范，很多工程的柱筋搭接隨意;箍筋施工存在問題較多，如綁扎間距過大或大小間距不等。
在砌體施工期間，由于成品保護(hù)不好，造成嚴(yán)重滑移、歪斜、松散、合模板前也未修理;不按規(guī)定加密箍筋，按規(guī)范要求，柱與圈梁相交時(shí)，節(jié)點(diǎn)處一定范圍內(nèi)應(yīng)加密箍筋。
而造成了質(zhì)量隱患，還有箍筋彎鉤長度及角度不規(guī)范及拉結(jié)筋的擺放問題等。
2、混凝土施工存在的問題。
在骨料級配，許多施工現(xiàn)場對骨料選配很不認(rèn)真，往往由于骨料過大而出現(xiàn)不密實(shí)和斷條情況;坍落度上施工中因混凝土坍落度過小，流動(dòng)性不好，加之振搗不良，造成混凝土內(nèi)部出現(xiàn)孔洞，表面出現(xiàn)蜂窩、麻面，特別是根部易出現(xiàn)爛根情況;根部清理不凈，很多施工現(xiàn)場不留清掃口或清理不凈，結(jié)果是層層柱根隔層，整個(gè)構(gòu)造柱實(shí)質(zhì)是一個(gè)多處斷條的鋼筋連體柱，且斷點(diǎn)又均在樓面上鋼筋搭接處，這樣柱子不但無法起抗震作用;新老混凝土結(jié)合不良，施工時(shí)這道工序往往被取消，致使新老混凝土界面結(jié)合不良，形成暗縫內(nèi)傷。
3、砌體施工存在的問題。
馬牙槎留設(shè)不規(guī)范，先進(jìn)后退，槎口高度、深度不一，遇內(nèi)外墻丁字砌體節(jié)點(diǎn)時(shí)，內(nèi)墻只留直槎，個(gè)別工程干脆取消馬牙槎;砌體施工時(shí)，擠揉出的砂漿掛在磚口上，往往不清理。
由于每行磚或大或小都有砂漿擠出，相當(dāng)于減小了構(gòu)造柱的有效斷面尺寸。
4、圈梁施工存在問題。
圈梁澆筑不久，強(qiáng)度未達(dá)到規(guī)范要求，而進(jìn)行預(yù)制板的安裝，出現(xiàn)圈梁被踏酥和壓裂現(xiàn)象，影響圈梁質(zhì)量;圈梁在轉(zhuǎn)角處，鋼筋搭接方式錯(cuò)誤，出現(xiàn)“浮筋”或不滿足錨固長度要求;圈梁在樓面或屋面與預(yù)制混凝土梁相交處，鋼筋和圈梁截面均發(fā)生變化(鋼筋數(shù)量減少和圈梁截面尺寸減少)或出現(xiàn)圈梁斷開;圈梁箍筋間距大于規(guī)范要求的箍筋間距，錯(cuò)誤理解保護(hù)層厚度為箍筋外皮到混凝土外皮的距離，導(dǎo)致保護(hù)層過大，截面變些保護(hù)層應(yīng)從主筋外皮算起;圈梁在樓梯間窗洞口等部位出現(xiàn)截?cái)啵礃?gòu)造要求設(shè)置搭接圈梁，使圈梁不閉合;未按設(shè)計(jì)要求施工，出現(xiàn)漏加圈梁或加大圈梁布置間距，超出規(guī)范規(guī)定的圈梁間距要求。
二、 砌體抗震設(shè)計(jì)的基本理論
砌體是脆性材料，變形能力差，抗震潛力小，在地震作用下墻體容易產(chǎn)生開裂。
墻體開裂后，持續(xù)的地面運(yùn)動(dòng)就可能使破裂的墻體發(fā)生平面錯(cuò)動(dòng)，因而大幅度地降低墻體的豎向承載力。
當(dāng)上部的層數(shù)多且重量大時(shí)，已破碎的墻體可能被壓垮，導(dǎo)致房屋整體倒塌。
根據(jù)國內(nèi)外地震震害調(diào)查，多層砌體房屋的抗震能力與房屋的總高度和層數(shù)有直接聯(lián)系，房屋的破壞程度隨高度的增大和層數(shù)的增多而加重，其倒塌率幾乎與房屋的高度與層數(shù)成正比，因此限制多層砌體房屋的高度和層數(shù)是減輕地震的災(zāi)害經(jīng)濟(jì)而有效的措施。
多層砌體房屋，總高度的層數(shù)的限制。
砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度較低，抗彎能力更差，因此房屋在地震作用下的破壞應(yīng)是剪切型，以墻體的受剪承載力來抵抗水平地震作用，不得出現(xiàn)過大的整體彎曲變形。
為了簡化計(jì)算，在多層砌體房屋不做整體彎曲驗(yàn)算條件下，為了保證房屋的整體穩(wěn)定性，減輕彎曲造成的破壞，對房屋的高度和總寬度的比值應(yīng)有所限制。
混凝土多孔磚是一種新型墻體材料，是以水泥為膠結(jié)材料，以砂、石等為主要集料，加水?dāng)嚢琛⒊尚�、養(yǎng)護(hù)制成的一種多排小孔的混凝土磚。
也就是說，混凝土多孔磚外形特征是燒結(jié)多孔磚，而材料性能應(yīng)歸于普通混凝土小型空心砌塊。
用混凝土多孔磚代替實(shí)心黏土磚、燒結(jié)多孔磚，可以不占耕地，節(jié)省黏土;不用焙燒設(shè)備、節(jié)省能耗;制作工藝簡單，施工方便。
混凝土多孔磚的適用范圍，該產(chǎn)品兼具粘土磚和砼小砌塊的特點(diǎn)，外形特征屬于燒結(jié)多孔磚，材料與砼小砌塊類同，符合磚砌體施工習(xí)慣，各項(xiàng)物理、力學(xué)和砌體性能均可具備燒結(jié)粘土磚的條件。
其使用范圍、設(shè)計(jì)方法、施工和工程驗(yàn)收等可參照現(xiàn)行砌體標(biāo)準(zhǔn)，可直接替代燒結(jié)粘土磚用于各類承重、保溫承重和框架填充等不同建筑墻體結(jié)構(gòu)中，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
三、有限元理論及其在工程中的應(yīng)用
隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，早就用于建筑工程的復(fù)雜剛架和航空工程的蒙皮骨架等結(jié)構(gòu)的分析。
但這些結(jié)構(gòu)本身都是明顯地由元件組成，元件的特征可通過經(jīng)典的分析來建立。
雖然整個(gè)分析方法和步驟都與有限單元法相似，也有用矩陣來表達(dá)、用計(jì)算機(jī)來求解，但它與目前廣泛應(yīng)用的有限單元法是有區(qū)別的。
目前只能分析桿系結(jié)構(gòu)，而不能分析本身沒有明顯元件的連續(xù)體。
有限單元法由解決具體工程問題開始，但很快就認(rèn)識到它是彈性力學(xué)中變分問題里茲(Ritz)解決的一種特殊應(yīng)用。
在里茲法中因?yàn)橐谡麄�(gè)求解域中建立試函數(shù)，因此只能解決規(guī)則區(qū)域的少量簡單問題。
而有限單元法是通過分片插值建立整個(gè)求解域的分片連續(xù)函數(shù)，所以具有廣泛的適用性。
也正因?yàn)榇耍邢拊ㄑ杆俚乇煌茝V應(yīng)用于由辯分原理控制的各種連續(xù)域求解問題。
隨著有點(diǎn)單元法理論的發(fā)展與完善，以開發(fā)了許多大型通用有限程序、他們一般包括結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力分析和穩(wěn)定、非線性分析等功能，有的還包括熱傳導(dǎo)、熱應(yīng)力、流體分析等功能、有齊全的單元庫。
利用通用程序，一般的工程問題均可獲得解決。
但這些通用程序常常需要在大型機(jī)上或工作站上運(yùn)行，掌握其應(yīng)用比較困難，某些新研究內(nèi)容可能還不能解決。
因此針對某一特定內(nèi)容開發(fā)各種特殊問題的專用軟件，在充分考慮“可重用性”的前提下，積累與組成有限單元法分析程序庫和可重用“構(gòu)件”庫，對工程應(yīng)用和加快軟件開發(fā)時(shí)很有實(shí)際意義的。
砌體結(jié)構(gòu)建筑抗震設(shè)計(jì)【2】
【摘 要】砌體結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)的墻體材料，在我國的各類建筑中仍占80%以上的比例。
但對歷次地震對砌體震害的調(diào)查分析，得出此種結(jié)構(gòu)在震害中受到破壞較大，究其影響震害的主要因素，提出震害防治的對策和設(shè)計(jì)建議;并提出對砌體抗震的新發(fā)展。
在地震設(shè)防地區(qū)，多層磚混砌體房屋由于組成的基本材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì)，變形能力小，導(dǎo)致房屋的抗震性能較差;因此改善砌體結(jié)構(gòu)延性，提高房屋的抗震性能具有極其重要意義。
根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合自身設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為，砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)上應(yīng)注意以下幾方面。
【關(guān)鍵詞】砌體結(jié)構(gòu);震害;抗震設(shè)計(jì)
多層砌體房屋是我國民用建筑的主要結(jié)構(gòu)類型之一，在我國城鎮(zhèn)建設(shè)中，這類房屋的數(shù)量最多，分布最廣。
在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，雖框架，剪力墻等其他結(jié)構(gòu)形式迅猛發(fā)展，但由于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及人口環(huán)境等的現(xiàn)實(shí)情況，多層砌體房屋仍將是多數(shù)城鎮(zhèn)民用建筑筑的主要結(jié)構(gòu)形式，在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)尤其如此，此類建筑在我國各類建筑中仍占80%以上的比例。
但是這類房屋建筑，由于是由脆性材料的粘土磚和砂漿砌筑而成，在未合理的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震性能一般來說是較差的。
砌體結(jié)構(gòu)多采用粘土磚和混合砂漿砌筑，通過內(nèi)外磚墻的咬砌達(dá)到具有一定整體連接性的目的。
在地震設(shè)防地區(qū)，多層磚混砌體房屋由于組成的基本材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì)，變形能力小，導(dǎo)致房屋的抗震性能較差;因此改善砌體結(jié)構(gòu)延性，提高房屋的抗震性能具有極其重要意義。
根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合自身設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為，在多層磚混房屋抗震設(shè)計(jì)上應(yīng)注意以下幾方面。
1 科學(xué)布局建筑平面和立面
建筑平面和立面的規(guī)整性是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分基礎(chǔ)、重要的內(nèi)容。
抗震設(shè)計(jì)中，建筑平面、立面宜盡可能簡潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。
對于結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則的房屋質(zhì)心與剛度中心往往不容易重合，在地震作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，大大加劇地震的破壞力度;對體型不規(guī)則的房屋應(yīng)注意偏離結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端墻段的抗震驗(yàn)算。
建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕，房屋重心盡可能降低，避免采用錯(cuò)落的立面，突出屋面建筑部分的高度不應(yīng)過高，以免地震時(shí)發(fā)生鞭梢效應(yīng)，同時(shí)應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性。
建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案，即使不可避免時(shí)，也應(yīng)盡量在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，將體型復(fù)雜，平面特別不規(guī)則的建筑布局分割成幾個(gè)相對規(guī)則的獨(dú)立單元。
在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能兼顧建筑造型，又滿足使用功能要求的前提下，將平面布置、立面外觀造型設(shè)計(jì)得較為規(guī)整、簡潔、美觀大方;同時(shí)又能有效地提高工程的抗震性能。
2 對于配筋砌體，主要是對于當(dāng)房屋層數(shù)比較高時(shí)應(yīng)用，對于大量的民用建筑中，應(yīng)用還不是很廣泛，在此我們就不多談了。
但對于永城地區(qū)而言，氣候潮濕、抗震設(shè)防六度，住宅建設(shè)中的通常做法是在地面設(shè)架空層或半地下室，坡屋頂，實(shí)際層數(shù)達(dá)到8層，已超出規(guī)范限值。
規(guī)范中的用詞為“不宜”超過7層，也就是說只要采取合理有效的措施，還是可以實(shí)現(xiàn)的。
具體做法是：
2.1 樓層圈梁層層設(shè)置，截面適當(dāng)加大;
2.2 墻體交接處均設(shè)置構(gòu)造柱;
2.3 構(gòu)造柱間距不大于4米;
2.4 大于米的洞口兩側(cè)設(shè)構(gòu)造柱;
這樣處理的中心意思就是按組合砌體來考慮這類情況。
但這樣處理后，因?yàn)楝F(xiàn)在的住宅設(shè)計(jì)要求較高，平面一般情況下都比較復(fù)雜，縱墻很少有連通的，所以墻體內(nèi)的構(gòu)造柱數(shù)量較大，對砌體本身而言是不利的，所以構(gòu)造柱的截面不能過大，否則達(dá)不到我們要求的結(jié)果。
3 增強(qiáng)砌體房屋的剛度及整體性
房屋是縱、橫向承重構(gòu)件和樓蓋組成的一個(gè)具有空間剛度的結(jié)構(gòu)體系，其抗震能力的強(qiáng)弱取決于結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性。
剛性樓蓋是各抗側(cè)力構(gòu)件按各自側(cè)移剛度分配地震作用的保證。
現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好、水平剛度大的優(yōu)點(diǎn)，是較理想的抗震構(gòu)件，不但可消除滑移、散落問題，增加房屋的整體性，增大樓板的剛度，而且對平面上墻體對齊的要求也可予以適當(dāng)放寬，因作為以剪切變形為主的砌體結(jié)構(gòu)，層間變形是可控制的。
較強(qiáng)的樓板及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件，平面上，當(dāng)上下墻體不對齊時(shí)，現(xiàn)澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用，同時(shí)樓、屋蓋現(xiàn)澆增加了樓板對墻體的約束。
因此，采現(xiàn)澆樓、屋蓋是一種較好的增強(qiáng)樓房結(jié)構(gòu)空間剛度和整體穩(wěn)定性的方法，在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)構(gòu)造柱，并配置些構(gòu)造鋼筋，也能達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的作用;另外，設(shè)置配筋圈梁可限制散落問題，增強(qiáng)空間剛度，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，從而提高房屋的抗震性能。
4 合理布置縱墻和橫墻
多層磚混房屋的主要承重構(gòu)件是縱、橫墻體，在地震中主要由于承重縱、橫墻在地震力作用下產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重者會出現(xiàn)傾斜、錯(cuò)動(dòng)、倒塌等現(xiàn)象，進(jìn)而使房屋造到破壞;所以合理布置縱、橫墻對提高房屋抗震性能起到很大的作用。
多層磚混房屋應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，縱、橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，同時(shí)一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。
房屋的空間整體剛度和整體穩(wěn)定性決定著房屋抗震能力的高低，多層磚混房屋一般采用縱墻或橫墻承重，由于非承重方向的約束墻體少，間距大，因而房屋該方向剛度較弱，空間剛度和整體性均較差，拉震能力低;在高烈度地區(qū)，墻體由于平面外的失穩(wěn)而先行破壞，進(jìn)而引起整個(gè)房屋倒塌。
而在兩個(gè)方向適當(dāng)布置縱橫、墻混合承重的房屋，由于其限制了縱、橫墻的側(cè)向變形，增強(qiáng)了空間剛度和整體性，對承受縱、橫兩個(gè)方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。
墻體布置時(shí)，應(yīng)盡量采用縱墻貫通的平面布置，當(dāng)縱墻不能貫通布置時(shí)，可在縱橫墻交接處采取加強(qiáng)措施，也可在縱、橫墻交接處增設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱，并適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造配筋;必要時(shí)還可以每隔一定高度放置水平拉結(jié)構(gòu)筋如2Φ6@500，以加強(qiáng)房屋整體性，防止縱、橫墻交接處被拉開。
在地震中多層磚混房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔(dān)，不僅要求橫墻有足夠的承載力，而且樓蓋必須具有能將地震力傳給橫墻的水平
5 適當(dāng)增加墻體面積與合理提高砂漿強(qiáng)度
歷次震害表明，多層磚混房屋的抗震能力與墻體面積大小及砂漿強(qiáng)度等級高低成正比，提高墻體面積、砂漿強(qiáng)度等級能有效地提高房屋的抗震能力，是減輕震害的有效途徑之一。
在6層磚混房屋的抗震驗(yàn)算中，上面幾層的地震作用較小，容易滿足抗震承載力的要求，而底部一、二兩特別是第一層的地震作用力較大，是薄弱層，往往不容易滿足要求;但若改變部分墻體的承載面積或適當(dāng)提高砂漿的強(qiáng)度等級，如將部分240mm寬的承重墻改為360mm寬的墻，或?qū)⑸皾{強(qiáng)度等級由M5體高到M10，則在抗震結(jié)果中顯示滿足抗震要求。
可見在進(jìn)行6層磚混房屋的抗震驗(yàn)算時(shí)，適當(dāng)增加底部1~2層墻體面積或提高砂漿強(qiáng)度能有效地提高房屋的整體抗震能力。
6 有效設(shè)置房屋圈梁和構(gòu)造柱
多次震害調(diào)查表明，圈梁是多層磚房的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，可提高房屋的抗震能力，減輕震害。
在多層磚混房屋中設(shè)置沿樓板標(biāo)高的水平圈梁，可加強(qiáng)內(nèi)外墻的連接，增強(qiáng)房屋的整體性。
由于圈梁的約束作用使樓蓋與縱、橫墻構(gòu)成整體的箱形結(jié)構(gòu)，能有效地約束預(yù)制板的散落，使磚墻出平面倒塌的可能性大大降低，以充分發(fā)揮各片墻體的抗震能力。
圈梁作為邊緣構(gòu)件，對裝配式樓、屋蓋在水平面內(nèi)進(jìn)行約束，可提高樓蓋，屋蓋的水平剛度，同時(shí)能保證樓蓋起一整體橫隔板的作用。
圈梁與構(gòu)造柱一起對墻體在豎向平面內(nèi)進(jìn)行約束，限制墻體裂縫的開展，且不沿伸超出兩道圈梁之間的墻體，并減小裂縫與水平面的夾角，保證墻體的整體性和變形能力，提高墻體的抗剪能力。
設(shè)置圈梁還可以減輕地震時(shí)地基不均勻沉陷與地表裂縫對房屋的影響，特別是屋蓋和基礎(chǔ)頂面。
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