民用房屋设计中,抗震设计是房屋结构设计中的重要组成部分,其设计的水平及合理与否直接决定房屋的质量。目前我国民房存在大量的砖混结构房屋,原因是这种建筑结构易于取材、施工简单且成本低、工期短,可节省水泥、钢材和木材,不需要模板,耐火性耐久性较能好,因此被我国的大多数民用建筑所采用。但是砖混结构的材料及连接方式决定了其延性较差,变形能力小,房屋的抗震性能较差。在历次大地震中都发生了严重的破坏,比如说2008年发生的汶川大地震和2010年发生的玉树大地震中,绝大多数砖混结构发生倒塌,没有倒的,全部开裂成为危房,尤其是教学楼,房屋开间大,房屋面积大,墙体面积小,结构单薄,抗震性能较差,对其抗震的加固也就尤为重要。 综上所述,民用房屋结构设计中抗震技术的应用有着较为重要的地位和作用。近年来,砖混结构朝着轻质、高强、大型化、多功能的材料方面发展,设计人员希望研究出更合理的结构设计和构造类型,以适应多层、高层建筑和地震区的要求,通过相关的结构设计、把握抗震原理来较大程度地减少地震所带来的灾害,通过抗震鉴定与加固增强房屋的抗震能力,为人们提供安全的有**的居住环境。
二、建筑物的抗震设计
**,在建筑物的平面和立面布置上要求结构质量中心与刚度中心保持一致, 建筑物的平面和立面都应做到规则、简洁。如果建筑物的平面布置不规则,其质量中心与刚度中心往往较难重合,在地震发生时会产生强烈的扭转效应,地震的破坏力度将明显加剧。建筑物的设计方案应尽量避免出现头重脚轻的立面、偏高的重心、错落的立面结构等问题,同时还应严格控制建筑物结构竖向强度和刚度的均匀性,尤其是**屋面建筑部分的高度不能过高,以避免在地震发生时产生鞭梢效应。为了达到抗震的要求,建筑物不应有过多的不规则设计,如果不得不做不规则设计的时候,应该在建筑物的相应部分设置防震缝伸缩缝,这样既能实现建筑物造型的美观、简洁、大方,又能保证建筑物有较好的抗震性能。*二,要保证所有砖砌体房屋的高度和总层数复合抗震标准,因为,砌体房屋高度越高,层数越多,地震中受到的破坏程度就越大。*三,增强砌体房屋的刚度及整体性来提高抗震性能,可以通过使用在建筑物恰当的部位增加构造柱、添加构造钢筋、设置配筋圈梁等办法和措施来实现。*四,适当增加墙体面积合理提高砂浆强度,多层砖混的房屋其抗震能力和墙体面积有着直接的关系,同时和所使用的砂浆强度也有着密切关系。要提高房屋的抗震能力,可以通过提高墙体面积以及科学合理地提高砂浆强度级别来实现。通过有关调查数据表明,对于六层的砖混结构的房屋,其**层的抗震能力较好,基本很少受到地震的危害,而位于建筑底部的一层及二层,是抗震能力较薄弱的层数,因此,可以提高其墙体面积和砂浆强度等级来实现加强抗震能力的效果。比如可以将墙体由240mm增强为360mm,砂浆等级由原来的M5提高到M10,这样就提高了底部薄弱层的抗震能力和抗震效果。因此是一种比较操作方便的减轻震害的有效途径之一。
三、建筑物的抗震加固 当遇到较大地震,如果拆旧建新费用较大,为了确保人民财产安全,充分利用原有旧房,节省开支,我们对旧房进行抗震鉴定,加固处理是十分必要的。对于建筑物的抗震加固可以采用植筋技术及相关节点构造措施,对砖混结构房屋增设构造柱,钢圈梁及钢拉杆进行加固,增加构造柱和钢圈梁可以提高结构的整体性和抗震能力。另外,中国建筑科学研究院等单位开发了钢筋网水泥砂浆面层加固技术,加固砖墙, 它是对开裂或未开裂墙体实施单面或双面加固,以提高其抗震性能的一种有效的加固方法。实践证明,凡是在震前经过抗震鉴定与加固的建筑,在地震中损坏程度明显轻于未加固的建筑,随着结构加固理论与技术的研究与应用,国家逐步发布了有关结构加固的规范规程,《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009《房屋建筑抗震加固》09SG619《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-2009《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006等。
由于砖混结构选材方便,施工简单,工期短,造价低,耐火耐久性能较好,因此,迄今为止,多层砖混结构房屋是我国现存既有民用建筑中主要的结构形式之一,约占我国既有民用建筑总量的百分之六十以上。然而,由于组成砖混结构的基本材料和连接方式决定了其脆性性质,变形能力小,导致房屋的抗震性能较差,因此砖混房屋在历次地震中的震害比较严重。为了确保人民生命财产的安全,充分利用原有旧房,对旧房分期分批进行抗震鉴定,对不符合抗震要求的进行加固处理,以满足抗震设防要求,是十分必要的。我国人口众多,地震灾害频繁,因此,多途径研究和探索既有建筑物的抗震加固方法,对保证国家和人民的财产和人身安全具有重大的社会意义和经济意义。
二、砖混结构房屋震害破坏的原因分析
从许多有关震害破坏实例、破坏试验和有关资料分析研究中可以发现,多层砌体结构房屋震害破坏的主要情况有以下几方面:
2.1 承重横墙的破坏特征及成因分析。
承重横墙破坏情况主要表现在由剪切变形引起的剪切破坏,一般呈斜向交叉的x型,也即通常所说的交叉裂缝。当墙体高宽比不同时,裂缝的变形形式也有所不同。多层砌体建筑的承重横墙破坏具有以下特点:
2.1.1 一般表现为底层横墙比上层横墙破坏严重,且大部分发生在底层,特别是当上层结构无大开间时尤为严重;
2.1.2 横墙破坏与圈梁设置有重要关系。调查资料表明,遭受震害的砖混结构房屋,在上下圈梁间墙体往往会发现锯齿形塌落破坏,说明圈梁设置对墙体有显着地约束作用。
圈梁可增强纵横墙连接,增加建筑整体性及整体刚度,增加墙体稳定性,提高墙体抗剪能力,约束墙面裂缝开展,抵抗建筑不均匀沉降对建筑造成破坏等;
2.1.3 与横墙门洞大小及布置的影响。横墙墙肢是以其抗侧移刚度的比例来分别承担水平地震作用的。因此,砖墙开洞要适当控制且洞口位置尽量上下对齐,保持一致。开洞位置不能影响纵横墙体整体连接、不要在砖墙上任意预留施工洞。
2.1.4 墙体之间的连接是通过砂浆实现的,砌筑砂浆具有一定的抗压强度,但抗拉强度只有抗压强度的1/10左右,无法抵抗地震时因地震剪力而产生的拉应力,从而使得墙体产生裂缝并*扩大。
三、房屋加固纵墙的破坏特征及成因分析。
纵墙破坏形式有以下几种情况:
2.2.1 外纵墙整片倒塌。主要原因是施工中内外墙没有同时咬槎砌筑,交接处留有直缝或马牙槎;
2.2.2 外纵墙窗间墙剪切破坏。其破坏情况与承重横墙破坏情况相似且多发生在底部1—2层墙体,主要原因是窗间墙抗剪能力较差,外纵墙受内横墙**推破坏。
2.2.3 墙角的破坏特征及成因分析。
墙角破坏主要原因是地震对建筑扭转作用在墙角*产生应力集中,加之墙角位于建筑尽端,建筑对它的约束作用相对偏弱,其破坏形式按墙肢高宽比不同而不同。特别当建筑端部存在在楼梯或大开间建筑,由于其整体刚度相对较弱,墙角破坏更为严重,甚至会出现天棚墙角被局部抛出,也即通常说的“鞭端效应”的现象,危害特别严重。
2.2.4 楼梯间墙体破坏。
大量震害调查资料表明,楼梯间部位的墙体破坏往往比其它部位墙体破坏严重的多,而楼梯构件本身则很少破坏。其主要原因是由于该部位墙体横向支撑较少,其整体刚度相对较弱,从而导致该部位*产生较大变形而破坏。特别是当楼梯设置在建筑端部时,这种破坏更为明显。
2.3 砖混结构房屋抗震加固机理分析
从结构抗震机理出发,抗震加固可以分为减小地震作用加固法、增大结构抗震能力加固法、多道防线抗震加固法。其加固机理如下:
2.3.1 减小地震作用。它主要是通过增大结构周期或加大结构阻尼来实现,一般应用于大型公共建筑的抗震加固,如北京火车站*大厅、北京饭店西楼的抗震加固等。
2.3.2 增大结构抗震能力。如增大墙体抗震性能的外包钢筋混凝土面层(俗称夹板墙加固法)、钢筋网水泥砂浆面层加固法、及砖柱外包加固等构件加固法;增设圈梁、构造柱及钢拉杆的整体加固法;通过增设抗震墙的区段加固法来提高房屋的抗震能力等。这些方法施工相对简单,大量应用于多层的砖混结构当中,尤其是民用建筑中。
四、建筑房屋加固-建筑加固公司
增设构造柱,能显着提高砖砌体的延性。延性的提高意味着房屋抗震能力的提高,特别是构造柱与各层圈梁一起形成砖墙的边框,可箍住开裂的墙体,阻止裂缝进一步开展,限制开裂后墙体的错位,使砖墙的竖向承载力不至于大幅度地下降,从而防止砖墙的坍塌。另外,设置构造柱,可增大房屋的抗侧向变形能力。在墙体开裂后,以其塑性变形和滑移、摩擦来消耗地震能量。特别是构造柱在限制破碎墙体位移方面具有**的作用,它使墙体被约束在其自身的平面内滑移,若摩擦作用继续存在,墙体仍能承担竖向压力和一定的水平地震力,这就是对砖混结构在大地震时所企求的目标—裂向不倒。
增设圈梁的加固机理有如下几个方面:
(1)加强房屋的整体性。由于圈梁的约束作用,减小了预制板散开及墙体出平面倒塌的危险性,使纵、横墙能保持为一个整体的箱形结构,可充分发挥各片墙体的平面内抗剪强度,有效抵御来自任何方向的水平地震作用;
(2)圈梁作为楼盖的边缘构件,提高了楼盖的水平刚度,同时箍住楼(屋)盖,增强了楼盖的整体性;
(3)圈梁可限制墙体斜裂缝的开展和延伸,使墙体裂缝仅在两道圈梁之间的墙段内发生,使墙体的抗剪强度得以充分发挥,使墙体的稳定性得到提高;
(4)圈梁可减轻地震时地基不均匀沉陷对房屋的影响;
(5)圈梁可减轻和防止地震时的地表裂隙将房屋撕裂。