砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能的分析報告.docx

1、砌體構(gòu)造的抗震性能分析摘要：目前，我國存在大量的砌體構(gòu)造房屋。然而，砌體構(gòu)造的材料和連接方式 決定了其延性較差，變形能力較小，房屋的抗震性能較差，在歷次大地震中都發(fā) 生了嚴(yán)重的破壞。因此，砌體構(gòu)造房屋的抗震性能與加固措施是當(dāng)今構(gòu)造工程學(xué) 科研究的重要課題之，對砌體構(gòu)造抗震性能和加固方法進(jìn)展研究。關(guān)鍵詞：砌體構(gòu)造；抗震性能；加固措施多年來，國內(nèi)外學(xué)者對墻體抗震破壞機(jī)理有不同看法，對墻體抗震剪切強(qiáng)度 的計算方法也存在爭議。而現(xiàn)在的砌體構(gòu)造在材料和構(gòu)造措施上都與過去的砌體 有本質(zhì)上的不同，其墻體抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算也應(yīng)包含各種構(gòu)造措施的影響因素。因此, 進(jìn)一步研究墻體抗剪強(qiáng)度是很有必要的。目前廣泛應(yīng)用的構(gòu)造

2、措施主要有以下幾 種：(1) 增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱。(2) 墻體水平和豎向配筋。(3) 墻體單側(cè)或雙側(cè)增加鋼筋網(wǎng)水泥砂漿抹面。本文擬結(jié)合國內(nèi)外較成熟的研究成果，針對以上所述各種構(gòu)造措施對墻體抗 剪強(qiáng)度的影響程度，分類加以分析、總結(jié)，最后綜合各方面影響因素。1.圈梁、構(gòu)造柱抗剪作用分析1. 1構(gòu)造柱墻體的工作機(jī)理和構(gòu)造柱的作用一、構(gòu)造柱的工作機(jī)理構(gòu)造柱和墻體組成的是一個共同作用的整體(構(gòu)造柱墻體)，而不是兩個構(gòu)件 的組合。在地震作用下，其工作機(jī)理可歸納如下：(1) 構(gòu)造柱的主要作用是提供對墻體的有力約束地震作用是一種反復(fù)水平作用，所以在地震作用下墻體出現(xiàn)穿插的斜向裂縫 (-般稱X形裂縫，如果墻體較長

3、，那么中部會有一水平裂縫)，墻面分成四塊， 兩側(cè)的三角形塊體位移逐漸積累即產(chǎn)生脫落的趨勢，但是構(gòu)造柱能夠約束破碎的 三角形塊體，即使構(gòu)造柱自身上下端出現(xiàn)塑性餃后，仍能阻止破碎墻體的倒塌， 并以破碎墻體承受上部的騷向荷載，在地震反復(fù)作用下，構(gòu)造柱與墻體產(chǎn)生滑移 和摩擦，耗散地震能量，這就是共同作用的重要表達(dá)。(2) 構(gòu)造柱墻體的延性和極限承載力無構(gòu)造柱墻體一旦開裂，荷載就不再有明顯的增加，其開裂荷載與破壞荷載 很接近，延性系數(shù)接近于1,即為脆性。在墻體中設(shè)置了鋼筋混凝土構(gòu)造柱后， 極限承載能力有所提高，脆性性質(zhì)也得到了改善，足尺構(gòu)造柱墻體試驗(yàn)說明，延 性系數(shù)可以提高到2. 5-3. 0,耗能力明

4、顯增大。(3) 構(gòu)造柱增強(qiáng)了墻體構(gòu)造房屋的整體作用鋼筋混凝土構(gòu)造柱不僅增強(qiáng)了內(nèi)外墻的連接整體性，而且與圈梁一起構(gòu)成空 間約束體系(亦稱弱框架或構(gòu)造框架)，明顯增強(qiáng)了房屋的整體性，可以防止地震 下構(gòu)造構(gòu)件被逐個擊破。構(gòu)造柱墻體是一個由磚、混凝土和鋼筋等不同材料組成 的組合構(gòu)件，在地震作用下，它們發(fā)揮各自的長處，構(gòu)造柱對磚墻起了約束箍的 作用，磚墻又對構(gòu)造柱提供了可靠的支承。二、帶鋼筋混凝土構(gòu)造柱多層磚房的抗展設(shè)計要點(diǎn)(1) 當(dāng)多層磚房的高度超過限值時，可采用鋼筋磔構(gòu)造柱予以加強(qiáng)其抗震能 力。建筑物高度增加后，建筑遭受地震力作用產(chǎn)生的破壞可能性也隨之增大。因 此，“加強(qiáng)不是簡單的構(gòu)造作法所能做到的

5、，而應(yīng)該從提高構(gòu)造的抗力入手。 近年來，一些科研、設(shè)計、施工單位和大專院校，通過大量的帶鋼筋玲構(gòu)造柱墻 體的試驗(yàn)研究，證明構(gòu)造柱對增加構(gòu)造的延性；加強(qiáng)磚混構(gòu)造的整體性，提高抗 震能力方面是有顯著效果的。因此，在多層磚房抗震設(shè)計中應(yīng)該把設(shè)置構(gòu)造柱的 墻段作為一種構(gòu)造構(gòu)件來考慮，并計算構(gòu)造柱對墻體抗震能力的影響。(2) 設(shè)置鋼筋校構(gòu)造柱的多層磚房的高度，一般取室外地坪到建筑物的檐品。 當(dāng)建筑物設(shè)有整體剛度很大的全地下室時，且地下室的頂板與室外地面相平或低 于室外地面時，仍按上述一般建筑取其計算高度。但是，如該建筑物設(shè)有管溝或 地下室整體剛度很小時，首層高度可取到管溝底或地下室室內(nèi)地坪。當(dāng)構(gòu)造高度

6、進(jìn)展相應(yīng)變化時，可不必單獨(dú)計算構(gòu)造的自振周期，地震影響系數(shù)。仍取成。(3) 進(jìn)展構(gòu)造抗震技術(shù)設(shè)計之前，首先應(yīng)根據(jù)建筑及使用要求，對多層磚房 設(shè)置鋼筋磔構(gòu)造柱的平面布置方案進(jìn)展比擬。在地震荷載作用下構(gòu)造易遭受破壞 和受力復(fù)雜的位置設(shè)置構(gòu)造柱。如建筑物轉(zhuǎn)角、樓梯間兩側(cè)墻體的端部以及突出 屋頂?shù)碾娞蓍g，水箱房相應(yīng)位置。并旦將建筑物的轉(zhuǎn)角及樓梯間兩處設(shè)置的構(gòu)造 柱作為整個建筑物平面設(shè)柱的控制位置。然后，依據(jù)每開間或隔開間布置構(gòu)造柱。 在能夠充分發(fā)揮構(gòu)造柱與磚墻共同作用的部位設(shè)置構(gòu)造柱。如內(nèi)外縱橫墻交拉 處。構(gòu)造柱與磚墻在多層磚房中是由兒種不同材料如稅、鋼筋、磚等組合成的一 種構(gòu)造構(gòu)件，確切地講是一種組

7、合構(gòu)造構(gòu)件，考慮到人們的習(xí)慣叫法，稱這種組 合構(gòu)造構(gòu)件為帶鋼筋校構(gòu)造柱的墻段。這種組合構(gòu)造構(gòu)件在地震力作用下，發(fā)揮 了兒種不同材料的各自長處。構(gòu)造柱對磚墻起到了約束箍的作用，磚墻對構(gòu)造柱 提供了可靠的支承，即使在極限荷載作用下，墻體被分成四塊三角形的塊體也不 塌落，這時構(gòu)造柱和墻體的咬搓仍保持完好。由此可見與墻聯(lián)結(jié)共同承當(dāng)?shù)卣鹆?的構(gòu)造柱的抗剪能力比同樣截面的獨(dú)立柱有一定的提高。因此，當(dāng)構(gòu)造柱以單獨(dú) 型式作為構(gòu)件存在時，不應(yīng)考慮強(qiáng)度提高系數(shù)。根據(jù)這個原那么在布置構(gòu)造 柱時，應(yīng)盡量將柱設(shè)置在有橫墻并與縱墻交接處。特別是在橫墻間距比擬大時， 如橫墻間距8m,構(gòu)造柱排列可能在有橫墻處，也可能排列在無

8、橫墻處°1.2圈梁的作用圈梁是沿建筑物外墻四周及局部或全部內(nèi)墻設(shè)置的水平連續(xù)封閉的梁，其主 要作用是：加強(qiáng)縱橫墻的聯(lián)系，提高建筑物的空間剛度和整體性，抵抗振動 荷載和水平荷載（如風(fēng)荷載、地震荷載等）。起水平箍的作用，增強(qiáng)建筑物的水 平剛度，減小墻柱的壓屈長度，提高墻柱的穩(wěn)定性。通過與構(gòu)造柱的配合，對 砌體形成封閉框約束墻體，使其有較高的變形能力，當(dāng)墻體開裂以后，以其塑性 變形和滑移、摩擦來耗散地震能量，圈梁和構(gòu)造柱在限制破碎墻體散落方面起著 關(guān)鍵的作用。由于摩擦墻體能夠承當(dāng)豎向壓力和一定的水平地震作用，因而保證 了房屋在罕遇地震作用下不致倒塌，從而提高了墻體的抗震能力和承載力。1.

9、3帶鋼筋混凝土構(gòu)造柱磚墻足尺墻片的試驗(yàn)研究為了評定帶鋼筋混凝土構(gòu)造柱磚房的抗震性能，必須知道作為這類構(gòu)造的根 本單元一單片墻體在往復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能。為此，國內(nèi)外進(jìn)展了大量帶構(gòu) 造柱磚砌體大尺寸足尺墻片的試驗(yàn)，研究了它的變形能力、破壞機(jī)制和恢復(fù)力特 性。斯洛文尼亞的MIHA和IZTOK兩人于1997年作的高寬比為1. 5的帶構(gòu)造柱 和無筋砌塊墻體的比照試驗(yàn)比擬有代表性，試驗(yàn)結(jié)果說明，試件開裂后滯回環(huán)呈 反S形，荷載雖然下降，變形仍然有較大增長，具有鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪的某些 特性。這與國內(nèi)一般研究結(jié)果認(rèn)為構(gòu)造柱對砌體抗剪承載力提高不大，一般僅在 20% 40%之間有很大不同，看來，不同國家采

10、用不同的試驗(yàn)方法和不同的國家 標(biāo)準(zhǔn)得出的試驗(yàn)結(jié)果可能有很大差異。2配筋砌體抗剪強(qiáng)度2.1剪切破壞機(jī)理分析配筋砌體在水平層間剪切荷載作用下，到達(dá)極限荷載之前大致經(jīng)歷了兩個階 段，即彈性未開裂階段和彈塑性開裂階段氣開裂以前，鋼筋應(yīng)力很小，當(dāng)?shù)竭_(dá)砌體開裂荷載時，因磚或砌塊與砂漿間的 抗剪強(qiáng)度缺乏，產(chǎn)生沿灰縫的階梯形斜裂縫(AB),見圖1.1。裂縫截面處，因切 向粘結(jié)強(qiáng)度的喪失，砌體承受的這局部內(nèi)力主要由鋼筋承當(dāng)，故出現(xiàn)裂縫的瞬間, 鋼筋內(nèi)力突增；對丁水平鋼筋為拉力，豎向鋼筋為剪力，裂縫兩側(cè)鋼筋與砌體之 間應(yīng)力也突然增大；對水平鋼筋為粘結(jié)應(yīng)力(見圖1.2a),這兩種應(yīng)力和鋼筋內(nèi) 力在近裂縫處最大，隨距

11、裂縫截面的距離增大而減小，砌體承受的剪應(yīng)力那么增 大。隨著荷載繼續(xù)增加，斜裂縫AB將繼續(xù)向墻體兩個角端延伸。同時，鋼筋傳 遞給未開裂砌體的剪力也隨之增大，使抗剪能力較弱的截面處產(chǎn)生與AB斜裂縫 大致平行的新斜裂縫EF、IJ(見圖1.1)。這樣，墻體將不斷地產(chǎn)生新裂縫。當(dāng)這 種剪力缺乏以使兩條裂縫間的砌體沿灰縫開裂時，裂縫間距趨于穩(wěn)定。當(dāng)極限荷 載時，主斜裂縫CABD沿對角線方向貫穿整個墻面。對高寬比H/B<1墻體，主斜 裂縫由中部一段水平裂縫和與水平面大致成45度角的兩個角端階梯形斜裂縫組 成，此時，僅在墻體中部斜裂縫處少量鋼筋可以到達(dá)屈服強(qiáng)度。(a)裂縫處水平鋼筋拉力傳遞(b)裂縫處豎

12、向鋼筋剪力傳遞 圖1.1墻體斜裂縫分布圖圖1.2水平和豎向鋼筋應(yīng)力分析3鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固墻體3.1工作機(jī)理在砌體構(gòu)造中墻體兩側(cè)增加鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層，主要應(yīng)用于地震后破壞房 屋的加固方面，在國內(nèi)外都有很久的應(yīng)用歷史，研究成果也比擬豐富，但這種 方法作為一種構(gòu)造措施，同樣可以應(yīng)用于原墻體，起到增強(qiáng)抗震能力的作用。具 體概括為以下幾個方面：(1) 鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固磚墻后，抗剪能力比原磚墻提高一倍至兩倍以 上，其提高的幅度隨著砂漿成層的厚度和強(qiáng)度及網(wǎng)片的配筋量而變化，但不成正 比，其中增加鋼筋用量對提高抗剪強(qiáng)度不如增加砂漿成層的厚度明顯。(2) 鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固磚砌體可以提高墻體的

13、剛度，其提高幅度隨砂 漿成層的強(qiáng)度和厚度不同而變化：鋼筋網(wǎng)片對墻體剛度的提高所起到的作用不 大，可以忽略。加固面層使墻體剛度提高的幅度與抗剪強(qiáng)度提高的幅度根本接近。 略大于強(qiáng)度的提高。(3) 鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固可以改善墻體在水平和垂直荷載共同作用下的 變形性能，提高墻體延性，使墻體在較大的水平荷載作用下裂而不倒，并能穩(wěn)定 承受一定的水平荷載，鋼筋網(wǎng)片在提高墻體延性方面起主要作用。(4) 鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固既適用于原墻體，又適用于開裂墻體，兩者用 同樣的方法加固后的性能極為接近。(5) 磚砌體、砂漿面層、鋼筋網(wǎng)三者在墻體受水平荷載和垂直荷載作用下， 在墻體開裂前水平荷載主要由磚砌體和砂漿

14、面層承當(dāng)，鋼筋發(fā)揮的作用較小，墻 體開裂后，水平荷載由三者共同承當(dāng)，鋼筋中的拉應(yīng)力迅速增大，有局部鋼筋到 達(dá)屈服，網(wǎng)片中的橫筋和豎筋在提高墻體的抗剪能力方面發(fā)揮的作用根本一樣。 4結(jié)語砌體構(gòu)造抗震性能不好，主要表現(xiàn)在砌體抗震墻抗震能力、變形性能的缺乏, 以及房屋整體性不好。針對砌體構(gòu)造的加固方法主要也就是解決上述問題。本文 通過對鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法、增設(shè)圈梁(構(gòu)造柱)加固法的工作機(jī)理的闡 述，為砌體構(gòu)造的抗震性能分析與構(gòu)造措施提供了依據(jù)。為進(jìn)一步的研究砌體構(gòu) 造抗震措施提供了可行性的價值。參考文獻(xiàn)：1. 林宗凡：多層磚房構(gòu)造柱設(shè)計原理分析，住宅科技，1996年第12期徐國明：多層磚砌體構(gòu)造圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置綜述，建筑構(gòu)造，1995年第2期2. MIHATO