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【論文摘要】總結分析了受力裂縫及非受力裂縫的不同狀態及產生原因,結合工程經驗提出控制裂縫的措施。
1簡介
磚石材料是房屋建筑中采用較廣泛而經濟的地方材料,因寧夏當地的地質環境及條件,砌體結構在寧夏的建筑工程中使用的很多。磚石材料具有良好的耐火性,材料便宜,方便取得,施工工藝簡單,工期短等優點。但砌體結構也存在一定的缺點,裂縫就是其中較為嚴重的問題,磚砌體出現裂縫,輕者影響外形美觀和使用功能,損害結構整體性,降低工程壽命,重者使建筑失去使用價值,甚至倒塌。
2裂縫的類型及成因
產生砌體結構裂縫的原因很多,如不均勻沉降、溫度變化導致的熱脹冷縮、干縮變形等,或是各種因素的綜合作用結果。按裂縫的成因,墻體裂縫可分為受力裂縫和非受力裂縫兩大類。各種直接荷載作用下,墻體產生的裂縫稱為受力裂縫,而砌體因收縮、溫度、濕度變化、地基沉陷不均勻等引起的裂縫是非受力裂縫,又稱為變形裂縫。
2.1受力裂縫受力裂縫的產生主要是砌體結構設計中墻體在外荷載作用下的承載力沒達到規范所要求的強度,墻體由于外荷載產生的內應力超過了墻體自身可承受的極限而開裂。受力裂縫破壞基本上分為受壓、受拉、受彎和受剪破壞:①受拉破壞時裂縫成豎向平行分布。②受拉破壞時可分為沿齒縫開裂和沿墻面垂直開裂。當磚塊的強度等級較高而砂漿的強度較低時,磚體的抗拉強度大于該切向的粘結強度,砌體沿著與砂漿的交接面處處形成齒狀裂縫,墻體開裂破壞。反之,磚體的抗拉強度小于交接面處的粘結強度,易形成自上而下貫穿墻體的垂直裂縫,墻體開裂。③受彎裂縫破壞與受拉相似。④砌體局部受壓是常見的一種受力狀態,如基礎頂面的墻、柱的支撐處,梁或屋架端部的支撐處。
2.2非受力裂縫非受力裂縫又分為溫度裂縫及基礎不均勻沉降裂縫等。
2.2.1溫度裂縫溫度裂縫產生機理:對于磚砌體結構,混凝土由于溫度改變而引起的變化是砌體的兩倍。當外界溫度升高時,混凝土頂蓋變形大,墻體變形相對較小,導致磚砌體和混凝土屋蓋之間產生約束應力。使屋蓋受壓,墻體受拉、受剪。當約束條件下溫度變形引起的溫度應力足夠大時,墻體就會產生溫度裂縫。
2.2.2斜裂縫常見于建筑物頂層兩端內外縱墻門窗洞的上下角上,對稱產生,呈八字形,向下一層的斜裂縫比頂層裂縫小。這主要是由于屋面變形受到墻體的約束,屋面板對墻體頂端產生水平推力,使墻體與屋蓋的接觸面受剪。而剪力與屋蓋挑檐或女兒墻的垂直壓力構成了墻體雙向應力,當主拉應力大于墻體的抗拉強度時,墻體便開裂。沿墻體分布的剪力大致為兩端大,中間小,由于端部正應力小,其主拉應力接近于剪應力,使橫墻及內外縱墻端部出現八字形裂縫。
2.2.3豎向裂縫常見于門窗間墻上,情況嚴重的還會延至以下幾層,甚至出現貫通房屋全高的豎向裂縫。這是因為從屋蓋傳給墻體的主拉應力,在門窗洞口處約為平均應力的兩倍,窗間墻一般比較薄弱,當窗過梁擱置在窗間墻的兩端,擱置處受過梁傳來的局部壓力較大,過梁在熱脹冷縮的作用下,引起窗間墻受拉、受剪的動力較大,易產生垂直豎向裂縫。
2.2.4水平裂縫常發生在頂屋圈梁下的水平磚縫中,有的在建筑四角形成包角裂縫,即會在兩端間四周墻上有一圈水平裂縫。當縱墻門窗洞口多時,水平裂縫常發生在門窗洞口上的磚縫中。以上兩種裂縫是由于屋蓋的熱脹冷縮作用,墻體內產生水平軸壓力和偏心彎矩,當應力大于砌體的拉力時,在薄弱的水平磚縫中就會產生水平裂縫。
2.3地基不均勻沉降裂縫地基不均勻沉降的裂縫的形態是多種多樣的,有的裂縫尚隨時間長期變化,裂縫較寬。沉降大處地基會產生局部凹陷,此時其上部荷載只能由磚砌體承擔,則磚砌體上產生了附加拉力和剪力,當該應力大于磚砌體的承載能力時會出現裂縫。這類裂縫大多會發生在底層,在頂層大量的豎向裂縫或接近豎向裂縫,在底層多數為斜裂縫。
2.3.1斜裂縫常見于房屋底部,通過門窗口,與地面成45°角,少數有可能向上延伸到二層。這類破壞可近似的按彎曲破壞進行分析,如建筑中部沉降大,而端部沉降小,使建筑物產生正彎矩,結構中下部受拉,端部受剪,墻體由于剪力形成的主拉應力破裂。
2.3.2豎向裂縫常見于底層窗下墻的中部,裂縫上端寬下端細。原因是窗下墻兩端在窗間墻上部的集中荷載作用下,使窗下墻的兩端受的壓力大,地基壓縮下降量大,而中部向上彎曲,產生彎曲裂縫。
2.3.3水平裂縫窗間墻上下沿灰縫常出現水平裂縫,沉降大的一端,在窗間墻的下面灰縫中產生水平裂縫,沉降小的一端水平裂縫在窗間墻的上面。究其原因,建筑物沉降單元上部受到阻力作用時,使窗間墻承受較大的剪應力,當剪應力大于砌體的抗剪強度時產生裂縫。
3裂縫的控制措施
大量工程實踐表明,控制裂縫應該防患于未然,特別是在設計時就要考慮如何預防裂縫的產生。磚砌體由于本身的特點,對于不均勻沉降和溫度應力都很敏感,一旦出現了裂縫就無法嚙合,當危及到安全時還要采取加固措施,既影響美觀又影響使用,有的即使進行了加固也不能恢復其本來面貌,因此對磚砌體的裂縫問題,應著眼于預防,把癥害消除在發生之前。根據以上分析,提出以下幾點預防措施:①為增強外縱墻及內縱墻的抗剪及抗拉能力,控制裂縫出現,外縱墻厚度宜采取370mm,內縱墻厚度宜采取240mm,增加墻的厚度后,圈梁和構造柱仍占一磚墻厚,使圈梁和構造柱不暴露在大氣中,有利于控制溫度應力引起的墻體裂縫。②在現澆屋蓋部分及現澆挑檐,每隔15米左右設后澆縫一道,縫寬600~800mm,縫內混凝土斷開,鋼筋不斷,待主體結構完成需做保溫層前,再灌注混凝土,混凝土強度提高一級,并加膨脹劑。磚混結構頂層墻體裂縫早已引起人們關注,實踐證明,采取和不采取預防措施截然不同,一般采取措施后不再出現裂縫,而且預防裂縫方法簡單,施工方便,增加工程造價不多,效果顯著。
4加固處理方法
采取砌體灰縫中嵌筋法:將裂縫墻體灰縫剔除,用空壓機吹掃干凈灰縫,用結構膠將φ6鋼筋嵌入灰縫中,外抹水泥砂漿保護層,可有效抑制墻體裂縫達2倍以上強度。此方法施工簡單且有效提高了磚砌體抗裂縫能力。砌體墻外貼鋼筋網片,噴射細石混凝土,增加磚砌體整體剛度,抑制裂縫發展,但此方法施工工藝復雜,施工作業面大,施工周期長。綜上所述,施工中應采取多種方法結合的措施減少溫度縫的產生,產生裂縫后可根據現場情況進行加固補強。
關鍵詞:砌體 結構 研究
砌體結構在我國的發展歷史
1.1砌體結構的概念
由磚、石、或者各種砌塊用膠結材料砌筑而成的結構,成為砌體結構。
古人類自從山洞、叢林中移居出來后,就開始學習和使用砌體用來搭建房舍、構筑圍墻,像西安的大雁塔、河北省的趙州橋是古代勞動人民勤勞與智慧的結晶,也是應用砌體結構的典范,遺存至今的古城墻也是砌體結構應用的杰作。
1.2砌體結構的種類
按照不同的分類方法,砌體結構可以有若干不同的種類:按照使用材料的不同,可以分為磚砌體、石砌體、砌塊砌體;按照砌筑型式可以分為實心砌體和空心砌體;按其所起的作用可以分為承重砌體和非承重砌體;按照配筋程度可以分為無筋砌體、約束砌體和配筋砌體。
1.3砌體結構的特點
無論是在地震幾度設防區,抑或在多層或者中高層建筑中,砌體結構都有著廣泛的應用,也是世界上非常受重視的一種建筑結構體系,是與其固有特點分不開的,與鋼結構相比,砌體結構可以大量節約鋼材,造價低;與混凝土結構相比,無論是無筋砌體還是配筋砌體,施工時一般不需要模板,工藝簡單,施工迅速簡便;此外,砌體結構具有良好的耐久性、耐火性,以及較好的化學穩定性和大氣穩定性。誠然,砌體結構也有自己的缺點,自重大、體積大,砌筑工作較為繁重。
正因為砌體結構的上述優點,,砌體結構得到了廣泛應用,尤其是改革開放以來,各種型式的砌體結構有了較快發展,采用了各種承重和非承重空心磚,非燒結硅酸鹽磚和各種砌塊,目前我國墻體結構中砌體約占90%以上,砌體結構是我國建筑工程中最常用的結構型式。
2砌體結構的受力分析
砌體在構筑物中主要有圍護隔斷和承重作用,一般來說,在砌體結構中,砌體的受力主要考慮它的抗壓性能,而抗彎、抗拉、抗剪受力較為少見。而非承重結構,則不考慮它的受力作用。如前所述,砌體在結構中主要考慮它的軸心抗壓性能。砌體軸心受壓破壞大致經歷三個階段,第一階段加載約為破壞荷載的50~70%左右,砌體內的單塊砌塊出現裂紋,此時,如果停止加載,則裂紋不會繼續發展。如果繼續加載達到破壞荷載的80~90%時,砌塊的裂紋也將繼續發展,單塊砌塊的個別裂紋將連接起來形成貫通的豎向裂紋,其特點是此時停止加荷,裂紋仍將繼續發展,此時砌體的變形破壞類似于鋼材在超過屈服力后的情形,既在保持原有荷載力的情況下,破壞會繼續發展。通常情況下,認為砌體是處在長期荷載作用下工作,所以此時就是砌體結構破壞的實際階段。
分析砌體結構的破壞過程,就是為了提高它的抗破壞能力,應當從三個方面來考慮提高砌體的抗壓性能。
2.1提高塊材和砂漿強度,塊材和砂漿強度是決定砌體抗壓強度的主要因素,砌塊的破壞主要是由于受剪力作用引起的,因此,除了對砌塊的抗壓性能有所要求外,還應當有一定的抗彎折強度。
2.2改善砌筑砂漿的性能,除了保證砂漿的強度外,砂漿的工作性能也是非常重要的指標,砂漿的流動性和保水性能好,不但降低勞動強度和減少浪費,同時易鋪砌厚度均勻和保證密實性,這樣可以降低塊材在砌體結構內的彎剪應力,提高砌體強度。
2.3提高砌筑質量,首先要使用外觀規整的塊材,保證每塊塊材的受力均勻,這樣塊材的砌體中所受應力較小,其次要保證灰縫的厚度均勻性和飽滿度。塊材表面愈平整,灰縫厚薄愈均勻,砌體的抗壓強度可提高。當塊材翹曲時,砂漿層嚴重不均勻,將產生較大的附加彎曲應力使塊材過早破壞。
3、砌體結構常見問題
3.1砌體強度不足。造成砌體強度不滿足設計要求的原因是多方面的,例如施工質量查,砂漿標號不夠,砂漿飽滿度不夠,砌塊原材料質量不滿足要求,結構設計中墻、柱截面積太小等原因。
3.2砌體裂縫。砌體結構裂縫是質量事故中常見的問題之一。
3.2.1溫度裂縫。溫度裂縫往往出現在建筑物頂層,以兩端最為常見,顧名思義,溫度裂縫就是由于氣溫變化,不同材料及不同部位的變形不一致,同時結構內部之間存在著較大約束,從而產生應力,造成砌體裂縫。避免此類裂縫要對建筑物采取適當的溫控措施,減少晝夜溫差效應。
3.2.2地基不均勻沉降裂縫。此類裂縫一般出現在建筑物底層,是由于地基沉降差較大造成的,地下水位變化,地基凍脹,附近建筑物開挖等等都可導致不均勻沉降。
3.2.3砌體截面小造成承載力不足裂縫,此類裂縫主要是設計缺陷或者建筑物不正常使用造成的,應當從嚴格設計程序著手予以考慮,設計時就應當考慮到砌體結構可能受到的荷載。
3.2.4原材料質量和施工質量不強造成的裂縫。
砌體結構的發展和趨向
雖然人類應用砌體結構已有幾千年的歷史,但人們真正對其進行科學的理論研究歷史并不長。直至20世紀30年代,砌體結構都是采用經驗法設計,或采用允許應力法作粗略的估算,所設計的構件大多粗大笨重。前蘇聯從20世紀40年代,歐美國家從20世紀50年代開始,對砌體結構的受力性能進行較為廣泛的試驗研究,從而提出了以試驗結果和理論分析為依據的設計計算方法。我們國家是最早應用砌體結構的國家,但是真正對其進行系統科學的研究是最近幾十年的事情,1988年對原1973年的《磚石結構設計規范》進行了修訂,并頒布為《砌體結構設計規范》,2001年又對1988年版進行了修訂,不斷地將新的研究成果納入設計規范。當前我國砌體結構的理論研究已進入國際先進行列。
4.1 無論是承重結構還是非承重結構,盡量減少砌體本身所占體積和重量,都是可持續發展的要求。傳統的小塊粘土磚以其耗能大、毀田多,運輸量大的缺點越來越不適應可持續發展和環境保護的要求。對其改革勢在必行。發展趨勢是充分利用工業廢料和對方性材料。例如,用粉煤灰、爐渣、礦渣等垃圾或廢料制磚或者板材,可變廢為寶,用河泥、湖泥、海泥制磚等。
4.2、發展高強、輕質、高性能的材料。發展高強、輕質的空心塊體,能使墻體自重減輕,生產效率提高,保溫性能良好,且受力更加合理,抗震性能也得到提高。發展高強度、高粘結膠合力的砂漿,能有效的提高砌體的強度和抗震性能。
4.3采用新技術、新的結構體系和新的設計理論。配筋砌體有良好的抗震性能。采用工業化生產、機械化施工的板材和大型砌塊等可以減輕勞動強度、加快施工進度。
4.4除了考慮砌塊在結構中的受力作用外,砌體結構的保溫性能也是最近幾年來非常受到政府重視的一個指標,粘土磚雖然各個方面的性能優越,但是導熱系數大,熱阻小,不符合綠色發展觀念,因此發展輕質空心、夾芯保溫墻砌塊是時展的要求。
【關鍵詞】控制;砌體;裂縫
1.裂縫的性質
1.1溫度裂縫
溫度的變化會引起材料的熱脹、冷縮,當約束條件下溫度變形引起的溫度應力足夠大時,墻體就會產生溫度裂縫。最常見的裂縫是在砼平屋蓋房屋頂層兩端的墻體上,如在門窗洞邊的正八字斜裂縫,平屋頂下或屋頂圈梁下沿磚(塊)灰縫的水平裂縫,以及水平包角裂縫(包括女兒墻)。
1.2干縮裂縫
對于砌塊、灰砂磚、粉煤灰磚等砌體,隨著含水量的降低,材料會產生較大的干縮變形。如砼砌塊的干縮率為0.3~0.45mm/m,它相當于25~40~C的溫度變形,可見干縮變形的影響很大。輕骨料塊體砌體的干縮變形更大。干縮變形的特征是早期發展比較快,如砌塊出窯后放置28d能完成50%左右的干縮變形,以后逐步變慢,幾年后材料才能停止干縮。
1.3溫度、干縮及其它裂縫
對于燒結類塊材的砌體最常見的為溫度裂縫,面對非燒結類塊體,如砌塊、灰砂磚、粉煤灰磚等砌體,也同時存在溫度和干縮共同作用下的裂縫,其在建筑物墻體上的分布一般可為這兩種裂縫的組合,或因具體條件不同而呈現出不同的裂縫現象,而其裂縫的后果往往較單一因素更嚴重。另外設計上的疏忽、無針對性防裂措施、材料質量不合格、施工質量差、違反設計施工規程、砌體強度達不到設計要求,以及缺乏經驗也是造成墻體裂縫的重要原因之一。
2.砌體裂縫的控制
2.1裂縫的危害和防裂的迫切性
砌體屬于脆性材料,裂縫的存在降低了墻體的質量,如整體性、耐久性和抗震性能,同時墻體的裂縫給居住者在感觀上和心理上造成不良影響。特別是隨著我國墻改、住房商品化的進展,人們對居住環境和建筑質量的要求不斷提高,對建筑物墻體裂縫的控制的要求更為嚴格。由于建筑物的質量低劣,如墻體裂縫、滲漏等涉及的糾紛或官司也越來越多,建筑物的裂縫已成為住戶評判建筑物安全的一個非常直觀、敏感和首要的質量標準。因此加強砌體結構,特別是新材料砌體結構的抗裂措施,已成為工程量、國家行政主管部門,以及房屋開發商共同關注的課題。因為這涉及到新型墻體材料的順利推廣問題。
2.2裂縫寬度的標準問題
實際上建筑物的裂縫是不可避免的。對砌體結構來說,墻體的裂縫寬度多大是無害呢?這是個比較復雜的問題。因為它還涉及到可接受的美學方面的問題。它直接取決于觀察人的目的和觀察的距離。對鋼筋砼結構,裂縫寬度>0.3mm,通常在美學上是不能接受的,這個概念也可用于配筋砌體。而對無筋砌體似乎應比配筋砌體的裂縫寬度標準放寬些。但是對于客戶來講二者是完全一樣的。這實際上是直觀判別裂縫寬度的安全標準。
2.3現有控制裂縫的原則和措施
總的來說,我國砌體結構裂縫仍較嚴重,糾其原因有以下幾種:
2.3.1設計者重視強度設計而忽略抗裂構造措施
長期以來住房公有制,人們對砌體結構的各種裂縫習以為常,設計者一般認為多層砌體房屋比較簡單,在強度方面作必要的計算后,針對構造措施,絕大部分引用國家標準或標準圖集,很少單獨提出有關防裂要求和措施,更沒有對這些措施的可行性進行調查或總結。因為裂縫的危險僅為潛在的,尚無結構安全問題,不涉及到責任問題。
2.3.2我國《砌體規范》抗裂措施的局限性
我認為這是最為重要的原因。《砌體規范》的抗裂措施,如溫度區段限值,主要是針對干縮小、塊體小的粘土磚砌體結構的,而對干縮大、塊體尺寸比粘土磚大得多的砼砌塊和硅酸鹽砌體房屋,基本是不適用的。在這方面,國外已有比較成熟的經驗,值得借鑒:一是在較長的墻上設置控制縫(變形縫),這種控制縫和我國的雙墻伸縮縫不同,而是在單墻上設置的縫。該縫的構造既能允許建筑物墻體的伸縮變形,又能隔聲和防風雨,當需要承受平面外水平力時,可通過設置附加鋼筋達到。這種控制縫的間距要比我國規范的伸縮縫區段小得多。二是在砌體中根據材料的干縮性能,配置一定數量的抗裂鋼筋,其配筋率各國不盡相同,從0.03%~0.2%,或將砌體設計成配筋砌體,如美國配筋砌體的最小含鋼率為0.07%,該配筋率又抗裂,又能保證砌體具有一定的延性。
3.防止墻體開裂的具體構造措施建議
3.1防止混凝土屋蓋的溫度變化與砌體的干縮變形引起的墻體開裂
一是屋蓋上設置保溫層或隔熱層;二是在屋蓋的適當部位設置控制縫,控制縫的間距不大于30m;三是當采用現澆混凝土挑檐的長度大于12m時,宜設置分隔縫,分隔縫的寬度不應小于20mm,縫內用彈性油膏嵌縫;四是建筑物溫度伸縮縫的間距除應滿足《砌體結構設計規范》BGJ3—88第5.3.2條的規定外,宜在建筑物墻體的適當部位設置控制縫,控制縫的間距不宜大于30m。
3.2防止主要由墻體材料的干縮引起的裂縫
一是設置控制縫。二是控制縫的設置位置。在墻的高度突然變化處和墻的厚度突然變化處設置豎向控制縫。三是在不大于離相交墻或轉角墻允許接縫距離之半設置豎向控制縫。四是在門、窗洞口的一側或兩側設置豎向控制縫。五是豎向控制縫,對3層以下的房屋,應沿房屋墻體的全高設置;對大于3層的房屋,可僅在建筑物1~2層和頂層墻體的上述位置設置;六是控制縫在樓、屋蓋處可不貫通,但在該部位宜作成假縫,以控制可預料的裂縫;七是控制縫作成隱式,與墻體的灰縫相一致,控制縫的寬度不大于12mm,控制縫內應用彈性密封材料,如聚硫化物、聚氨脂或硅樹脂等填縫。
3.3控制縫的間距
第一,對有規則洞口外墻不大于6mm;第二,對無洞墻體不大于8m及墻高的3倍;第三,在轉角部位,控制縫至墻轉角的距離不大于4.5m。
3.4設置灰縫鋼筋
第一,在墻洞口上、下的第一道和第二道灰縫,鋼筋伸入洞口每側長度不應小于600mm;第二,在樓蓋標高以上,屋蓋標高以下的第二或第三道灰縫,和靠近墻頂的部位;第三,灰縫鋼麓的間距不大于600mm;第四,灰縫鋼筋距樓、屋蓋混凝土圈梁或配筋帶的距離不小于600mm;第五,灰縫鋼筋宜采用小螺紋鋼筋焊接網片,網片的縱向鋼筋不小于25,橫筋間距不宜大于200mm;第六,對均勻配筋時含鋼率不少于0.05%;局部截面配筋,如底、頂層窗洞上下不小于38;第七,灰縫鋼筋宜通長設置.當不便通長設置時,允許搭接,搭接長度不應小于300mm;第八.灰縫鋼筋兩端應錨入相交墻或轉角墻中,錨固長度不應小于300mm;第九,灰縫鋼筋應埋人砂漿中,灰縫鋼筋砂漿保護層,上下不小于3mm,外側小于15mm,灰縫鋼筋宜進行防腐處理;第十.當利用灰縫鋼筋作砌體抗剪鋼筋時,其配筋量應按計算確定,其搭接和錨固長度尚不應小于75d和300mm;第十一,不配筋的外葉墻應設控制縫,控制縫間距不宜大于6m;設置灰縫鋼筋的房屋的控制縫的間距不宜大于30m。
(一)砌體類型
砌體類型有三大類:無筋砌體(有墻、柱或壁柱);配筋砌體(網狀配筋磚砌體。磚砌體和鋼筋混凝土面層或鋼筋砂漿面層組合墻砌體。混凝土砌體和混凝土構造柱組合砌體。混凝土構造柱及網狀配筋組合磚砌體);配筋混凝土砌塊砌體(墻、柱)。
(二)結構選型及布置
結構方案力求合理,受力明確,在滿足建筑功能要求的同時,具有較好的整體剛度和穩定性,并注意便于施工,經濟合理;力爭建筑體型簡單,均勻對稱,減少扭轉影響。
單層房屋宜盡易布置為剛性方案或剛彈性方案。多層房屋應布置成剛性方案,盡量采用相應的構造措施,根據砌體結構特點,保證結構正常使用極限狀態要求。
(三)橫墻要求
剛性和剛彈性方案房屋的橫墻應符合橫墻中開有洞口時,洞口水平截面積不應超過橫墻截面積的50%;橫墻厚度不宜小于180mm;單層房屋的橫墻長度不宜小于其高度,多層房屋的橫墻長度不宜小于其總高度的1/2。縫的設置:a、豎向方面:房屋高差較大及荷載相差懸殊時,應考慮設沉降縫。b、水平方面:房屋太長,超規定時設伸縮縫。一般現澆板的砌體結構在東北,有保溫有隔熱伸縮縫間距為50m,一般予制板砌體結構,在東北,有保濕有隔熱,伸縮縫為間距60m。
房屋宜盡量布置山墻,伸縮縫處宜設置橫墻,以滿足剛性,剛彈性方案的要求。抗震方面:沉降縫,伸縮縫應滿足抗震縫要求。
二、確定材料強度、匹配原則
(一)砌體材料的最低強度等級:磚標號不低于Mu10;磚砌塊不應低于Mu5.0;石料不應低于Mu20;普通砂漿不低于M2.5。
(二)砌體的匹配原則:砂漿的強度等級不宜大于塊材的強度等級,如Mu10紅磚不易采用M15砂漿;同一層砌體除十分必要外不宜采用不同強度等級材料,以免施工麻煩。
(三)砌體房屋構件的最低強度等級:五層及五層以上的房屋墻體以及受振動或層高大于6M墻、柱應符合下列要求:磚標號大于等于Mu10;砌塊標號大于等于Mu7.5;石材標號大于等于Mu30;砂漿標號大于等于M5.0。
(四)對于安全等級為一級或設計使用年限大于50年的房屋:所用最低材料強度等級應至少提高一級。地面以下或防潮層以下砌體,潮濕房間的墻也有規定。如基土很濕時嚴寒地區紅磚標號為Mu15;一般地區紅磚標號為Mu10;石材標號為Mu30;水泥砂漿標號為M7.5。承重墻梁計算高度范圍內砂漿強度等級不應低于M10,托梁的混凝土強度等級不應低于C30,這樣可使砌體與混凝同工作。網狀配筋砌體的砂漿強度不應低于M7.5。
三、結構構件的構造要求
(一)截面尺寸
1、承重獨立磚柱的截面尺寸,不得小于240×370mm,當柱截面積尺寸超過490×490mm時,宜采用組合磚柱,配筋砌塊柱或鋼筋混凝土柱,這樣更合理。2、承重獨立砌塊柱的截面積尺寸不宜小于390×390mm。3、毛石砌體墻厚不宜小于350mm,太小不宜砌筑。當有振動荷載或抗震設防要求時,墻、柱不宜采用毛料石。4、承重砌體墻的厚度不應小于180mm,墻段長度不應小于490mm,對于砌塊墻不宜小于600mm。
(二)梁下墻體設置壁柱或構造柱條件
對于240mm厚墻,當梁跨度>6.0m時;對于180mm厚墻,當梁跨度>4.8m時;對于砌塊,料石墻,當梁跨度>4.8m時;壁柱的截面尺寸應滿足獨立柱的要求;梁端墻體設置墊塊或墊梁的條件:對于磚砌體,當梁跨度>4.8m時;對砌塊和料石砌體,當梁跨度>4.2m時;對于毛石砌體,當梁跨度>3.9m時。如毛石墻做地下室外墻,這時應注意適當選用梁墊,解決局壓。注意梁墊厚度≥180mm,每側挑出長度不宜大于墊塊厚度,以免太長而不起作用。
(三)墻與樓(屋)蓋板的連接
預制板的支承長度:在墻上≥100mm;現澆板的支承長度:在墻上≥120mm;在混凝土圈梁上不宜小于80mm。墻體間的連接:在墻體轉角、丁字處每隔0.5m設一道拉結筋。
(四)砌體中留槽、留洞的要求
盡量避免管道穿墻垛、壁柱,確實需要時應采用帶孔的C20混凝土塊預埋為宜;墻體中預留的電器開關箱、消防栓箱等洞口宜選擇受力較小的墻段,否則應進行承載力演算或采取加強措施;當洞口大于等于2.0m時,對磚砌體宜在洞口兩側設置鋼筋混凝土門框或壁柱。
四、多層砌體抗震設計中的一般規定及構造措施(以7°區為例)
(一)一般規定
多層房屋的層數和高度應符合下列要求:一般情況下,房屋的層數和總高度不應超過抗震規范的要求。如多層砌體、普通磚、最小墻厚為240mm,總高度不能超過21.0m,層數不能超過7層。這里房屋的總高度指室外地面到主要屋面板板頂的高度。半地下室從地下室室內地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室允許從室外地面算起;對于帶閣樓的坡屋面應算至山尖墻的1/2高度處。另外,室內外高差>0.6m時,房屋總高度允許適當增加,但不應多于1.0m。同時還規定:普通磚多孔磚和小砌塊砌體承重房屋的層高不應超過3.6m;底部框架――抗震墻的底部和內框架房屋的層高不超過4.5m,最大高寬比7°區為2.5。在做方案階段就要與建筑專業和甲方溝通,以滿足規范。若因建筑功能要求,房屋某層層高超過規定,應于該層承重墻沿墻長每隔不大于2.0m設構造柱。
(二)房屋的橫墻間距
如多層砌體,現澆或裝配整體式混凝土樓、屋蓋,橫墻間距不允許大于18.0m,但是如果在砌體房屋的頂層,最大橫墻間距應允許適當放寬。在實際工程中,頂層有大會議室,這時,橫墻間距可以大于18.0m,要在構造上加強,如其外縱墻除應與橫墻相交處設構造柱,各開間窗間墻均應于軸線處增設構造柱,此構造柱均應至少向下延伸一層,以增加整體剛度。
(三)房屋的局部最小尺寸限值
關鍵詞:砌體;房屋;抗震
中圖分類號: TU973文獻標識碼: A
一、概念設計的意義
概念設計的應用范圍廣泛,包含了極多的結構設計,從中可以知道概念設計的作用越來越重要。概念設計的重要性主要有以下幾點:
如今的計算理論及結構設計理論有待完善,存在著各種各樣的缺陷以及不可計算性。所以,概念設計的應用則不僅解決了計算理論的缺點,還解決了在結構設計中實際存在的那些大量無法計算的問題,更加合理的完成了建筑的結構設計。
結構設計過程需要進行大量的數學計算,需要借助計算機來完成。而在方案的初級設計階段不能使用計算機來輔助計算。因此,需要熟練掌握結構概念的結構工程師根據自己的合理計算和準確的判斷來篩選高效、低造價的結構設計方案。
對于結構設計的工程中存在的大量繁瑣的計算,往往需要借助計算機完成。而結構設計人員也過分依賴計算機,這樣會降低工作人員對設計數據的敏感性,對于計算中存在的數據錯誤和運算方法不合理問題不能辨別和糾正,從而使結構設計存在諸多問題,并給建筑結構留下很多安全隱患。
由以上分析可知,概念結構設計對建筑結構設計有相當重要的影響,其地位是不可取代的。
二、砌體房屋抗震計算分析
確定多層砌體結構房屋的計算簡圖,應考慮以下幾點:①將水平地震作用在建筑物兩個主軸方向分別進行抗震驗算。②地震作用下結構的變形為剪切型。③房屋各層樓蓋水平剛度無限大,僅做平移運動,因此各抗側力件在同一樓層標高處側移相同。
計算多層砌體房屋地震作用時,應以防震縫所劃分的結構單元為計算單元,在計算單元中各樓層的集中質點設在樓、屋蓋標高處,各樓層質點重力荷載應包括樓、屋蓋上的重力荷載代表值,墻體上、下層各半的重力荷載。
三、砌體結構的布置
多層砌體結構在地震中與水平地震作用平行的墻體是承受地震作用的主要抗側力構件,從以往的地震調查資料顯示,承重橫墻的破壞主要剪切破壞,且一般是底層比上層嚴重。縱墻的破壞往往是因為橫墻間距過大或者樓(屋)蓋剛度較差而使平面外受彎受剪,在窗口上下截面處出現水平裂縫。建筑物墻角的破壞也是很常見的,主要是因為應力集中和地震的扭轉作用造成的。樓梯間的破壞一般比較嚴重,原因是樓梯間沒有一般房間的樓蓋形成空間的盒子結構,致使空間剛度較差。因此,多層砌體房屋的結構體系應符合以下幾點:①應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。②縱橫墻的布置宜均勻對稱,沿平面內宜對齊,沿豎向應上下連續,同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。③依據《規范》合理的設置防震縫。④樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處。⑤不宜采用無錨固的鋼筋混凝土預制挑檐。
四、抗震構造措施
(一)選擇對建筑抗震有利的場地和地基,以減少地震的能力輸入地震造成建筑物的破壞,除地震動直接引起的結構破壞外,場地條件也是一個重要的原因,“重災區中有輕災,輕災區中有重災”。地震引起的地表錯動與地裂,地基土的不均勻沉陷,滑坡和粉、砂土液化等。因此抗震設防區的建筑工程場地的選擇應做到:(1)應選擇對建筑抗震有利的地段,如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的中硬場地土等地段。(2)應避開對建筑抗震不到的地段,如軟弱場地土,易液化土,條件突出的山嘴,高聳孤立的山丘,非巖質陡坡、采空區、河岸和邊坡邊緣,場地土在平面分布上的成因、巖性、狀態明顯不均勻(如故河道、斷層破碎帶、暗埋的塘濱溝谷及半填半挖地基等)等地段。當無法避開時,應采取有效的抗震措施。(3)不應在危險地段造建甲、乙類建筑,對建筑抗震危險地段,一般是指地震的可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段,發震斷裂帶上地震等可能發生地表錯位地段。建筑場地為I類時,甲、乙類建筑可按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施:丙類建筑允許按本地區抗震設防烈度降低一度的要求采取抗震構造措施,但抗震設防烈度為Ⅵ度時,可按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施。(二)科學布局建筑的平面與立面
房屋的平面最好為矩形,縱橫墻的設置盡可能對稱于房屋平面的兩個主軸,且上下層墻體應對齊,這樣遇地震時可使房屋能較好地保持協調一致,減少抗震不利環節,抗震效果較好。如果房屋的質量中心和剛度中心不重合,地震時將生扭轉作用,使房屋的震害加重。震害調查表明,房屋轉角處的破壞,往往比其他部位嚴重;平面上凸出或凹進的房屋,對抗震不利。如因特殊需要,要求布置成較復雜平面時,則應設置防震縫,將房屋分隔成若干獨立的單元,以減輕震害。此外,對位于松軟地基和不均勻多層土地基上的房屋,為提高其豎向剛度,減小地基在震前和震后累計產生的不均勻沉降,房屋的長寬比值應控制在3~4之內。
震害調查表明,建筑立面上的不規則要比平面上不規則帶來的震害更嚴重。立面上各部分高差過大,或有局部凸出的小建筑物,或剛度突變、質量懸殊,地震時都易造成嚴重震害,甚至引起房屋倒塌。因此,當無特殊功能要求時,房屋應設計成質量和剛度沿高度對稱、均勻分布的形式。一般情況下,應將重設備、倉庫、檔案庫、書庫等房間,盡可能布置在房間的下部樓層,使結構重心降低,以減輕震害。在磚混結構設計中不應過度追求大開間、大門洞、大懸挑及階梯形。由于剛度突變和高振型的影響,其頂部因地震時的鞭梢效應所造成的震害比正常情況下大得多,因此應盡量避免。
(三)合理確定圈梁和構造柱的位置
設置圈梁和構造柱,砌體結構的抗震性能可以大大改善。據研究,若配筋墻體兩端設置構造柱,由于水平鋼筋錨固于柱中,使鋼筋的效應發揮得更為充分,則可比無構造柱同樣配筋率的墻體的承載能力可提高13%左右。而且設置了構造柱和圈梁的砌體結構形成兩道防御:第一道時砌體墻只出現寬度不大的裂縫,層間變形不大,構造柱尚未開裂;第二道是砌體裂縫大幅度地發展,構造柱及圈梁對砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。試驗研究發現,磚墻增設構造柱后,位移延性系數增大很多,可達4~6。構造柱除了能夠約束墻體的變形,提高砌體的抗剪強度之外,還能增強墻體之間的連接。這些對砌體的抗震都是十分有利的。
要確保構造柱和圈梁有效地發揮他們的作用,合理確定它們的位置是至關重要的。建筑抗震規范對此已經作了比較具體的規定,我們一定要嚴格按規范執行。另外,圈梁應封閉連續,盡可能形成一個個近似矩形或圓形的箍。
加強各構件間的連接
1)構造柱與磚墻。構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙槎,并應沿墻高每隔500mm設2
2)構造柱與圈梁。構造柱與圈梁連接處,構造柱的縱筋應穿過圈梁,保證構造柱縱筋上下貫通。
3)屋架與圈梁。樓屋蓋的鋼筋混凝土梁或屋架應與墻(柱)或圈梁可靠連接;6度時梁與磚柱連接不應削弱柱截面,獨立磚柱頂部在兩個方向均有可靠連接;7度以上不得采用獨立磚柱。
4)墻與墻的連接。7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度或9度時外墻轉角或內外墻交接處,當未設構造柱時應沿墻高每隔500mm設2
5)后砌墻體的連接。后砌的非承重砌體隔墻,應沿墻高每隔500mm設2
6)附屬構件的連接。欄板的連接:磚砌欄板應配水平鋼筋,且壓頂臥梁應與混凝土立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。
結語
地震是一種自然現象,為避免它給我們帶來的巨大的災難,要求在房屋的建筑設計中重視抗震概念設計,在確定房屋總體方案、材料使用和細部構造中,遵守抗震設計的有關要求和合理原則,進行必要的抗震驗算,采取適當的抗震構造措施,保證施工質量,使多層磚砌體房屋的抗震能力有所提高。
參考文獻: