多層砌體結構房屋震害調查

摘 要:赴5.12汶川地震災區，分別對綿竹、漢旺、都江堰、汶川、映秀等地進行了實地調查，全面了解多層砌體結構的震害現象，并針對多層砌體結構在水平地震作用下窗下墻的交叉裂縫提出新的研究方法。

關鍵詞:交叉裂縫;窗下墻;力學分析;延性破壞模式

中圖分類號:X9

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)12-0333-01

1 房屋概況

此次調查以建筑層數3至6層的多層砌體結構為主，墻體材料包括空心粘土磚、實心粘土磚及混凝土空心砌塊，墻厚240m/m。墻體承重體系有:縱墻承重、橫墻承重、縱橫墻承重，以預應力空心板裝配式鋼筋混凝土樓(屋)蓋為主，并設有混凝土圈梁及構造柱。

2 震級及烈度

綿竹及調查的其他四個地區建筑物抗震設防的基本烈度為7度，而本次汶川大地震的震級達到8級，估計這五個地區的地震烈度為8-11度，遠大于7度。

3 多層砌體結構房屋交叉裂縫

墻體上的斜裂縫主要是由于水平地震作用下，在與水平地震作用走向大體一致的墻體引起的主拉應力超過墻體的抗拉強度所致。當地震反復作用時，即形成交叉斜裂縫。這是比較常見的震害現象，幾乎在所有的受損房屋上都能發現。

圖1 墻體交叉裂縫逐層減

圖2 窗洞周圍墻體交叉裂縫

從裂縫出現的數量看，多以交叉主裂縫居多，很少出現數量多的密集平行裂縫情況，墻體表現出脆性特征。

由于底層地震剪力比上層大，所以底層的這種裂縫較上層嚴重。沿結構的高度方向，受損一般呈現下層重、向上逐漸減輕的特點。圖1為漢旺客運站職工宿舍樓，第一、二層橫墻、縱墻出現較大的交叉裂縫，隨著層數的增加，墻上的裂縫逐層減輕，一些墻體出現了單向斜裂縫，再輕損傷樓層在洞口角部出現短裂縫。

貫穿的交叉裂縫則在縱墻上也是普遍存在。由于門窗洞口對連續性的墻體有一定的削弱作用，所以這些裂縫多集中在洞口周圍的窗間墻和窗下墻附近。圖2為映秀鎮漩口中學教學樓外縱墻窗洞周圍墻體破交叉裂縫。

多層磚混房屋的縱墻開洞率偏大，窗間墻寬度偏小，水平地震作用沿房屋縱向的結果常導致縱墻薄弱部分——窗間墻的開裂。窗間墻的破壞情況有:很窄的窗間墻為彎曲型破壞，窗間墻的上下端，輕者出現水平裂縫，重者四角壓碎崩落，如圖3;稍寬的窗間墻，輕者出現交叉斜縫，裂縫的坡度較陡，重者裂縫的兩側的磚砌體碎裂甚至崩落，豎向荷載很大時，甚至壓潰，如圖4;寬窗間墻一般只出現斜率較小的交叉斜縫，嚴重的，裂縫很寬，裂縫附近砌體破碎，除烈度很高時外，很少見砌塊崩落或者壓塌，如圖5。調查中還發現，同一片墻上各個窗間墻寬窄不一時，就會出現應力不均，總的抗剪強度降低。地震作用在各個窗間墻間按照它們的側移剛度大小分配的，寬窗間墻，在考慮彎曲、剪切變形后，其側移剛度比窄窗間墻大得多，承受了更多的地震作用而首先出現交叉裂縫，剛度、強度隨之降低。地面運動繼續，其他窗間墻就要額外承擔寬窗間墻因剛度降低而轉移來的地震作用，接著出現破壞，從而造成窗間墻各個擊破。

圖3 窄窗間墻破壞

圖4 稍寬窗間墻破壞

汶川地震震害現象中出現窗下墻的破壞現象也很常見。震區內一些采用混凝土預制板的多層房屋，窗間墻未破壞，而窗洞上下的窗下墻發生了交叉裂縫，圖6所示為漢旺鎮某沿街建筑窗下墻破壞。特別是當這些房屋未設置鋼筋混凝土圈梁時，或者因放置暖氣片而將窗下墻減薄時，窗下墻的交叉裂縫現象更為普遍。主要原因是這些房屋的樓蓋沿房屋縱向的豎向剛度小，一片窗下墻加上樓蓋后的豎向總彎剪剛度還小于窗間墻的層彎剪剛度。整片外墻如同強柱若梁型框架，各層窗間墻連成的一根豎向構件，在水平荷載作用下，發生整體彎剪變形，使相鄰窗間墻產生豎向錯動，窗下墻因發生很大彎剪變形而出現交叉裂縫。

圖5 寬窗間墻破壞

圖6 窗下墻破壞

作者簡介:

白鶴田，男，河南鶴壁人，助理工程師，2001年畢業于焦作礦業學院，研究方向:機電工程管理;

劉保國，男，河南鶴壁人，助理工程師，1993年畢業于焦作礦業學院，研究方向:機電工程管理;

李金洲，男，河南鶴壁人，助理工程師，2008年畢業于河南理工大學，研究方向:機電工程管理。

蘇萬雨，男，河南鶴壁人，2009年畢業于河南理工大學，研究方向:機電工程管理。

4 對規范中多層砌體結構設計方法的總結與評價

4.1 總結

我國現行建筑抗震設計規范中對多層砌體結構在水平地震作用下的受力分析涉及到抗震抗剪計算。

在受力分析中，多層砌體結構一般被簡化為由豎向構件墻段和剛性樓蓋組成的結構體系，在水平地震作用下，結構破壞的部位應出現在豎向構件上，即窗間墻上。

規范對多層砌體結構房屋總高度、層數、層高和高寬比進行限制以考慮整體彎曲影響，除此之外的結構設計計算公式及抗震構造措施中并不考慮彎曲影響。

4.2 評價

汶川地震以及國內的試驗和理論分析表明，多層砌體結構在水平地震作用下有明顯的彎曲變形，我們仍將單層墻體研究成果用于多層墻片計算，對砌體結構在總高度、總層數、高寬比進行限制以及構造等方面采取措施，并按剪切破壞的簡化公式進行分析和抗震構造是非常危險的。

震害現象表明，許多多層砌體房屋的破壞部位并不是在窗間墻上，而是在窗下墻上。規范在水平地震作用下砌體抗震性能驗算時，假定樓板在平面內剛度無限大，各墻肢位移均相等，由于窗間墻截面小，認為破壞就發生在窗間墻處。而窗間墻截面與樓板有一定距離且樓板不是剛度無限大，當彎曲變形產生窗下墻受剪承載力低于窗間墻按規范假定各墻剛度分配地震作用時，發生窗下墻剪切破壞。出現規范默認的窗間墻破壞模式與震害的窗下墻破壞現象不符。

這種窗下墻的破壞現象相對于窗間墻的破壞現象具有諸多優點，例如窗下墻非豎向連續墻體且承受豎向荷載小，破壞后易于修復;窗下墻在水平地震作用下破壞時，伴隨著地震能量的耗散，內力重分布后，由窗間墻連同窗間墻上下的墻體共同抗震;窗下墻破壞解體后，不至于結構的瞬時坍塌，使結構呈現出更多的延性性質，是一種延性破壞模式。

5 有待進一步研究的問題

針對汶川地震中多層砌體結構房屋出現窗下墻交叉裂縫的破壞現象，考慮砌體結構彎曲變形的影響，類比高層建筑結構設計的原理及方法，通過建立計算模型，進行砌體結構房屋在水平地震作用下的受力分析及內力計算，提出多層砌體結構房屋發生延性破壞模式的條件，供工程設計使用。

參考文獻

[1]汶川地震建筑震害調查與災后重建分析報告[R].2008，(8).

[2]國家標準.建筑抗震設計規范(GB50011-2001)[S].北京:中國建筑工業出版社，2008.