一多层砌体建筑震害特征

第1节多层砌体建筑震害特征多层砌体结构房屋是指用一般黏土砖、烧结多孔黏土砖和混凝土小型空心砌块等砌体做墙体，并接受装配的或整浇的钢筋混凝土楼盖及屋盖的房屋.由于这种房屋具有构造简洁、施工便利、可就地取材等优点,普遍接受于住宅、办公楼、医院、教学楼等民用建筑和公用建筑.故是目前我国房屋建筑中一种应用最为广泛的结构形式.但是,由于其所用材料的脆性性质，抗拉、抗剪和抗弯的能力很低。因而，在地震中抵抗地震灾难的能力较差,格外是未经抗震设计的多层砌体房屋在地震中的破坏更为严重.在砖砌体结构房屋中,砖墙是主要的承重构件,它不仅承受垂直方向的荷载，也承受水平和垂直方向的地震作用，受力是简洁的,加之砌体自身的脆性性质,地震时在砖墙上很容易产生裂缝。在反复地震作用下，裂缝将不断进展、增多、加宽,最后导致墙体倒塌，楼盖坍落,房屋破坏.砖房震害的大体情况如下：１．１多层砌体房屋的地震震害规律(１）不同烈度区砌体结构的震害差异较大：低烈度区以墙体裂缝等略微破坏为主，相比而言框架结构填充墙的大量严重破坏可能经济损失更大,表明砌体结构在中、小震时可维修度比框架结构好；而高烈度区和极震区砌体结构房屋以严重破坏或倒塌为主,尽管有少数破坏较轻，但总体来说，砌体结构房屋抗震平安性在高烈度区没有框架结构好,倒塌数量相对较多；(2)多层砖砌体结构整体性差、抗连续倒塌能力低：砌体结构中大多接受预制板楼盖，整体性较差,不能有效的将水平力按刚度比例传递到各竖向构件即砖墙或砖柱，砖墙和砖柱的某些部位截面小，承载力低,地震中容易破坏或倒塌，由于整体性差从而引起连续倒塌；(3）未进行抗震设防设计的老旧房屋破坏比经过抗震设防或抗震加固的房屋破坏严重：未经抗震设防的老旧房屋倒塌多,而很多按规范设计施工的带圈梁、构造柱的砌体结构能裂而不倒，某些经过抗震加固的房屋破坏略微,给居民逃生留下了宝贵的时间；(４）砌体与钢筋混凝土混合体系中砖砌体破坏严重:在经济欠发达地区常消灭混凝土与砌体混合使用的情况，在需要大空间的地方接受混凝土柱，其他地方接受砖墙，格外是在底部框架砌体结构房屋中比较常见,砌体墙体在地震中作为抗震墙,砌体墙依据刚度支配到的地震作用会和同等截面的混凝土墙相当,而其实际承载能力却比}昆凝土墙差很多,因此，地震中吸取了很大地震力的砖墙由于承载力低而破坏严重；（５)有些结构体系不同,抗震性能反映不同。1)简洁体形房屋比简洁体型房屋破坏重.２)横墙承重房屋震害最轻，纵横墙承重房屋次之,纵墙承重房屋最重。3）底层较空旷时底层破坏重，端头为大房间的震害加重.4)顶层为大会议室时，顶层破坏重.此次地震中学校砌体结构教学楼破坏严重，不少发生倒塌。（6）村镇建筑仍是房屋抗震的薄弱环节。乡镇自建房一般未经抗震设计，无抗震构造措施,抗震能力差，地震中大量倒塌，历次大地震都揭示了这个问题；(7）砌体结构的不同部位在地震中都会发生震害，如地基破坏、墙体开裂或倒塌、出屋面顶部突出物严重破坏、缝及连接破坏等，这与以往的大地震震害相像。多层砌体房屋的地震震害还有以下规律:层数越多、房屋总高度越大,破坏越重；纵横墙越少，破坏越重；砂浆强度等级低时,破坏严重；房屋的下部破坏比上部严重;房屋的两端及转角处震害较重；预制楼盖破坏比现浇楼盖严重；纵墙承重时房屋的震害比横墙承重时严重；墙肢布置不均匀时破坏严重。１．２多层砌体结构主要损坏特征1。2。1房屋倒塌。多层砌体结构房屋的整体性差,抗连续倒塌能力低,在高烈度区和极震区消灭了大量的砌体房屋倒塌，格外是未经过抗震设防的老旧房屋,因未实行有效的抗震措施(如设置圈梁、构造柱等），而砖砌体承载力低，开裂后有效约束差,裂缝开展快而宽，结构延性差,易发生倒塌.依据倒塌部位主要有以下五种：全部倒塌、上部倒塌、下部倒塌、中间层倒塌和局部倒塌。1.2。1.1全部倒塌:全部倒塌即房屋整体倾倒，多数为某层砖墙承载力不足而倒塌,其他层随之倒塌或被其砸倒．如图1所示意；在强裂地震作用下,如果底层培体抗震强度不够,则底层先塌,从而引起上层的倒塌；这时，倒塌后的楼板常逐层相叠。当结构的整体性差而上层培体又过于减弱时,往往上层首先散塌;这时由于下层受砸而塌，因而倒塌的楼板总无肯定的规章。当砌体房屋的强度差而不足以抵抗地震力时,往往上下层同时发生散碎，彻底倒塌；这时培体完全散碎而成为零碎的块体散开。1。2．1.2上部倒塌：砌体结构上部倒塌多发生在上部结构整体性差或墙体削弱较多时，这种震害现象较其他倒塌类型少，如图２所示意；1.2．１。３下部倒塌:某些多层砖房结构底层门窗开洞较多,或底框结构底层刚度较小，竖向刚度有突变,底层薄弱或强度过低，导致底层倒塌或严重破坏，如图９所示意；１．2。1．４中间层倒塌:中间层座落倒塌的震害较少，汶川地震中北川个别砌体房屋、汶川县漩口镇部分在建底部框架房屋发生这类震害．如图３、４所示意;１.2。1．5局部倒塌：多层砖房和底框房屋的局部倒塌有的是一端倒塌,另一端未倒；有的两端倒塌，中间未倒；有的中间倒塌，两端未倒；有的外墙倒塌，内墙未倒．如图5所示意．产生的缘由多种多样，如某个开间突然变大;局部使用荷载的转变（如办公室改为档案室);平面不规章或地震扭转效应；两种结构形式混合承重;内外墙连接未处理好等等。1。２．２地基破坏：在一般的场地和地基情况下，多层砖房因地基问题导致的震害是不明显的。对于Ｉ类场地的多层砖房，震害较轻。而对软土地基和液化砂土则引起较重的震害，在鉴定加固中应予以注意，现分述于后:1．２.2。1建在基岩或较薄复盖土的砖房震害很轻。如唐山地震时，大城山、凤凰山、贾家山一带建在稳定基岩或较薄复盖层上的多层砖房与建在邻近地段Ⅱ类场地的对比，震害显著减轻,其中大城山及其南坡，砖房震害宏观烈度约比Ⅱ类场地低2度左右。１.2.2．2软土地基上的多层砖房震害特征（1）地震产生的地裂缝与滑坡使得软土地基破坏,有的地裂缝穿越房基,地裂缝的撕拉与竖向落差使墙体消灭竖向和斜向裂缝，严重者局部倒塌。建于故河道上或现河道的沿岸,由于河岸滑坍有的整幢房屋从下到上劈裂,一般这种裂缝是下层宽，上层窄。如天津二炼钢建于河岸的单身宿舍,由于河岸滑坍，在内走廊，两侧山墙劈裂,内走廊的预制板(搁于两端内纵墙）因滑脱支承墙有的坍掉,有的因一侧滑落而折断。（2)房屋倾斜。由于地基不均引起的震陷，有的震前已有不均匀沉降引起的房屋倾斜,震后加重，甚至震歪倾倒。（３)砖房层数不同或震陷不同时,如两侧为少层中部为较高层的不同层砖房，中部震陷多,两侧震陷少，在外纵墙消灭斜裂缝，在不同层交接处墙面形成八字形裂缝.当两侧为多层，中部为层数较少的砖房时,两侧震陷多，中部震陷少,交接处墙面形成倒八字形斜裂缝。两侧震陷严重时将整幢房屋沿纵轴竖向掰裂，整幢房屋上下裂通，裂缝上宽下窄。(4)砂土液化明显加重砖房的破坏程度。地震时由于砂土液化、喷砂、地裂等缘由,易产生地基局部不均匀下沉,加重了震害,可能造成上部结构倒塌、错动或墙体严重开裂等震害，如图6所示．汶川地震砂土液化现象少,没有唐山地震严重，由于重灾区地基多为岩石。１。２。3建筑不规章等造成的地震震害平、立面不规章的建筑物震害严重。平面凹进和突出的角部、L形的角部破坏较严重,典型震害如图11、12所示;不等高建筑、阶梯形立面的建筑震害较严重,典型震害情况如图７、13所示。防震缝设置不合理或防震缝被建筑垃圾等杂物堵住,没有发挥作用，会加剧房屋的震害(图１４）.和横墙承重结构相比,纵墙承重结构的震害要严重一些.横墙较少的空旷房屋震害严重,主要集中在会议室、教室等大空间部位的承重纵墙,容易发生预制楼板等构件下落。图8反映的震害情况就是外廊式学校建筑的局部承重纵墙产生了贯穿的X形裂缝，导致这部分承重墙体基本失去承载能力，被判定为需要立即拆除。1.2。4墙体裂缝、破坏墙体裂缝形式主要是水平裂缝、斜裂缝、交叉裂缝和竖向裂缝等。严重的裂缝可导致墙体破坏。1．２。4.１水平裂缝当地震作用沿房屋横向作用时，虽然纵墙在其平面内的刚度很小,几乎不担当地震作用，但是当抗震横墙间距过大或楼板刚度不足,纵墙墙体仍会受到平面外的地震作用力,发生平面外的弯曲，导致墙体消灭水平裂缝,这种裂缝通常消灭在纵墙窗口上下截面处，如图7。墙体消灭水平裂缝，这是由墙体水平剪切破坏所引起的震害现象，一般消灭在靠近楼屋盖梁板四周的墙体上，沿灰缝消灭水平通缝后引起滑移和错动,破坏加剧后导致预制楼板等的脱落，在一些承重砖柱上也发现贯穿的水平裂缝，严重时导致砖柱消灭错位、墙体压酥，从而基本丢失承载力。这种裂缝在本次排查中并不多见，但据到过汶川、北川等其他重灾区的同志介绍，由这种裂缝导致结构局部倒塌的情况并不少见,初步推断地震时的竖向震动较大是产生这种震害的主要缘由之一。图9为在某学校外廊式建筑的外砖柱因水平贯穿裂缝而消灭墙体压酥的震害.1.2．４.2斜裂缝、交叉裂缝当地震作用沿房屋横向作用时，由于横墙在其平面内的刚度很大，而纵墙在其平面内的刚度很小，地震作用的绝大部分由横墙担当；反之,当地震作用沿房屋纵向作用时,地震作用的绝大部分由纵墙担当.也就是说，与地震作用方向平行的墙体是主要的抗侧力构件，建筑物每一质点所受的地震作用都集中到这些墙上，使其发生剪切变形。砖墙在水平剪力和竖向压力的共同作用下发生斜向主拉应力和主压应力，当墙体内的主拉应力超过砌体抗拉强度时，墙体就会产生斜裂缝，如图７；在地震的反复作用下,则形成了交叉裂缝.在不同的高宽比墙体中,交叉裂缝的形式有所不同。墙体的高宽比接近1时，墙体将呈现x形交叉裂缝，如图8；而在高宽比较小的墙体中,则在墙体中部呈现水平剪切裂缝，如图９。在纵墙中,交叉裂缝消灭在窗间墙或是窗肚墙中,由于窗肚墙上几乎没有压力作用，因而墙体主拉应力强度较低，易于消灭交叉裂缝，如图10。由于建筑物底部的地震剪力较建筑物上部的大,故底层裂缝较上层严重。在房屋的横向，山墙上最易消灭这种裂缝,主要是由于山墙的刚度大,支配的地震作用大，而其上的压力又较小的缘由.在纵向的窗间墙上也易消灭这种交叉缝.由于墙体抗剪能力不足造成的斜裂缝或Ｘ形裂缝，属于主拉应力超过砌体强度所引起的剪切破坏现象,这是比较常见的震害现象，几乎在全部的受损房屋上都能发现。贯穿的斜裂缝在一至三层的承重横墙上比较多见,墙体开裂的范围大致在墙片宽度的1Π3以上；贯穿的Ｘ形裂缝则在纵墙上格外普遍，基本上每个楼层都有，多集中于门洞之间的窗间墙和窗下墙，相当一部分墙体消灭砂浆被震松、墙体被压酥的情况,已经基本丢失了承载力。图8、９为两个学校建筑消灭的典型墙体震害情况。1．２。4。３竖向裂缝当纵横墙交接处连接质量不好、缺乏牢靠的拉结,加之受两个方向的地震作用共同作用时,连接处受力简洁，应力集中程度高，容易被震脱,产生竖向裂缝,如图11.在汶川地震中，破坏最多、最严重的墙体主要为山墙,大多数山墙呈X形开裂。山墙在一层、二层、三层最为严重,甚至有些山墙倒塌。同时，在纵墙端部、纵墙中部、内横墙和楼梯间墙均有破坏,破坏形式以裂缝为主,裂缝形态主要有交叉斜裂缝、水平裂缝和墙体上的单向斜裂缝,上述裂缝分布表现为下部各层较重，往上逐渐呈减轻趋势，裂缝宽度和裂缝数量向上都有所削减,在房屋的门上部位和外纵墙的窗下带墙体上裂缝表现充分.1。2.5墙角破坏这种破坏形式在震害中较为常见，其产生的主要缘由是墙角位于房屋尽端,房屋整体对其约束作用差，纵、横墙产生的裂缝往往在墙角处相遇,加之在地震作用下所产生的扭转效应，以及墙角处具有较大的刚度，故房屋角部吸取的地震作用亦大;加之墙角是纵横墙的交汇点，地震作用下其应力状态简洁并易于产生应力集中,从而该处的抗震能力很薄弱，常消灭纵横两个方向的斜裂缝，使墙角处于较为简洁的应力状态，应力也较为集中。格外是当房屋尽端处布置空旷房时，横墙少,约束更差，更易产生这种形式的破坏,甚至造成建筑物角部局部倒塌.如图1２。１.2。６纵横墙连接破坏这种形式的震害也较为常见.一般是由于施工时纵横墙没有很好的咬槎,连接差,加之地震时两个方向的地震作用,使连接处受力简洁、应力集中，这种破坏可导致整片纵墙外闪甚至倒塌.纵横墙被震脱开,导致墙体失稳引起平面外的倒塌。这种情况在木屋架结构的顶层发生较多,主要集中在顶层为大开间的情况.1.2．7楼梯间破坏楼梯间的破坏程度一般比其它部位严重。主要是墙体破坏,而楼梯本身很少破坏。这是由于楼梯间墙体没有楼板约束，属于错层形式，导致楼梯间空间刚度较小，同时楼梯间墙体水平抗剪刚度比其它部位大，分担的地震作用也就较大，所以很容易造成破坏,格外是在顶层空间，墙高而稳定性差，更容易造成破坏.如图１3。若楼梯设在房屋尽端,其破坏更为严重。1。2.8楼盖与屋盖的破坏楼盖与屋盖是房屋建筑的主要构件,它将建筑物垂直方向的荷载和水平地震作用传给墙体，再由墙体传给基础。无论是整浇或装配式楼盖，在地震中较少因楼盖(或屋盖)本身承载力、刚度不足而造成破坏。整浇楼盖往往由于墙体倒塌而破坏.装配式楼盖则其水平刚度小、整体性较差,则更容易破坏.同时由于装配式