厦门地区村镇住宅结构缺陷的调查研究

厦门地区村镇住宅结构缺陷的调查研究

厦门位于欧洲和太平洋的交汇处。地震活动非常活跃，抗洪抢险形势十分严峻。在亚热带气候和台风的影响下,厦门等东南沿海地区每年都会有几个月的台风、暴雨恶劣天气,因台风和暴雨而发生的事故也屡见报道。在地震、台风等自然灾害面前,具有安全隐患的村镇住宅将对广大农民的生命财产安全构成巨大的威胁。与市区规范的工程建设状况相比,厦门市周边农村地区的大多数住宅建设现状相当混乱。老旧民宅破损严重、施工技术水平低下、建筑材料质量低劣、野蛮加层改建等现象普遍存在,落后的住宅建设和安全现状与稳定发展的农村经济极不协调。2008年5月12日发生的汶川特大地震,更是为我们敲响了警钟。基于上述考虑,作者参与了华侨大学土木工程学院对厦门市某区村镇住宅安全现状的调查研究,对我国东南沿海地区村镇住宅的结构缺陷进行了细致的研究和总结。1村庄房屋结构的不足总结1.1高砖混凝土结构类型我国东南沿海地区村镇住宅结构形式可以分为砖混结构、石结构、石加砖混结构(指在石结构上加建砖混结构)、石砖木结构、钢筋混凝土框架结构和其他类型结构等六种结构类型。1.2抗侧力方面存在问题砖混结构的主要承重构件是由黏土砖砌成的砌体墙,延性较差,需要设置一定数量的构造柱以加强墙体的整体性,每层均应设置满足规范要求的圈梁以增强房屋的整体刚度,也可防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋的不利影响。各部分构件相互之间的拉结是砖混结构抗震性能的关键,必须通过细致的构造措施来保证。但是调研发现,一些客观存在的因素使得农村砖混结构住宅的性能大打折扣,尤其是在抗震性能方面,与规范的要求相差很远。主要存在的问题有:1)构造柱的设置普遍不足,甚至不设;2)混凝土的施工质量差。由于大部分农村的施工队整体素质不高,施工管理不严,钢筋摆放位置不准,混凝土振捣不认真等种种施工中的问题比比皆是。因此混凝土构件的露筋、麻面、跑浆、空洞、夹渣等现象非常普遍。1.3施工方法对石结构抗震性能的影响石材自重大、刚度大,相应的其地震反应也大,而且变形能力又很小,抗拉、抗剪、抗扭等受力性能也很差,这就决定了石砌体结构的抗震能力是先天不足的。石结构主要有无垫片座浆砌筑、有垫片座浆砌筑、有垫片干砌后甩浆等三种施工方法,不同施工方法对石结构抗震性能的影响也不同。采用无垫片座浆砌筑,砂浆饱满,墙体的抗剪能力及整体性有保证,结构的抗震性能较好。有垫片干砌后甩浆方法的石结构施工方法是先用石垫片支撑,预留上下皮石材之间的缝隙,将整个墙体“垒”起,然后再用“甩浆”的方法将石材间的缝隙用砂浆勾填。这种施工方法的砌体抗剪强度和整体稳定性均较差,导致干砌施工石结构的抗震性能极差。有垫片座浆砌筑的施工方法是上述两种方法的结合,可以在保证结构一定抗震性能的基础上加快施工的速度。其安全性等级介于上述两种施工方法之间。1.4c面连续墙式混凝土填充材料从抗震性能角度来看,这种加层的结构类型是不合理的。首先,对于“干砌”法建成的石结构,由于其重力荷载的承载能力有限,若再加层,自身的安全性很难保证。其次,对于“无垫片座浆”砌筑的石结构上加建的砖混结构,正常方法是在原来的石墙上砌筑砖墙,这样,重力荷载的传力途径比较合理。但若砖墙砌在没有石墙的地方(如外廊、门庭檐口梁上砌墙),就意味着在本来就不适合受弯的石梁上再增加荷载,进一步增加了石梁发生脆断的危险。再次,早期建造的石砌体结构地基沉降趋于稳定,部分石结构已经有了裂缝。新的扩建加层加大了地基土的压应力,底层石结构原有裂缝进一步发展或使原本没有裂缝的底层产生裂缝,严重的可导致墙体竖向承载能力的丧失(见图1)。2桥梁与钢筋混凝土梁的抗弯性能2.1钢筋混凝土梁石结构抗震性能差的一个主要原因是采用石梁和石板等石材抗弯构件,而石材的抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右,抗弯承载力和变形能力均远小于同尺寸适筋钢筋混凝土梁。为了研究两者的性能差异,选用相同尺寸的石梁和钢筋混凝土梁进行AD-INA有限元模拟,计算试件的抗弯承载力和变形能力。试件截面尺寸均为200mm×400mm,受力段长3000mm,采用三分点加载。钢筋混凝土梁配筋如图2所示。材料性能及试件参数见表1。2.2有限元模型的建立混凝土与石材均采用ADINA自带的Concrete模型,钢筋采用Rebar单元,由于对称性,选取1/2模型,网格划分后有限元模型如图3所示。计算所得试件的跨中弯矩—挠度曲线如图4所示。由图4可见,虽然石材的抗压强度远大于混凝土强度,但其抗弯承载能力仅为RC梁的1/2左右,当石梁达到其最大抗弯承载力时,强度迅速衰减,呈明显的脆性破坏。而同样尺寸的RC梁不仅承载力高,而且达到最大承载力后有稳定的变形平台,说明同样尺寸的RC梁性能大大优于石梁。3有限元模型分析通过对厦门市某区村镇住宅的调研,分析了我国东南沿海地区村镇住宅的结构缺陷和成因。通过对相同尺寸石梁和钢筋混凝土梁的有限元模拟