汶川地震后建筑物震害分析及加固技術(shù)綜述

1、汶川地震后建筑物震害分析及加固技術(shù)綜述 摘要：本文介紹在2008年5月12日四川省波川一北川大地震中砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的各種典型破壞特征，包括砌體結(jié)構(gòu)的開裂、傾覆，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的短柱破壞效應(yīng)、剪切破壞、剪壓破壞、壓屈破壞、彎剪破壞、粱柱塑性鉸、鋼筋錨固不足破壞、混凝土酥碎破壞等。文中分析探討了震害的原因及吸取的教訓(xùn)，以及各種加固技術(shù)綜述。 關(guān)鍵詞：裂縫；抗震能力；加固方法 2008年5月12日，在我國(guó)四川省汶川縣發(fā)生了里氏8.0級(jí)大地震，震害較為嚴(yán)重地集中在老舊民房和砌體建筑，鋼筋混凝土建筑、特別是高層鋼筋混凝土建筑的破壞相對(duì)較少。全世界的工程抗震實(shí)踐證明，除理論和實(shí)驗(yàn)研究外，震害經(jīng)驗(yàn)

2、是工程抗震的重要基礎(chǔ)之一，也是人類防御地震災(zāi)害的共同精神財(cái)富。因此，對(duì)此次汶川地震中各類建筑和工程設(shè)施的震害進(jìn)行分析研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)改進(jìn)建筑抗震設(shè)計(jì)和施工具有十分重要的意義。近20多年來(lái)，我國(guó)的鋼筋混凝土建筑發(fā)展迅速，能否經(jīng)受地震考驗(yàn)、達(dá)到預(yù)期的抗震設(shè)防目標(biāo)，是人們十分關(guān)注的問題。汶川地震中鋼筋混凝土建筑的震害經(jīng)驗(yàn)，無(wú)疑為我們提供了十分重要的借鑒。 一、地震基本情況 據(jù)國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，本次地震震級(jí)為里氏8.0級(jí)，震源深度33km，震中位于北緯31.0度。東經(jīng)103.4度，位于四川省汶川縣。 按中國(guó)的地震區(qū)劃表，汶川縣為7度設(shè)防，其對(duì)應(yīng)加速度峰值為35gal。而實(shí)際根據(jù)地震局公布的數(shù)據(jù)計(jì)

3、算得到的成都波峰僵加速度：304.8gal，持時(shí)142.4 s。震中地表加速度PGA=0.63G，約630gal。由此可見，實(shí)際地震烈度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)防烈度，即地震作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出建筑物50年壽命期內(nèi)預(yù)計(jì)可能遭遇到的地震作用。 二、震害分布情況及分析 (一)砌體結(jié)構(gòu)的破壞情況及分析 一是墻體開裂破壞； 二是墻體轉(zhuǎn)角處破壞； 三是樓梯間墻體的破壞； 四是樓梯間墻連接處的破壞； 五是樓屋蓋的破壞； 六是山墻破壞； 七是施工質(zhì)量引起的破壞。 (二)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞情況及分析 1、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)體系問題 我國(guó)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提出了一系列非常重要的基本要求，即“建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用

4、嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案”：“建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力績(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變”。對(duì)于結(jié)構(gòu)體系，則提出：“應(yīng)有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑”；“宜有多道抗震防線”，“具有必要的抗震承載力。良好的變形能力和消耗能量的能力”。這些基本要求是基于對(duì)震害的不斷認(rèn)識(shí)、試驗(yàn)和理論研究的大量成果而提出的。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外大地震的震害表明，我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范所提出的建筑抗震設(shè)計(jì)的基本要求是合理和重要的。大多數(shù)震害均為結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、結(jié)構(gòu)體系不合理、地

5、震作用傳遞途徑不明確或缺少多道抗震防線所導(dǎo)致。 1、缺乏多道抗震防線； 2、強(qiáng)梁弱柱破壞； 3、結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則、剛度突變且地震作用傳遞途徑不明確： 4、結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則； 5、結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則，底層大廳空曠。上部結(jié)構(gòu)與底層剛度比遠(yuǎn)大于2，形成所謂“雞腿”建筑。 2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的典型破壞形態(tài) 1、柱子剪切破壞(短柱效應(yīng))：由于窗臺(tái)墻體對(duì)柱子的約束作用，使柱子的有效長(zhǎng)度減小了一半，成為短柱。地震作用下，柱子嚴(yán)重破壞。 2、柱子剪壓破壞：柱子斷面過小、箍筋約束不足、混凝土抗壓強(qiáng)度不足、豎向震作用較大，在水平和豎向地震作用的共同作用下，產(chǎn)生剪壓破壞。 3、柱子彎剪破壞：盡管由于窗臺(tái)墻體的存在形成短柱，但由于

6、柱子斷面足夠大且兩側(cè)翼墻提供附加的抗剪強(qiáng)度，在水平地震作用下造成彎剪破壞(屬延性破壞)，整體結(jié)構(gòu)不倒。 4、柱子壓屈破壞：豎向荷載太大，柱子斷面過小、受力鋼筋壓屈成燈籠狀破壞。 5、柱子塑性鉸破壞：內(nèi)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)柱的柱項(xiàng)和柱腳均出現(xiàn)塑性鉸。吸收了地震能量。盡管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大變形，但整體未倒。 6、短梁剪切破壞：框架結(jié)構(gòu)，填充墻開門洞使框架梁變成短梁(凈跨與截面高度之比小于4)，產(chǎn)生剪切破壞；剪力墻結(jié)構(gòu)，連梁產(chǎn)生的剪切破壞。 7、梁端塑性鉸破壞：框架梁與柱子切點(diǎn)處，由于箍筋加密形成較好的約束作用，盡管變形較大，并未造成剪切破壞。 三、受損房屋的加固措施 結(jié)構(gòu)抗震加固方法隨著經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)水平和人們

7、觀念的發(fā)展而發(fā)展，以往的抗震加固是以結(jié)構(gòu)的安全性為重點(diǎn)。而對(duì)建筑的外觀及使用功能很少顧及。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，抗震加固新技術(shù)(如消能減震)、新材料(如碳纖維、結(jié)構(gòu)膠)以及新工藝(如鉆孔、植筋)的出現(xiàn)，從而使抗震加固的手段愈來(lái)愈多，給工程師以充分發(fā)揮的余地。并且抗震加固工作往往結(jié)合城區(qū)的改造規(guī)劃、建筑功能的更新改造來(lái)進(jìn)行，人們不僅重視結(jié)構(gòu)的安全性和適用性，更希望對(duì)原有建筑風(fēng)貌得以完整地保留。這在對(duì)于具有重大紀(jì)念意義、城市標(biāo)志性建筑的抗震加固中顯得尤為重要。 (一)砌體結(jié)構(gòu)房屋的加固 對(duì)于裂縫寬度較大，影響建筑物的使用及安全的裂縫，宜做加固處理砌體結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加

8、固兩類，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的方法 砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法一般為： 1、鋼筋混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)分為：混凝土圍套、混凝土扶壁柱和混凝土夾板墻3種方式優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)。砌體加固后承載力有較大提高，并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，適用于柱、帶壁墻的加固：其缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)會(huì)有一定的影響。且加固后的建筑物的凈空有一定的減小。 2、加固砌體結(jié)構(gòu)分為扶壁柱和墻體加固兩種方法。屬于同種材料加固。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，適用于古建筑的修復(fù)和典型民居的改造，但承載力提高有限，且難滿足抗震要求。 3、捆綁式加固方法，在房屋外面設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁及縱橫拉接桿件，將

9、房屋捆綁為一個(gè)整體。優(yōu)點(diǎn)是可提高結(jié)構(gòu)整體性，改善結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)及增大結(jié)構(gòu)延性，但其施工工藝復(fù)雜。施工周期長(zhǎng)，如設(shè)計(jì)應(yīng)用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震產(chǎn)生不利影響。 砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法一般為： 1、無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法。該法屬于傳統(tǒng)加固方法。優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量和濕作業(yè)少，受力較可靠，適用于不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度提高截面承載力的砌體柱的加固；缺點(diǎn)為加固費(fèi)用高，并需有類似鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。 2、預(yù)應(yīng)力撐桿加固法。該法能較大幅度地提高砌體柱的承載能力，且加固效果可靠'適用于加固高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)是不能用于溫度在60以上的環(huán)境中。 砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造性加固與修補(bǔ)宜采用以下措施： 1、增設(shè)圈粱加固。當(dāng)圈梁設(shè)置不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求減縱橫墻交接處咬搓有明顯缺陷，或房屋的整體性較差時(shí)，應(yīng)增設(shè)圈梁進(jìn)行加固。 2、增設(shè)梁墊加固。當(dāng)大梁下磚砌體被局部壓碎或大粱下墻體出現(xiàn)局部豎直裂縫時(shí)。應(yīng)增設(shè)梁墊進(jìn)行加固。 3、改變結(jié)構(gòu)方案，如增加橫墻，將彈性方案改為剛性方案，柱承重改為墻承重，砌體結(jié)構(gòu)改為混凝土結(jié)構(gòu)。 (二)混凝土結(jié)構(gòu)房屋的加 目前在抗震加固中采用的具體方法有：