砌體墻的破壞

1、多層磚混房屋是我國(guó)民用建筑的主要結(jié)構(gòu)類型之一，由于其原材料來(lái)源廣 泛，易于就地取材，具有良好的耐久性和耐火性，以及較好的化學(xué)穩(wěn)定和大氣穩(wěn) 定性，且保溫、隔熱、隔聲性能較好，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，可以節(jié)約水泥和鋼筋， 并且砌筑砌體時(shí)不需棋板及特殊的技術(shù)設(shè)備。當(dāng)采用砌塊或大型板材作墻體時(shí)， 可以減輕結(jié)構(gòu)自重，加快施工進(jìn)度，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)和施工。在我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)中， 這類房屋的數(shù)量最多、分布最廣，與其他結(jié)構(gòu)形式相比有其自身的優(yōu)點(diǎn)。 在今后 相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，雖然框架、剪力墻等其他結(jié)構(gòu)形式迅猛發(fā)展， 但由于我國(guó)的經(jīng) 濟(jì)發(fā)展水平及人口環(huán)境等的現(xiàn)實(shí)情況，多層磚房仍將是多數(shù)城鎮(zhèn)民用建筑的主要 結(jié)構(gòu)形式，在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)

2、地區(qū)尤其如此。但是，這類房屋建筑，由于是由脆性材 料的粘土磚和砂漿砌筑而成，在未經(jīng)合理的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震性能一般來(lái)說(shuō)是 較差的。從60, 70年代的唐山地震、海城地震、東川地震到 80, 90年代的云 南祿勸地震、云南普洱地震、包頭地震，以及最近發(fā)生的汶川地震等歷次破壞性 地震中，多層磚房遭到不同程度的破壞。尤其是這次四川省汶川地震造成69197人遇難，18222失蹤，多數(shù)房屋倒塌，造成了極大的生命財(cái)產(chǎn)損失。雖然磚混房屋抗震性差，結(jié)構(gòu)自重大，但是其造價(jià)便宜，同時(shí)經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)， 特別是加了圈梁、構(gòu)造柱后其抗震性能顯著提高。本文通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的震害分析， 研究其破壞機(jī)理，對(duì)以后的設(shè)計(jì)以指導(dǎo)作用。本文

3、首先分析砌體的常見(jiàn)震害及其 原因，然后對(duì)砌體房屋的設(shè)計(jì)給與建議。1砌體震害程度及主要因素1.1墻體的震害程度分類多層磚房的震害主要是磚墻體的剪切破壞。按其震害程度可分為五類：倒塌 墻體大塊掉落直至整片墻體倒塌;嚴(yán)重破壞一一整個(gè)墻體出現(xiàn)交義或斜向裂縫，并有明顯的滑移、錯(cuò)位現(xiàn)象， 也包括墻體的碎裂，局部墻體掉落；中等破壞墻體出現(xiàn)貫通的交義或斜向裂縫；輕微破壞一一墻體表皮開(kāi)裂或因局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生短裂縫；基本完好也包括完全無(wú)損的墻體1.2影響震害程度的主要因素(1) 所處的烈度。烈度分區(qū)、區(qū)域性震害的輕重主要受發(fā)震構(gòu)造和大范圍地形地質(zhì)條件的影響，一般情況下，離發(fā)震構(gòu)造帶越近的區(qū)域烈度越高， 房屋的

4、震害越重，越遠(yuǎn)的越輕。(2) 場(chǎng)地條件。在同一烈度區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)小范圍的烈度異常以及房屋震害的 輕重懸殊現(xiàn)象，與工程地質(zhì)條件的局部變化有關(guān)。(3) 房屋的層數(shù)。結(jié)構(gòu)條件大體相同的磚房，層數(shù)對(duì)震害的影響明顯，層 數(shù)越多，震害越嚴(yán)重。(4) 房屋的結(jié)構(gòu)抗震性能。在相近的外界條件上，結(jié)構(gòu)的破壞程度主要在 于結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于外界條件不可改變，因此提高房屋的抗震性能是減小震 害的主要措施。2結(jié)構(gòu)破壞原因地震時(shí)，有震源釋放能量，有一部分以彈性波的形式向外傳播，稱為地震波。 地震波引起地面振動(dòng)，通過(guò)基礎(chǔ)傳給建筑物，引起建筑物振動(dòng)，當(dāng)?shù)卣鹨鸬恼?動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)建筑物的抗震能力時(shí)，就會(huì)使建筑物發(fā)生破壞地震引起的建

5、筑物破壞 情況主要有如下幾種：(1) 受震破壞1)承重結(jié)構(gòu)承載力不足或變形過(guò)大而造成的破壞。地震時(shí)，地震作用附加 于房屋上，使其內(nèi)力和變形增大較多，并且往往要改變其受力形式，導(dǎo)致房屋因 承載力不足或變形過(guò)大而破壞2)結(jié)構(gòu)喪失整體性而造成破壞。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的共同 工作主要是依靠各構(gòu)件之間的連接及各構(gòu)件之間的支撐來(lái)保證。當(dāng)?shù)卣鹱饔孟拢?若節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不足、延性不夠、錨固質(zhì)量差等就會(huì)使結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性而破壞。(2) 地基失效引起的破壞地震時(shí)，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下，有可能由于地基設(shè)計(jì) 的問(wèn)題而引起上部結(jié)構(gòu)發(fā)生震害。 對(duì)軟土地基有可能造成不均勻沉降，如果不處 理地震時(shí)會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)發(fā)生震害， 對(duì)含水飽和的砂土或粉土

6、，在地震時(shí)有可能 液化，導(dǎo)致地面下降，使地基失去穩(wěn)定，而引起上部結(jié)構(gòu)的傾斜、破壞。(3) 次生效應(yīng)引起的破壞地震引起的次生災(zāi)害主要有水災(zāi)、火災(zāi)、蠹?xì)馕?染、滑坡、山崩和泥石流等3砌體的震害特點(diǎn)3.1倒塌形態(tài)多層磚房的倒塌形態(tài)很多，但主要分為兩類，即全部倒塌、局部倒塌。(1) 房屋的整體倒塌當(dāng)強(qiáng)地震力作用時(shí)，結(jié)構(gòu)整體性好，而底層墻體因受剪力最大，在強(qiáng)度不足 的情況下，底層先倒塌而使整棟房屋倒塌；在地震力特別強(qiáng)時(shí)，房屋受到較大的 豎向作用力，底層承重墻體由于承載力不足而整體倒塌； 屋頂木結(jié)構(gòu)和磚墻連接 不牢,而使屋蓋整體坍塌或者頂層設(shè)置空曠大房間而使屋蓋過(guò)重,在地震力下使外墻承載力不足而倒塌；上層

7、加蓋的多層磚房，在接合處上下層沒(méi)有可靠連接使 其抗剪承載力過(guò)低，在地震力的作用下而產(chǎn)生滑移坍塌。(2) 局部倒塌一端倒塌而另一端未倒塌，這主要是地基的不均勻，在受地震力時(shí)由于較弱 地基承載力不足引起局部倒塌；采用預(yù)制板屋面的房屋，鋼筋混凝土梁和橫向承 重墻振動(dòng)不一致，搭在上面的樓板容易脫落，使此處發(fā)生局部倒塌；對(duì)于突出屋 面的單間房屋、樓梯間等平面或立面上有顯著變化的部位由于強(qiáng)度低并且整體性 差，在地震作用下往往會(huì)引起局部的倒塌。房屋采用兩種結(jié)構(gòu)形式，不能共同工作，磚墻和混凝土柱的延性不一樣，受 振動(dòng)時(shí)，墻體延性差而首先破壞；橫墻承重、內(nèi)部結(jié)構(gòu)整體性較好而內(nèi)外墻連接 不好的多層磚房，容易出現(xiàn)外

8、墻倒塌，而內(nèi)墻和樓板未倒。3.2裂縫特點(diǎn)3.2.1受震破壞產(chǎn)生的裂縫(1) 墻體父義裂縫。在房屋的樓梯間出水平面的墻體出現(xiàn)交義斜裂縫， 是由于墻體剛度突變產(chǎn)生 鞭梢效應(yīng)，使墻體受剪承載力過(guò)大，出現(xiàn)裂縫，見(jiàn)圖 5。房屋縱向窗間墻上普遍出現(xiàn)交義裂縫，是由于在水平地震力作用下產(chǎn)生剪切 破壞出現(xiàn)斜裂縫，之后由于地震的反復(fù)作用，墻體同時(shí)還受到拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎折 作用而產(chǎn)生。(2) 墻體豎向裂縫窗下墻兩側(cè)的豎向裂縫，由于窗間墻給窗下墻壓力作用，在窗下角產(chǎn)生較大 的剪應(yīng)力集中，引起下窗角開(kāi)裂。窗問(wèn)墻與窗下墻在長(zhǎng)度上有明顯差異， 兩者的 約束乂不同，形成收縮差，這種收縮差產(chǎn)生的剪應(yīng)力形成窗下角斜裂縫，同時(shí)在 窗

9、下墻產(chǎn)生拉應(yīng)力，形成豎向裂縫。發(fā)生在縱橫墻交接處貫通墻體的豎向裂縫， 有的是由于豎向地震作用下，縱 橫墻體因荷載不同引起豎向變形差， 使墻體在連接處產(chǎn)生剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力超過(guò) 砌體的抵抗應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)發(fā)生直剪破壞；或是由于水平地震作用力下縱橫墻連接處 被拉脫；是由于連接處受到兩個(gè)方向的地震作用， 受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中， 山墻受縱墻推力而產(chǎn)生裂縫。梁支座下墻體出現(xiàn)的豎向裂縫，由于在豎向地震力作用下梁支座處產(chǎn)生過(guò)大 的局部壓力超過(guò)墻體的承載力而產(chǎn)生；在有圈梁的承重墻上出現(xiàn)的多道短的豎向 裂縫，貫通墻與圈梁，是由于豎向地震力作用下，磚墻在豎向受彎折，墻體下部 受拉，或是在水平地震力作用下外墻向外傾斜

10、使橫墻受拉，磚墻和圈梁受拉彎作用時(shí)出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象。(3) 墻體水平裂縫墻體水平裂縫大多發(fā)生在外縱墻的窗口(門口)上、下皮磚處。當(dāng)房屋縱墻 承重，橫墻間距大而屋蓋的剛度乂較弱時(shí)，則垂直于縱墻方向的地震力迫使縱墻 在剛度小的方向發(fā)生橫向彎曲，從而在窗戶的上、下皮磚砌體處產(chǎn)生水平裂縫； 或者在強(qiáng)烈豎向地震作用下，樓蓋受力顛拋，墻體在截面變化處由于墻體截面過(guò) 小而受拉破壞。(4) 外墻中部外鼓在豎向地震力作用下由于整體性較好的屋頂和首層地面的箍緊作用， 墻體上 下端沒(méi)向外傾斜而中部受壓向外鼓出; 水平方向中部外鼓，這是因?yàn)橹胁客鈮εc 橫墻的連接比兩端山墻弱，在水平地震力作用下向外鼓出。(5) 伸縮縫、

11、沉降縫側(cè)的墻體的破壞在強(qiáng)烈的水平地震力作用下，墻體的水平振幅很大,當(dāng)縫距太小時(shí),兩側(cè)墻 體互相碰撞、擠壓而破壞。(6) 女兒墻倒塌采用現(xiàn)澆屋面的房屋的女兒墻在地震中，往往破壞很嚴(yán)重，出現(xiàn)整體倒塌。 主要原因是：在正常使用時(shí)，在溫度應(yīng)力的作用下產(chǎn)生了豎向裂縫和現(xiàn)澆混凝土 之間的水平裂縫，整體性差，承載力很低。(7) 樓梯間墻體的破壞由于樓梯間墻體平面外的約束差,同時(shí)平面剛度較大,因而分擔(dān)承受的地震 作用也大，且樓板在此處斷開(kāi)，空間剛度差，特別是對(duì)于頂層樓梯間，層高大， 突出屋面，平面外約束減小，穩(wěn)定性差，震害嚴(yán)重。(8) 其它典型震害對(duì)于采用磚木結(jié)構(gòu)的屋蓋的破壞，屋面的小宵瓦由于整體性差，在地震

12、作用 下，由于辮梢效應(yīng)，很容易松動(dòng)，脫落。裝配式樓板和屋蓋上沿梁的走向的水平裂縫， 是由于在豎向力的作用下，預(yù) 制板的撓曲，在梁頂支座處翹起而產(chǎn)生的。欄桿的傾覆，是由于在在地震力的作用下欄桿與墻體缺乏可靠的連接，平面外彎曲而破壞，如圖16。3.2.2基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的裂縫(1) 豎向裂縫底層窗臺(tái)下的豎向裂縫，是因?yàn)榇伴g墻下基礎(chǔ)的沉降量大于窗臺(tái)墻下基礎(chǔ)的 沉降量，使窗臺(tái)墻中部產(chǎn)生反向彎曲變形而開(kāi)裂，窗角受剪產(chǎn)生斜裂縫。房屋頂部的豎向裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)在地基突變處，原因是房屋的一端沉降量大， 使墻頂形成較大的拉應(yīng)力而開(kāi)裂。(2) 水平裂縫窗間墻上的水平裂縫都是在每個(gè)窗間墻的上、 下兩對(duì)角處成對(duì)出現(xiàn)，沉降大

13、 的一邊裂縫在下，沉降小的一邊裂縫在上?？p寬都是靠窗口處較大，向窗間墻的 中部逐漸減小。(3) 八字縫房屋中部的沉降量大于兩端的沉降量，房屋形成正向彎曲而造成正八字縫，如 圖17。房屋中部的沉降量小于兩端的沉降量，房屋形成反向彎曲而造成反八字縫， 如圖18。(4) 斜裂縫當(dāng)房屋地基一端軟弱或者房屋一端層數(shù)高，會(huì)造成這端的沉降量大而引起房 屋縱墻上出現(xiàn)斜裂縫。當(dāng)房屋平面為“ L”形、“凹”形，在房屋縱橫交接部位的基礎(chǔ)密集，地基 應(yīng)力重疊，次部位的沉降大，而使房屋出現(xiàn)斜裂縫。5震害原因分析砌體結(jié)構(gòu)房屋在地震中往往破壞嚴(yán)重，究其原因，主要有以下幾個(gè)方面:1. 場(chǎng)地條件房屋場(chǎng)地的選擇直接決定房屋的震害

14、程度。由于地質(zhì)構(gòu)造不同， 場(chǎng)地卓越周期不同，當(dāng)場(chǎng)地的卓越周期與多層房屋的自振周期相近時(shí)， 地基與房 屋產(chǎn)生共振作用，加大了震害，更容易造成房屋的嚴(yán)重破壞。2. 抗震設(shè)計(jì)不合理(1) 抗震縫寬度不夠。兩棟房屋之間或“ L”、“T”形等房屋在結(jié)合部位 沒(méi)有設(shè)置抗震縫，或抗震縫寬度不夠，其在地震作用下兩棟房屋的振動(dòng)頻率不一 樣，陣型可能也不一樣，所以彼此之間產(chǎn)生相互碰撞，使相鄰部位震害明顯加重。(2) 房屋的平立面布置不規(guī)則。房屋承重墻布置不對(duì)稱，使房屋平面剛度不均勻，使各部分連接處的變形突然變化而產(chǎn)生應(yīng)力集中；房屋的剛度中心和質(zhì)量中心不重合，地震時(shí)使房屋繞剛度中心產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而加重震害。(3) 豎向剛

15、度突變。有的房屋上面局部多加一層，因鞭梢效應(yīng)嚴(yán)重破壞。(4) 未設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱。3. 施工質(zhì)量的影響(1) 磚或砂漿的強(qiáng)度等級(jí)低于設(shè)計(jì)值(2)施工過(guò)程中工人責(zé)任心不強(qiáng)。砌 筑過(guò)程中砌體沒(méi)有澆水，使砂漿中的水分很快被砌體吸收，影響砂漿的保水性， 從而降低砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度；砌筑時(shí)砂漿厚度過(guò)厚，降低砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。(3)砌筑方法錯(cuò)誤。在接頭處留的都是直槎，并且沒(méi)有設(shè)置拉接筋，降低 墻體的整體性。4. 豎向地震作用對(duì)于接近震中地區(qū)的房屋，豎向地震作用的影響不能忽視，對(duì)于受豎向地震 作用明顯的房屋，表現(xiàn)為上部比下部震害嚴(yán)重。6減輕震害的措施根據(jù)地震作用下砌體結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)，應(yīng)該采取各種構(gòu)造措施來(lái)減小震害。

16、主要有以下幾個(gè)方面：(1) 選擇合理的場(chǎng)地盡可能選擇土質(zhì)密實(shí)、均勻場(chǎng)地，避開(kāi)不利的場(chǎng)地；房屋設(shè)置地下室可有效 減小震害，但是不宜建造部分地下室。(2) 控制多層樓房的高度和高寬比房屋結(jié)構(gòu)條件相同的房屋，層數(shù)對(duì)震害的影響明顯，層數(shù)過(guò)高將使砌體截面 增大，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自重加大，震害加重。房屋的高寬比過(guò)大，則由房屋整體彎 曲在墻中產(chǎn)生的附加應(yīng)力將增大，加重震害。(3) 合理的布置結(jié)構(gòu)平面布置原則：結(jié)構(gòu)平、立面布置應(yīng)合理盡量使質(zhì)量中心質(zhì)量中心和剛度中心重 合，平面規(guī)整、剛度均勻、體型簡(jiǎn)潔、分塊合理。以避免結(jié)構(gòu)在地震作用下結(jié)構(gòu) 局部產(chǎn)生應(yīng)力集中。墻體是承擔(dān)地震作用的主要構(gòu)件，墻體的布置和間距對(duì)房屋的空間

17、剛度和整 體性能影響很大，對(duì)于現(xiàn)澆樓蓋通常要小于 15m對(duì)于預(yù)制樓蓋通常小于11m 結(jié)構(gòu)布置應(yīng)優(yōu)先使用橫墻承重或縱橫墻共同承重的方案。(4) 樓梯間的處理樓梯間的剛度一般比較大，受到的地震作用通常比其他部位大， 同時(shí)，其頂 層的層高乂較大，且墻體往往受到嵌入墻內(nèi)的樓梯段的削弱， 所有，其震害比較 嚴(yán)重。因此應(yīng)該加強(qiáng)樓梯間的墻體，不應(yīng)采用無(wú)筋磚砌欄桿。(5) 加強(qiáng)樓面的整體性樓板整體性對(duì)與震害輕重關(guān)系很大, 樓面是主要的水平聯(lián)系構(gòu)件，樓板整體 性好，能與墻體共同工作，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的空間作用，有利于抗震，盡可能采用整體 樓板或加強(qiáng)預(yù)制板的整體聯(lián)系。(6) 構(gòu)造柱的設(shè)置磚砌體設(shè)置構(gòu)造柱后，抗剪能力能提高

18、 1020%變形能力可大大增大，延 性可提高幾倍。在墻體達(dá)到破壞極限狀態(tài)下，由于鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁的約 束，使破壞的墻體中的碎塊不易散落， 從而能保持一定的承載力，以支撐樓蓋不 發(fā)生突然倒塌。鋼筋混凝土構(gòu)造柱必須先砌墻，后澆柱，構(gòu)造柱與墻連接處宜砌成馬牙槎， 并沿墻高每隔500mm設(shè)拉結(jié)鋼筋，并深入墻體不少于1m.o(7) 圈梁的設(shè)置圈梁可加強(qiáng)墻體問(wèn)以及墻體與樓蓋問(wèn)的連接，在水平方向?qū)⒀b配式樓屋蓋連 成整體，因而增強(qiáng)了房屋的整體性和空間剛度， 同時(shí)圈梁能顯著提高樓蓋水平剛 度，提高房屋抗震性能，減輕震害。(8) 房屋的局部尺寸限值砌體房屋中某些局部尺寸太小時(shí)，地震時(shí)往往首先遭到破壞，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié) 構(gòu)的破壞。包括承重窗間墻的最小寬度、外墻盡段至門窗洞邊的最小