砌體結構隔震技術應用

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砌體結構尤其是磚混結構是此次汶川8.0級大地震災區(qū)的主要房屋結構類型之一,在地震中遭到了普遍破壞,約占受損建筑總面積的40%,也是災區(qū)恢復重建的首選建筑結構類型之一。受損砌體結構主要分為三種類型,第一類是居民自建房,大多采用磚或其他類型砌塊墻承重、裝配式預制鋼筋混凝土樓板,圈梁、構造柱設置不規(guī)范或干脆不設,承重墻厚度多以墻頂所支撐樓板的狀況確定,一般支撐兩跨樓板者采用24墻,支撐一跨樓板者采用18墻,非承重墻采用12墻,墻體普遍偏薄,樓板端部無足夠支撐長度,板與板之間無可靠連接。第二類屬經(jīng)抗震設計、施工的磚混結構房屋,采用裝配式預制鋼筋混凝土樓板,由于樓板之間多缺乏可靠連接,房屋整體性較差;第三類亦屬經(jīng)抗震設計、施工的磚混結構房屋,采用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板,房屋整體性較好。

在劇烈地震作用下,上述三類房屋均由于樓層荷載較大、墻體相對較薄,缺乏足夠的抗剪能力或抗彎能力而導致橫墻及窗間墻剪切破壞(具體表現(xiàn)為單向或交叉斜裂縫)、或窗間墻彎曲破壞(水平裂縫);或由于房屋窗肚墻較弱、在水平地震作用下房屋縱向整體偏“柔”,沿房屋縱向窗肚墻發(fā)生“連梁式”剪切破壞;或由于樓板板端搭接長度不夠,在房屋層間側向變形較大時,樓板端部失去支撐,發(fā)生“落梁式”塌落破壞,進而塌落的樓板砸壞下層樓板或砸壞其一側支撐墻體,導致連鎖式樓板塌落或墻體破壞失穩(wěn),致使結構整體或局部垮塌;或由于局部墻體薄弱、破壞較重失去承載能力,而導致房屋局部倒塌;或多數(shù)承重墻體破壞嚴重、層間側向變形過大而導致結構整體失穩(wěn)、垮塌。

如果在恢復重建時對砌體結構采取合適的疊層橡膠墊隔震措施,則可完全避免上述各類破壞。因為對于非隔震砌體結構而言,其結構基本自振周期一般介于0.1秒~0.5秒之間,場地卓越周期一般介于0.3秒~0.5秒之間,地震動特征周期也一般0.2秒~0.8秒左右,三者非常接近。地震發(fā)生時,房屋結構很容易發(fā)生類共振效應,導致嚴重甚至倒塌破壞。而采用合適的疊層橡膠墊隔震措施后,則可人為控制結構體系的振動周期,延長隔震后結構體系的自振周期使之達到1.0秒以上,遠離上述三個共振區(qū)域,避免類共振效應發(fā)生,達到避免破壞保護結構安全的目的。具體建議如下:

(1)首選砌體結構底層與基礎之間設置隔震層,即在毛石基礎或條形基礎頂部加設圈梁,在圈梁頂部設隔震層,隔震層由合適數(shù)量的鉛芯和無鉛芯普通疊層橡膠隔震支座混合構成;

(2)在結構首層底部加設托梁,在縱橫墻交接處底部設置合適尺寸(一般為Φ400~Φ600)的疊層橡膠隔震墊;

(3)隔震裝置必須具有足夠的初始剛度,風載及微震時,隔震層基本無變形。當強震發(fā)生時,疊層橡膠隔震裝置柔性消震,體系進入消能狀態(tài);(4)隔震層增加大震側向限位裝置,保證意外大震發(fā)生時,結構不會發(fā)生因隔震層側向變形過大而結構整體失穩(wěn)。

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