00-汶川地震对建筑结构的启示.ppt
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汶川地震,对建筑结构的启示政策规范层面,启示1,我国颁布执行的抗震设计规范经受了大震的考验,有效的保证了人民的生命财产安全。
凡是严格按照89抗震规范或2001抗震规范的规定进行设计、施工和使用的各类房屋建筑,在遭遇到比当地设防烈度高一度的地震作用下均经受了考验,没有出现倒塌破坏,有效地保护了人民的生命安全,这个经验应充分肯定。
减轻地震灾害的根本对策是提高各类建设工程的抗震能力。
启示2,重视抗震概念设计和构造措施建筑抗震概念设计指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。
为保证建筑在强烈地震下的安全,建筑应按抗震规范概念设计的要求,采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构。
启示3,特别加强对未成年人在地震突发事件中的保护在美国,在2001年的IBC2001及以后的版本,明确规定人数多于250人的中、小学和日托幼儿建筑,结构的地震作用增加.25%。
我国在GBJ11-89抗震规范中,明确规定采用砌体结构的教学楼,尤其是外廊和单边走廊的砌体房屋,应严格降低总高度并提高设置构造柱的要求。
一些甲级设计单位严格按规范要求设计的学校建筑,在汶川地震中虽遭遇到高于当地设防烈度一度的地震影响,没有一栋倒塌,这个经验应充分肯定。
2004年版的抗震设防分类标准中,为保护地震时自救能力较弱的人群,明确规定人数较多的幼儿园以及小学教学楼提高抗震设防类别的要求。
汶川地震时,虽然倒塌的学校建筑的比例略低于其他房屋,但伤亡人数的比例明显大于其他房屋2010版,所有幼儿园以及小学、中学(包括普通中小学和具有未成年人的职业初中、专科学校等各类初级、中级学校)的教学用房(包括教室、实验室、图书室、微机室、语音室、体育馆、礼堂)的设防类别均应提高;强调,学校建筑应按抗震规范概念设计的要求,采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构。
启示4、重视场地的工程抗震措施,西部地区的建设用地主要位于山区,地形复杂,农村很多建筑依山而建,城市中有很多陡坡和挡土墙,潜在的地质灾害主要有山体滑坡、泥石流和洪灾等。
因此,对于灾后重建,加强建筑工程场地的选址工作,选择有利地段,避开危险地段是十分必要的;对于无法避让的抗震不利地段,应采取有效的工程场地抗震措施进行排险,启示5、将村镇私人建房纳入审批管理程序,现场震损房屋调查结果显示,地震中私人建房损失很大,由于选址不当,结构设计不合理,施工质量不良等原因导致了大量震害。
除了建筑技术方面的原因外,另一重要原因是,该类房屋的规划设计与施工游离于政府主管部门的管辖范围之外,现有法律没有将私人建房的设计与施工纳入政府主管部门的审查程序。
建议政府主管部门加强对私人建房在规划布局、选址、设计及施工等方面的审查、指导和管理工作。
对于农村房屋,政府主管部门引导农民选用地方发布的标准和图纸进行建造,并对农村的工匠进行培训。
对于困难地区的农村,政府可给予适当补助。
本次地震后农村房屋建设应和新农村建设相结合,做到科学合理,经济适宜。
启示6,按照建设行政主管部门的统一要求,做好建筑物的抗震鉴定、修复和加固工作,汶川地震,对建筑结构的启示技术层面,一、汶川地震介绍,北京时间5月12日14时28分,四川汶川县(北纬31度,东经103.4度)发生里氏8.0级地震,震中烈度11度。
汶川地震发生地为龙门山断裂带,是我国大陆内部地震,属于浅源地震,其破坏力度大。
一、汶川地震介绍,汶川地震发生在青藏高原东缘龙门山构造带上,晚新生代以来,龙门山构造带的逆冲-右旋走滑运动导致了龙门山相对四川盆地的快速隆起抬升,在不到50km距离内,地形高差达到5km以上,形成深切割的龙门山高山峡谷区特殊地质地貌条件,也加重了该次地震的震害。
龙门山构造带主要由茂汉-汉川断裂(北东段称平武-青川断裂)、北川-映秀断裂和彭县-灌县断裂3条主干断裂组成。
二、建筑结构震损统计,地震主震过后,西南科技大学土木工程与建筑学院立即组织科研人员进行四川灾区建筑工程结构安全鉴定与震害调查。
砖混结构统计分析。
框架结构统计分析。
二、建筑结构震损统计,在成都、绵竹、都江堰、德阳、绵阳等地震害调查,各地区震损程度如下表所示,虽然不能详细及准确的表明各城市具体建筑震损程度,但说明离震中越近则建筑震损越大。
二、建筑结构震损统计,统计数据表明了房建筑损坏总体情况是:
严重损坏的房屋类型主要是抗震设防标准较低的砌体结构、厂房等建筑,这类建筑未设置钢筋混凝土圈梁和构造柱。
中等损坏的房屋多为砌体结构、框架结构等建筑,损坏部分以非承重的围护结构居多,损坏的隔墙多数是因为没有与主体结构很好地拉结,大部分无结构安全隐患,损坏的隔墙拆除后重新砌筑修复即可继续使用。
轻微损坏或几乎没有损伤的建筑主要为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、钢结构等近年来按照89规范和2001规范新建的房屋建筑。
二、建筑结构震损统计,房屋建筑的总体受损情况,按不同的分类原则大致有以下规律。
1、按结构形式划分钢结构建筑基本未受损或受损较轻,其次为钢筋混凝土建筑,其中剪力墙结构或框架-剪力墙结构较框架结构受损轻,而外廊悬挑的单跨框架、底部框架上部砌体结构震害较为严重,砌体结构尤其是楼面采用预制板的预制装配式或装配整体式建筑受损最为严重。
二、建筑结构震损统计,2、按建造年代分上世纪80年代前建造的年限较久的建筑受损比较严重,按照89规范或者2001规范设计建造的建筑受损较轻。
3、按建筑功能划分轻钢结构厂房基本未受损,其次为钢筋混凝土公共建筑和工业建筑,砌体结构住宅、大空间学校和工业建筑受损最为严重,高耸结构尤其是砌体结构烟囱几乎全部受损。
二、建筑结构震损统计,4、按建筑布置划分平面及竖向布置规则、刚度变化均匀的建筑震害较轻,平面布置不规则、竖向刚度变化大、体型复杂的建筑震害较重。
尤其是突出屋面的阁楼、楼梯间、设备间、女儿墙受鞭梢效应影响破坏严重。
三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-斜裂缝,与地震力方向平行的墙体常产生斜裂缝。
在地震力反复作用下,则形成交叉裂缝。
1、砌体结构房屋破坏的典型特征-交叉裂缝,三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-门窗洞口斜裂缝,门窗洞口处的墙体常出现45斜裂缝。
三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-转角破坏,转角处应力集中对墙体的破坏。
三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-构造柱产生剪切破坏,平面布置不当导致构造柱产生剪切破坏。
三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征:
底框砖混结构为“底柔上刚,头重脚轻”的结构体系,地震时,由于上下结构形式不同,结构刚度沿竖向分布不均匀,底层框架层一般侧向变形较大,震害比上部结构严重。
震害调查结果表明,底层框架结构房屋震害主要集中于底层梁、柱及节点,并且柱的震害远大于梁,柱顶震害大于柱底,角柱震害大于内柱和边柱。
由于上部无筋砌体结构抗震性能较差,再加上越靠近底层框架墙体所需承受的水平地震作用越大,故底层框架上方的过渡层墙体比较容易在地震中发生剪切破坏。
三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-墙角处的破坏,墙角处的破坏,三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-窗间墙破坏,窗间墙及洞口处墙体的破环,三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-底层填充墙,底层填充墙的破坏,三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-抗震墙,钢筋混凝土的剪力墙几乎没有一点损害,只有老式的砖结构抗震墙才受到了破坏。
三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-底层框架震损,底层框架震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,
(1)、柱的破坏。
柱顶纵筋压屈、混凝土压碎,柱出现斜裂缝或交叉的斜裂缝,柱底出现水平裂缝,柱顶的震害比柱底严重;短柱(柱净高H/b4)易发生剪切破坏,角柱的震害比其他部位的柱严重。
三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,角柱的震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,边柱的震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,短柱的震损:
短柱一般在中上部断裂,为水平裂缝。
三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,柱顶的震损:
框架柱大多数在柱顶部出现破坏,尤其在与框架梁交接处的节点下部破坏更为突出,柱端呈现水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝,钢筋弯曲且外露,某些结构该部位的钢筋出现了屈服。
三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,柱底的震损:
柱底出现局部抹灰层脱落,局部混凝土压碎,柱纵筋外露。
梁柱加腋处下端出现周边贯通的裂缝。
三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-节点破坏,
(2)、钢筋混凝土框架节点破坏表现为:
受拉钢筋屈服,受压区混凝土压碎,混凝土保护层剥落,梁上交叉斜裂缝严重,梁端形成塑性铰;柱筋压曲,箍筋外鼓或崩断,柱端形成塑性铰;钢筋滑移或混凝土压酥,梁筋拔出;产生斜向对角裂缝或交叉斜裂缝,严重时混凝土成块剥落,箍筋外鼓或崩断等。
三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-节点破坏,节点处的震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-楼梯的破坏,(3)、楼梯的破坏,一般为贯通梯段板厚度、长度为梯段宽度的裂缝。
三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-变形缝,(4)、结构的伸缩缝、沉降缝未按抗震缝要求设置,地震时缝两侧建筑物相互碰撞,造成墙体和檐口局部破坏,外装饰层崩裂在城区各类建筑中普遍存在。
三、建筑结构震损特征,(5)、填充墙的破坏。
框架填充墙大多在山墙、窗间墙、门洞口的边角部位产生斜裂缝或交叉裂缝,或沿窗口上下标高产生水平裂缝。
在此次震害调查中,端墙有时发生填充墙的倒塌,而且以空心砌块最为严重。
山墙砌块在中下部压碎居多,在中部沿交叉裂缝方向空心砖压碎。
建筑角部受力复杂,在强震中出现不同程度的破坏,轻者裂缝,重者局部墙体压碎。
3、框架结构房屋破坏的典型特征-填充墙,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-填充墙,填充墙的震损,三、建筑结构震损特征,四、建筑结构震损机理分析,1、砌体结构震害机理分析,
(1)地震力传来方向与墙体破坏形式的关系墙体是砌体结构房屋的主要承重构件,地震时受力比较复杂,会产生各种形式的裂缝,比如斜裂缝,交叉裂缝和水平裂缝等,严重时会出现倾斜、错动和倒塌现象。
当墙体中垂直荷载和水平地震作用引起的主拉应力超过砌体的主拉应力强度时,与地震力方向平行的墙体产生斜裂缝。
在地震力反复作用下,则形成交叉裂缝。
这种裂缝在外纵墙的窗间墙较为多见,主要是因为墙体洞口处受到削弱,加之横墙承重房屋,纵墙上的压应力较小,使得砌体抗拉强度较低的缘故。
墙体水平裂缝大部分出现在外纵墙的窗口上下截面处,且沿房屋纵向中段较重,两端较轻,尤其是顶层空旷的房屋外纵墙更易出现此种裂缝。
四、建筑结构震损机理分析,
(2)洞口削弱程度对墙体受震的影响在住宅砖房建设中,为追求大客厅,布置大开间和大门洞(有的大门洞间墙宽仅有),并将阳台做成大悬挑(悬挑长度大于),延扩客厅面积,对部分“局部尺寸”不满足要求时,有的不采取加强措施,而是采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢;有些住宅砖房因限于场地或“造型”,布置成复杂平面,或纵、横墙沿平面布置不能对齐,或墙体沿竖向布置上下不连续等;有承重窗间墙最小宽度1.0m(六度设防),或承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离1.0m,或非承重墙外墙尽端至门窗洞边的最小距离1.0m,甚至只有几十厘米等情况,片面追求开敞明亮却忽视了房屋的抗震安全。
1、砌体结构震害机理分析,四、建筑结构震损机理分析,(3)对称布置的重要性汶川地震中,震损严重的砖混结构大多数存在结构布置不规则、不对称、建筑结构形式复杂的特点,相对结构简单规则的建筑则震损较为轻微。
在这次地震倒塌的房屋中有的平面设计存在严重的不对称:
一边进深大,一边进深
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