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砌体结构隔震技术应用

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砌体结构尤其是砖混结构是此次汶川8.0级大地震灾区的主要房屋结构类型之一,在地震中遭到了普遍破坏,约占受损建筑总面积的40%,也是灾区恢复重建的首选建筑结构类型之一。受损砌体结构主要分为三种类型,第一类是居民自建房,大多采用砖或其他类型砌块墙承重、装配式预制钢筋混凝土楼板,圈梁、构造柱设置不规范或干脆不设,承重墙厚度多以墙顶所支撑楼板的状况确定,一般支撑两跨楼板者采用24墙,支撑一跨楼板者采用18墙,非承重墙采用12墙,墙体普遍偏薄,楼板端部无足够支撑长度,板与板之间无可靠连接。第二类属经抗震设计、施工的砖混结构房屋,采用装配式预制钢筋混凝土楼板,由于楼板之间多缺乏可靠连接,房屋整体性较差;第三类亦属经抗震设计、施工的砖混结构房屋,采用整体现浇钢筋混凝土楼板,房屋整体性较好。

在剧烈地震作用下,上述三类房屋均由于楼层荷载较大、墙体相对较薄,缺乏足够的抗剪能力或抗弯能力而导致横墙及窗间墙剪切破坏(具体表现为单向或交叉斜裂缝)、或窗间墙弯曲破坏(水平裂缝);或由于房屋窗肚墙较弱、在水平地震作用下房屋纵向整体偏“柔”,沿房屋纵向窗肚墙发生“连梁式”剪切破坏;或由于楼板板端搭接长度不够,在房屋层间侧向变形较大时,楼板端部失去支撑,发生“落梁式”塌落破坏,进而塌落的楼板砸坏下层楼板或砸坏其一侧支撑墙体,导致连锁式楼板塌落或墙体破坏失稳,致使结构整体或局部垮塌;或由于局部墙体薄弱、破坏较重失去承载能力,而导致房屋局部倒塌;或多数承重墙体破坏严重、层间侧向变形过大而导致结构整体失稳、垮塌。

如果在恢复重建时对砌体结构采取合适的叠层橡胶垫隔震措施,则可完全避免上述各类破坏。因为对于非隔震砌体结构而言,其结构基本自振周期一般介于0.1秒~0.5秒之间,场地卓越周期一般介于0.3秒~0.5秒之间,地震动特征周期也一般0.2秒~0.8秒左右,三者非常接近。地震发生时,房屋结构很容易发生类共振效应,导致严重甚至倒塌破坏。而采用合适的叠层橡胶垫隔震措施后,则可人为控制结构体系的振动周期,延长隔震后结构体系的自振周期使之达到1.0秒以上,远离上述三个共振区域,避免类共振效应发生,达到避免破坏保护结构安全的目的。具体建议如下:

(1)首选砌体结构底层与基础之间设置隔震层,即在毛石基础或条形基础顶部加设圈梁,在圈梁顶部设隔震层,隔震层由合适数量的铅芯和无铅芯普通叠层橡胶隔震支座混合构成;

(2)在结构首层底部加设托梁,在纵横墙交接处底部设置合适尺寸(一般为Φ400~Φ600)的叠层橡胶隔震垫;

(3)隔震装置必须具有足够的初始刚度,风载及微震时,隔震层基本无变形。当强震发生时,叠层橡胶隔震装置柔性消震,体系进入消能状态;(4)隔震层增加大震侧向限位装置,保证意外大震发生时,结构不会发生因隔震层侧向变形过大而结构整体失稳。

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