非結(jié)構(gòu)墻體部件的抗震措施

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非結(jié)構(gòu)墻體部件的抗震措施 大荔縣商貿(mào)產(chǎn)業(yè)園管委會(huì) 王建德 工程師   摘要:主體結(jié)構(gòu)的抗震能力已引起應(yīng)有的重視,而對(duì)非結(jié)構(gòu)部件只是從提高整體剛度出發(fā),提出了一些原則性性的要求或采取了一些錨固和拉結(jié)措施，但從根本上仍然無(wú)法解決兩種性質(zhì)截然不同的材料在地震力的作用下產(chǎn)生的位移差異,從而導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)部件與主體結(jié)構(gòu)連接部位或非結(jié)構(gòu)部件發(fā)生破壞,而發(fā)生嚴(yán)重后果。如何采取有效的抗震措施,確保非結(jié)構(gòu)部件在地震作用下不致破壞,是本文探討的主要課題。 Summary: The anti- Of the corpus construction shake the ability to has caused at the request of have of value, but to not construction parts just from increases the whole just the degree sets out, putting forward the some principle sex or adopt the some anchor man with pull the knot measure, but can't still solve two kinds of kinds by the root entirely different of the that material under the function of the earthquake dint is output moves the difference, from but cause not construction parts and corpus construction conjunction part or not the construction parts occurrence breaks, but cause serious result.How to adopt the valid anti- shake the measure, insuring not construction parts under the earthquake function not unlikely to breakage, is main lesson that this text inquiry into.   關(guān)鍵詞:地震 非結(jié)構(gòu)部件 抗震措施 Key phrase: The earthquake is not the construction parts anti- earthquake measure   地震是人們面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一,強(qiáng)烈地震常造成人身和財(cái)產(chǎn)的巨大損失,因此,研究結(jié)構(gòu)的抗震性能具有充分的必要性。抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)(以下簡(jiǎn)稱抗震規(guī)范)對(duì)建筑物的抗震設(shè)計(jì)提出了一系列要求,并制定出必須嚴(yán)格執(zhí)行的強(qiáng)制性條文,但在非結(jié)構(gòu)部件的抗震措施上,只是原則性的提出一些要求,對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)類型,在什么情況下采取什么具體措施,還很不明確。同時(shí),國(guó)家編制的抗震構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)圖也沒(méi)有完全明確非結(jié)構(gòu)部件的抗震構(gòu)造措施。因此，究竟采取怎樣的措施,才能確保非結(jié)構(gòu)部件遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)的安全,是本文探討的主要課題。 抗震結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)性部件是指充填墻、外墻板、內(nèi)隔墻、建筑裝修、電氣和設(shè)備等, 對(duì)這些部件設(shè)計(jì)的總要求是:在主體結(jié)構(gòu)未破壞之前不得破壞或不允許發(fā)生短時(shí)間內(nèi)不能修復(fù)的破壞。非結(jié)構(gòu)部件的抗震措施在構(gòu)造上是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作,不少問(wèn)題在世界范圍內(nèi)尚未得到很好解決。這些問(wèn)題的解決不能僅靠設(shè)計(jì)計(jì)算,還要靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),要靠正確的估計(jì)和判斷。需要從事建筑設(shè)計(jì)的各專業(yè)人員和施工人員配合協(xié)作,深入細(xì)致的總結(jié)抗震經(jīng)驗(yàn),研究出簡(jiǎn)易可行切實(shí)的構(gòu)造措施。筆者結(jié)合國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)資料,僅就充填墻、外墻板、內(nèi)隔墻的抗震構(gòu)造作以簡(jiǎn)單論述,供參考。 一、             充填墻    抗震規(guī)范13.3.3條對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)充填墻的結(jié)構(gòu)及與主體結(jié)構(gòu)的連接提出了一些要求,但效果如何,尚需進(jìn)一步探討。一般來(lái)說(shuō),充填墻分為剛性連接(硬連接)和柔性連接(軟連接), 圖1是這兩種構(gòu)造作法概念的示意圖。    充填墻硬連接與框架形成整體,對(duì)框架產(chǎn)生了有利和不利的影響。有利的影響是增加了結(jié)構(gòu)的剛度,減少位移,降低了框架構(gòu)件的部分內(nèi)力,施工也較方便。但不利影響是主要的。在強(qiáng)烈地震時(shí),有利因素會(huì)消失,充填墻本身可能遭到破壞,加之充填墻和主體結(jié)構(gòu)是由兩種不同材料組成的,在地震力作用下,加速度不同,位移產(chǎn)生差異,其結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不能按設(shè)計(jì)意圖工作,使主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應(yīng)力,可能導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。 主體結(jié)構(gòu)越柔,與之硬連接的充填墻的剛度越大,其不利影響也就越大,因而在剛度較大的主體結(jié)構(gòu)地震烈度又不太高的地區(qū),充填墻可能不發(fā)生問(wèn)題,從而認(rèn)為:對(duì)剛度大的主體結(jié)構(gòu)充填墻可以采取硬連接,對(duì)剛度小的柔性結(jié)構(gòu)宜用軟連接。一般的提法:層間位移小于1/1000層高的結(jié)構(gòu)稱為剛性結(jié)構(gòu),大于這個(gè)比值的,稱為柔性結(jié)構(gòu),層間位移比值小于1/2000層高的結(jié)構(gòu),使用硬連接的充填墻才較有把握。 目前,國(guó)內(nèi)多采用硬連接解決充填墻的抗震設(shè)防問(wèn)題,如抗震規(guī)范13.3.3條規(guī)定的各種抗震措施,主要是從加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能出發(fā),通過(guò)砌體內(nèi)設(shè)置拉結(jié)鋼筋與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉結(jié),達(dá)到抗震設(shè)防之目的。這樣做,也符合我國(guó)根據(jù)具體國(guó)情制定的二階段設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求,也就是我們通常說(shuō)的“小震不壞,中震可修,大震不倒”。 一般來(lái)說(shuō),充填墻采取了抗震規(guī)范規(guī)定的硬連接措施,在6度、7度地震烈度下可能不會(huì)發(fā)生問(wèn)題,但在高烈度的情況下難免遭到破壞,1976年7月28日的唐山7.8級(jí)地震和2008年5月12日發(fā)生的汶川8級(jí)地震,就是很好的證明,未倒塌的房屋外墻普遍出現(xiàn)了45度交叉斜裂縫,因此,普通砌體充填墻的做法因?qū)拐饹](méi)有把握,在日本基本不用。所以,為了解決充填墻在框架結(jié)點(diǎn)處對(duì)角線的壓力,建議充填墻硬連接時(shí)除應(yīng)按照抗震規(guī)范的要求采取抗震措施外,還應(yīng)在充填墻的四角做缺角以軟質(zhì)材料填補(bǔ),不做缺角則需加強(qiáng)框架結(jié)點(diǎn)處梁柱截面的抗剪強(qiáng)度,防止梁頭柱頭被擠壞。當(dāng)然,最好還是采取軟連接比較穩(wěn)妥。 抗震規(guī)范13.3.3條“2”中指出:“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的砌體充填墻宜與柱脫開或采用柔性連接”。但對(duì)如何脫開和采取什么柔性連接措施沒(méi)有明確規(guī)定,這就給實(shí)際操作帶來(lái)一定難度。筆者認(rèn)為, 充填墻和框架采用軟連接的做法對(duì)外墻是困難的,對(duì)內(nèi)隔墻尚存在著兩個(gè)未能很好解決的問(wèn)題。一是隔音防火效果差,另一個(gè)是要解決平面外的穩(wěn)定問(wèn)題。對(duì)充填墻而言,剛度較小的框架結(jié)構(gòu),墻邊和墻頂需要保持20~40毫米的縫隙?？p隙可以采用軟材料進(jìn)行填塞,并用固定在主體結(jié)構(gòu)上的活動(dòng)蓋板遮蓋。豎縫須完全脫開,墻的兩端做維持穩(wěn)定用的墻垛墻頂也需做拉接措施。如做抹灰墻面,墻的邊緣使用金屬擋灰板嚴(yán)禁縫隙被灰漿堵塞。如采用空心磚或空心砌塊做充填墻,則在孔洞內(nèi)配置豎向筋,灌填砂漿水平縫在空心磚的凹槽內(nèi)配筋,其頂部的構(gòu)造做法見圖2。 對(duì)軟連接做法的充填墻,墻頂與吊頂應(yīng)脫開,各種管道和通風(fēng)道更不得以墻頂為支撐點(diǎn),避免加重墻抵抗水平力的負(fù)擔(dān)和阻礙墻頂?shù)淖杂苫瑒?dòng)。 二、             外墻板    抗震規(guī)范13.3.2條對(duì)外墻板的抗震設(shè)防只是原則性的提出了要求,但對(duì)外墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接并沒(méi)有具體措施,在此進(jìn)行探討。 預(yù)制裝配外墻板,其連接節(jié)點(diǎn)可采用滑動(dòng)的活連接的做法。這是為了適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震力作用下的變形,從而保護(hù)墻板不被擠壞,下面提出一些墻板的連接構(gòu)造做法,有些是國(guó)外的經(jīng)驗(yàn),需要根據(jù)我國(guó)設(shè)計(jì)和施工特點(diǎn)參考運(yùn)用和改進(jìn)。 外墻板的構(gòu)造形式有搖擺式和滑動(dòng)式。墻板多置于立柱的外面,也有布置在立柱之間或立柱的里面。墻板與框架之間要留出一定的位移幅度。位移幅度的大小,嚴(yán)格說(shuō)來(lái)要根據(jù)主體結(jié)構(gòu)地震時(shí)產(chǎn)生的樓層位移來(lái)決定。這個(gè)幅度一般按計(jì)算的彈性位移加大2~3倍。對(duì)層高3米多的建筑其位移幅度約20毫米。 外墻板的設(shè)計(jì),首先要了解不同的構(gòu)造連接的墻板的位移特點(diǎn)(圖3)。對(duì)下端固定、上端滑動(dòng)式的狹板,相對(duì)位移不一致,板與板之間的縫隙要留的大些。對(duì)單支撐點(diǎn)的搖擺式墻板,板與板之間平行滑動(dòng),豎縫不一定要留的很寬(一般20毫米),但頂部空隙需要大些。對(duì)整開間整塊大墻板,主要是平移,豎縫不一定需要很寬(一般15毫米),而水平縫產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng),縫隙需要留的大些。由上面的關(guān)系可以看到,墻板構(gòu)造布置不同,縫寬和位移幅度的要求也不同。位移幅度和縫寬是兩個(gè)概念。位移幅度是根據(jù)層間位移決定的,而板間留縫是根據(jù)構(gòu)造決定的。     墻板除產(chǎn)生平面內(nèi)的位移還要考慮墻板平面外的位移。這部分位移由墻面平面外的彎曲變形和墻板上下端可能的轉(zhuǎn)動(dòng)余地來(lái)解決(圖4)。此時(shí)連接板產(chǎn)生的應(yīng)力常比墻板平面內(nèi)位移連接件產(chǎn)生的應(yīng)力要大的多。平面外的位移更應(yīng)引起重視。 搖擺式適用于狹條、重量較輕的墻板,每塊墻板重量支承在一個(gè)節(jié)點(diǎn)承受水平荷載時(shí),墻板做搖擺運(yùn)動(dòng)。墻板的下端在支座角鋼上粘貼硬橡皮墊,由兩個(gè)帶有松動(dòng)孔的墊板和螺栓控制轉(zhuǎn)動(dòng)變形。下部支承點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)使上端連接點(diǎn)產(chǎn)生水平和豎向位移,墻板上端的連接可以采取兩種做法,一種做法是由彈簧板控制其豎向位移 ( 圖 5 ) ,另一種做法是由槽鋼來(lái)控制,墻板在槽鋼內(nèi)可自由滑動(dòng)并限制墻板平面外的移動(dòng),墻板頂與槽鋼要留出一定空隙放軟質(zhì)材料。( 圖 6)  

 

 

 

  滑動(dòng)式墻板的做法較多,有下托、上掛等形式。鋼筋混凝土外墻板自重較大,采用下托式較好。這種做法外墻板的重量支撐在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上,一個(gè)節(jié)點(diǎn)做成固定式,另一個(gè)節(jié)點(diǎn)做成滑動(dòng)式,可以沿墻板平面內(nèi)水平滑動(dòng),滑動(dòng)面最好夾填一層耐久性高,摩擦系數(shù)極低的聚四氟乙烯墊。下端滑動(dòng)支座的作用是解決溫度伸縮變形。墻板的上端連接構(gòu)造也是可滑動(dòng)的,以適應(yīng)水平位移。上端活動(dòng)節(jié)點(diǎn)用角鋼連桿,與墻板連接處有貼在角鋼臂上的硬橡皮墊,以適應(yīng)各方向的變形(圖7)。主要變形是水平位移。 滑動(dòng)式墻板在墻板上端也可以采用安置槽鋼的辦法使墻板在槽鋼內(nèi)自由滑動(dòng)。如將外墻板置于柱子的里面,外墻面露出墻和梁,且每層每開間采用一整塊墻板,則所有墻板豎縫包括角柱處預(yù)留縫隙均能隱藏在柱子的背面。墻板槽鋼則安置在室內(nèi)橫梁的下皮。這種做法可將樓板挑出以遮擋上部的連接構(gòu)造,下端可以更好的固定墻板。 墻板在角柱處是個(gè)較難處理的問(wèn)題。墻板邊距角柱邊要留出位移余量。在任何位移情況下墻板邊緣不得超出角柱的外邊緣。否則在地震時(shí)可能和相垂直方向突出的墻板抵住。 對(duì)于高大的公共建筑的大墻板,常需要四面拉接以增強(qiáng)墻板平面外的約束。但每個(gè)節(jié)點(diǎn)要適應(yīng)活動(dòng)機(jī)構(gòu)。 需要強(qiáng)調(diào)的問(wèn)題,墻板的連接件是墻板抗震的關(guān)鍵部位,地震時(shí)應(yīng)力非常集中。所以,連接件地震水平力應(yīng)按墻板自重的兩倍計(jì)算。鋼筋錨固要有一定長(zhǎng)度。最好能和墻板中的鋼筋焊牢。使地震力分散于混凝土更大的面積范圍,并用輔助鋼筋局部加強(qiáng)混凝土。輕混凝土的局部強(qiáng)度不如重混凝土,更應(yīng)慎重處理。連接件要保證焊接質(zhì)量,不要使用硬鋼或冷拉鋼筋,也要防止鋼筋因焊接而變脆。要注意埋件的錨筋忌用冷彎的方法彎折。不得使用焊接性能不好的鋼材。還要防止埋件因縫隙漏水或結(jié)露而銹蝕。必要時(shí)使用鍍鋅鋼件或不銹金屬。并且要考慮節(jié)點(diǎn)連接的防火問(wèn)題。外墻板和女兒墻一樣在有些國(guó)家的規(guī)范中按極度危險(xiǎn)的部位考慮。 三、             內(nèi)隔墻    抗震設(shè)防的內(nèi)隔墻應(yīng)采用輕質(zhì)材料,為了防火還應(yīng)采用防火材料。隔墻龍骨有條件宜采用薄壁鋼材。面層可以是多種不燃材料或準(zhǔn)不燃材料如加氣混凝土、石膏板等。    內(nèi)隔墻與主體結(jié)構(gòu)的連接也分為活連接和固定連接兩種。對(duì)于一般樓層高度的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻較多的框─剪結(jié)構(gòu),剛度大變形小,因而內(nèi)隔墻構(gòu)造上下端可做成固定裝置,用螺栓上下連接。隔墻的面層最好使用整體性好的豎條輕質(zhì)面材。     對(duì)剛度小的建筑如框架或剪力墻較少的框架─剪力墻結(jié)構(gòu),地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的層間位移,這就需要采用活連接的做法。下面介紹幾種活連接的做法。    圖8所示的內(nèi)墻板是一種下端固定上端可滑動(dòng)的做法。墻板厚度為70毫米,墻板貼有玻璃鋼面的加氣混凝土板。對(duì)一面露明的隔墻下端使用角鋼和螺栓固定,上端用鐵件夾住。鐵件和上部梁固定并隱藏在吊頂內(nèi)。隔墻板的寬度約1米,兩板間留出12毫米縫隙以適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形?？p內(nèi)嵌入石棉纖維,用橡皮條蓋縫。對(duì)兩面露明的隔墻板下端用暗扣螺絲鐵件和樓板固定?？拐饘?shí)踐證明,這樣的做法,可使墻的表面不破裂。    圖9是一種利用橢圓孔達(dá)到柔性連接目的的做法。圖10是上端使用槽鋼作為滑動(dòng)手段的辦法。全是下端固定上端可滑動(dòng)的方式。墻板與墻板之間宜留有縫隙,墻板靠近立柱的兩端最少要離開20毫米的縫隙,以便適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的變形。上面提到的幾種做法是內(nèi)隔墻常用的做法。       綜上所述,不論充填墻、外墻板和內(nèi)隔墻,只要根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型,選擇適當(dāng)?shù)膲w材料,并采取適當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施,在遭遇相當(dāng)于主體結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度時(shí),才能最大限度的減輕對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響,可大大減少地震造成損失。

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