底部框架-抗震墙砌体震害调研及易损性分析
汶川8.0级特大地震是一次严重的地震灾害,破坏性强、波及范围广,造成大量房屋及工程结构发生倒塌破坏.贾俊峰等[1]根据都江堰建筑震害调查结果,研究了建筑震害空间分布与成因,提出空间演进是影响震害空间分布的主要因素.李清洋等[2]对汶川地震中底部框架-抗震墙砌体房屋进行了调研分析,给出了不同建造年代房屋的震害特征及破坏状态.霍林生等[3]从地震中钢筋混凝土框架结构防震缝处的震害、竖向刚度和节点破坏等方面着手,分析了安全性措施.李碧雄等[4]对震后多层砌体结构进行震害调查,给出了窗间墙承载力不足是破坏的主要原因,但按现行规范设计施工的则具有良好的抗震性能,建议对抗震概念设计给予足够的重视.李宏男等[5]从工程地质震害、建筑结构震害和生命线工程震害方面着手,对汶川地震破坏情况进行了调查分析,提出在强震区应合理选取结构体系,加强桥梁结构与公路路基的抗震工作.谢启芳等[6]对四川地震灾区古建筑的震害调查进行了分析,得到木结构在此次强震中表现出良好的抗震性能,建议推广使用木结构建筑及隔震减震技术.雷涛等[7]对绵竹市中小学校舍震害调查,对比分析了砌体结构、木结构和框架结构的震害特征及原因.高小旺等[8]建议底层钢筋混凝土框架-抗震墙体系应合理设置,过渡层的抗剪和抗弯能力应给予增强.侯爽等[9]分析了汶川地震都江堰填充墙的震害情况,发现填充墙的震害明显高于主体结构.以上震害调查研究多对各类结构的个别典型破坏房屋进行调查与分析[10-17].但是,对于某一设防烈度区域全面震害调查取样分析的研究相对较少.本研究对某区域底部框架-抗震墙砌体结构全面震害结果进行调查,运用烈度标准对实际震害情况进行震害等级评定,结合不同烈度区分析结构震害指数,以期得到某一震区底部框架-抗震墙砌体结构的实际震害情况,为该类结构的抗震设计和地震烈度标准修订提供参考.
1 房屋类型及破坏情况
为研究不同结构类型在强震中的易损性情况,对近年来实际震害调查数据进行收集,发现存在调查点过于离散的现象,故选取中国地震局组织的对汶川地震结构震害(都江堰地区)整体调查样本为基础数据.都江堰市为成都市代管的县级市,距离震中21 km,房屋破坏严重,在整体汶川地震中属于近场强震,地跨烈度为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ和Ⅺ区.都江堰市房屋结构大致可分为3类:老旧和自建房屋,均未作抗震设计;砖混砌体结构和底框结构,此类结构未考虑或未完善考虑抗震要求;经抗震设计的砌体结构、木结构、底框结构和钢筋混凝土框架结构[11-12].
调查发现,底部框架-抗震墙砌体房屋应用非常广泛且资料丰富,底层或底部两层框架大多是人们为了提高房屋使用功能而采用的,底部受力体系为框架结构;上部采用砌体结构作为住宅用,其受力体系为纵、横墙承重结构.对底部框架-抗震墙砌体房屋的研究大多围绕某栋典型房屋破坏展开,未能体现其破坏的一般性,因而有必要对一定区域范围内该结构类型的震害情况进行全面调查研究.都江堰市底部框架-抗震墙房屋在汶川地震中受到不同程度的震害,按照《建筑抗震设计规范》(GBJ 11—89)设计建设的大多数房屋并没有设置抗震墙,多数以横墙、纵墙为主,且为了满足商业的使用需求,纵墙还在临街处轴线设置少量的墙段[2].
本研究对都江堰市2 178栋底部框架-抗震墙砌体结构进行了震害调查分析.调查小组按照《建筑抗震设计规范》(GB —2001)和《中国地震烈度表》(GB/T —1999)进行细致调查,发现20世纪80年代未按照抗震规范设计、施工的底部框架-抗震墙砌体房屋遭受了不同程度的破坏.除底部框架节点、柱脚、过渡层和底层被破坏,窗间墙及窗肚墙产生交叉斜裂缝外,大量的底部框架-抗震墙砌体房屋抗震墙破坏严重.
2 砌体震害分析
2.1 部分底层框架层间位移过大,底层楼板整体坍塌
底层框架因未设置或少量设置抗震墙,导致侧向刚度要比上层砌体结构小得多,地震作用下底层的层间位移比较突出,形成底层变形集中的现象[2].因底层框架预制楼板刚度与柱、梁刚度差异过大,且预制构件连接处锚固不足,材料强度偏低,施工质量未得到有效控制,导致底层楼板整体坍塌,如图1.大量震害调查表明,填充墙或抗震墙失效对结构整体有一定贡献,应合理增设抗震墙,进而提高底层的侧向刚度,控制底层框架和上部砌体之间的刚度,增强主要结构构件的整体变形协调.