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【关键词】钢筋 混凝土 控制
一、钢筋混凝土的概论
(一)相关理论的界定。框架是由横梁和立柱联合组成能同时承受竖向荷载和水平荷载的结构构件。在一般的工业和民用建筑中,框架的横梁和立柱都是刚性连接的。它们间的夹角在受力前后是保持一致的。钢筋混凝土框架结构是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成的,由主梁、柱与基础构成平面框架,各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。钢筋混凝土多层框架结构是一种常用的结构形式,具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。
钢筋混凝土框架结构由梁和柱刚性连接的骨架所组成,框架的连接点是刚节点,是一个几何不变体。钢筋混凝土框架结构是一种抗震、抗风较好的结构体系,建筑平面布置灵活,使用空间大,延性较好易于满足建筑物设置大房间的要求,还可以减轻建筑物的重量,在现代工业与民用建筑中被广泛应用。
(二)钢筋混凝土框架结构与钢筋混凝土结构。钢框架结构是以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。具有以下特点:自重较轻,工作的可靠性较高,抗震性、抗冲击性好,工业化程度较高,容易做成密封结构,易腐蚀,耐火性差等特点。
钢筋混凝土结构是用钢筋和混凝土建造的一种结构,钢筋承受拉力。混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。
由于钢材塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载,其次钢材匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定,因此,钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构的抗震性能好。
二、钢筋混凝土框架结构的应当注意的几点问题
(一)钢筋混凝土框架结构平面布置结构。梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提,除应满足规范所要求的取值范围,还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1,以达到在罕遇地震作用下,梁端形成塑性铰时,柱端处于非弹性工作状态而没有屈服,节点仍处于弹性工作阶段的目的,即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。
为了保证框架结构的抗震安全,结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。设计中应合理地布置抗侧力构件,减少地震作用下的扭转效应;平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小(不应在同一层同时改变构件的截面尺寸和材料强度),避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
(二)钢筋混凝土框架柱配筋的调整。框架柱的配筋率一般都很低,有时电算结果为构造配筋,但是实际工程中应注意一些薄弱环节的配筋。因为在地震作用下的框架柱,尤其是角柱,所受的扭转剪力最大,同时又受双向弯矩作用,而横梁的约束又较小,工作状态下又处于双向偏心受压状态。所以其震害重于内柱。对于质量分布不均匀的框架尤为明显。为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求,在配筋计算时应注意以下问题:一是角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时,其柱内纵筋应加强;二是框架柱的配筋可加强。满足概念设计中的强柱弱梁原则。框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形,以增强箍筋对混凝土的约束;三是对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接,且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时,箍筋的直径不应小于8,并应焊接。
三、混凝土框架结构施工质量控制
(一)严把浇柱关,防止出现“烂根”、“夹渣”现象。现浇框架容易出现“夹渣烂根”现象,使根部混凝土漏浆,严重时出现“露筋”和“孔洞”。其直接原因是柱模直接放在楼地板上,预先没有在楼板上做找平层或加标准框浇出底面,更没有留清扫口。当层高>5m时中段未留浇筑口,进料从顶部直接下。自由落差>3m,在柱内钢筋阻拦下料使粗细料分离,另因底部板面不平且未堵缝。导致水泥浆流失掉,也存在底面垃圾未清除净、振动棒长度不到位等因素,造成根部夹渣,烂根问题。保证质量的措施应在框架柱接头外进行,即上次烧筑后加相同规格的方框,并浇平框面,继续上浇前支横模从板面开始,浇筑时在顶洒一层1:0.4的水泥砂浆。并铺1:2水泥25~30mm厚,在其上浇混凝土,可保证框架柱自然密实,不会出现夹渣或烂根的质量问题。
关键词:框架结构:抗震:塑性变形:延性
中图分类号: TU323. 文献标识码: A 文章编号:
一、钢筋混凝土框架结构延性的重要性
混凝土框架结构抗震实质上就是结构的延性设计。所谓延性,指的是指构件与结构屈服之后,在其承载能力不下降的前提下,所具备的塑性变形能力,这种能力被称为“延性比”。提高结构的延性比有助于提升框架的抗震潜能,加强其抗倒塌能力。设计在延性结构的混凝土框架通过其塑性铰区域发生变形,可以有效吸收和分散地震传对于框架作用力;该区域变形也可以使整体框架刚度得以降低,减弱地震对于结构的作用力。具有延性结构能够使框架对于承载力要求降低,事实上延性结构对抗突发地震的武器就是它所具有的变形能力。也就是说,如果钢筋混凝土框架的结构延性不够好,那么就要求框架对于地震具备足够大的承载力。
二、钢筋混凝土框架结构抗震延性设计
延性设计是针对延性结构在钢筋混凝土建筑结构中所起到的与结构本身的承载能力一样不可忽视的作用,而进行的研究尤其对是震区的钢筋混凝土建筑显得更加重要。倡导延性设计,以加强其抗震能力。由于钢筋混凝土材料还具脆性,在突遇地震时会发生断裂对居住者的人身安全是一个极大隐患,所以为了最大限度减少这一特点的损害,在设计中更应当重视发挥钢筋的塑性特征,增强其吸收消耗能量的能力,实行延性设计。
根据我国目前对于钢筋混凝土结构设计的要求,在实施混凝土框架延性设计过程中需得遵循以下要求:
控制塑性铰的位置,“强柱弱梁”
框架结构若形成梁铰机构,则塑性铰分布比较均匀,而且梁铰机构的延性要求也比较容易实现。若形成柱铰机构,则易使整个结构形成机动结构,从而导致整个结构的倒塌。框架结构设计时应遵循的设计原则是“强柱弱梁”这是为了确保结构的延性,这样就可以确保设计荷载下同一节点上柱端截面抗弯承载力之和大于梁端截面抗弯承载力之和,而且可以使框架结构中柱的抗弯承载力储备足够。塑性铰出现在梁端,大大减少柱端屈服的可能性,吸收更多的地震能量,增强了构件的延性。
在发生地震时,钢筋混凝土结构中的塑性铰不许现于梁的跨中,而要求出现在梁上。因为如果现于梁的跨中会导致框架局部遭到破坏。如今的建筑中有的采取现浇楼板设计,这种设计解决了梁的刚度和强度加强问题,而在实际的震后调查中我们发现,只属现浇楼板框架,地震破坏均发生在柱中,而且破坏较严重;那些无楼板构架式设计的裂缝也出现在梁中,破坏却相对较轻,由此可以证明强梁弱柱所引发的的结构性震害相对较重。框架结构的塑性铰所现顺序和位置不相同,框架结构所遭遇的破坏形式也会有所不同。如果塑性铰出现在柱中则不但难以修复还容易致使整个框架结构发生倒塌。只有当梁端出现塑性铰时,混凝土框架才可以在遭到外力损坏前就已经发生一定程度的变形,因此可以耗散和吸收比较多震时能量,相对具备更好的抗震能力。总的来说,比较合理的钢筋混凝土框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生,底层柱柱根的塑性铰较晚形成,各层柱子的屈服顺序应错开,不要集中在某一层。这种破坏机制的框架,就是强柱弱梁型框架。
梁柱的延性设计
钢筋混凝土框架的延性和能量耗散能力,主要源之于梁和柱子上经过专门构造处理的塑性铰的变。节点的变形应基本限制在弹性范围内主要是因为节点的动力性能受剪切和锚固机制控制,而且节点一般不宜作为能量耗散部位,因为其滞回特性较差,能量耗损较差。框架节点的破坏主要是由于节点核芯区箍筋数量不足,在剪力和压力的共同作用下节点核芯区混凝土出现斜裂缝,箍筋屈服甚至被拉断,柱的纵向箍筋被压屈而引起的。因此,为了防止节点核芯区发生剪切破坏,对节点剪压比进行控制及进行节点核芯区抗剪承载力验算,保证节点核芯区混凝土的强度满足要求和配置足够数量的钢筋,做到“强节点”。我国规范则规定利用节点核心区截面抗震承载力验算公式计算节点的剪切配筋。并规定节点核芯区箍筋量不小于柱端加密区的实际配箍量,以使节点核芯区具有较高的强度和延性。
要使钢筋混凝土框架有延性,就要保证框架中的梁柱延性足够,而梁柱面塑性铰的转动能力大小直接是衡量其延性是否足够的关键,所以框架抗震设计中梁柱塑性铰的设计非常重要。此设计技术要求如下首先,要做到“强剪弱弯”。钢筋混凝土制梁柱在遭受到较大的外界剪力时,常会出现脆性破坏,不能达到较好的延性从而实现对地震能量的分散,因此做其框架的梁、柱设计工作时,要请注意使其构件受剪承载的能力力大于其受弯承载能力,以保证构件能够发生弯曲破坏,尽量避免其形成延性较差的剪切破坏,而且即使塑性铰出现之后也可保证构件避免被过早剪坏,实际上这么做目的是为了最大程度地控制框架构件在遭遇地震时的破坏形态。其次,对梁、柱剪跨比和压比的限制有一定的要求。剪跨比是框架构件截面所承受的弯矩与剪力相对大小的反映,能够影响到梁、柱的极限变形能力,因此其剪跨比应当控制到 。如果构件截面的过小时,箍筋数量就会需要很多,在箍筋起作用之前,框架构件过早出现脆性斜压式破坏,而引时箍筋用量再多也毫无作用。所以,在设计时就要限制梁截面的平均剪应力,这样箍筋无需太多,也可有效防止斜裂缝的过早出现。当然,要保证结构的延性,构造措施是必不可少的,这些在现行的规范和构造手册上都有详细的说明。
三、钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计构造措施
明显提高构件延性的措施是使轴压比与纵筋最大配筋率受力合理,规范限制轴压比及纵筋的最大配筋率可以实现受拉钢筋的屈服限于受压混凝土压碎的破坏形式,来提高塑性铰区域的转动能力。加密塑性区域内的局部延性和箍筋间距可以保证强柱弱梁和强剪弱弯的设计原则及塑性区域的局部延性。这样可以在提高柱端抗剪能力的同时还可约束核心区混凝土,对纵向钢筋提供侧向支持,避免了大变形下纵筋压屈,从而改善塑性区域的局部延性。约束箍筋的最小直径,最大间距,塑性铰区域的最小长度都在规范中做出了详细规定,并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。材料延性对确保构件延性极为重要,为此规范对材料也提出相应限制,如保证钢强屈比,延伸率及混凝土强度等级,同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出相应限制。梁柱等构件延性的影响因素。因素主要是混凝土极限压应变和破坏时的受压区高度。同时,对于梁而言,不允许柱出现塑性铰(底层柱除外)和允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度这两种方案,出现塑性铰的主要部位都由梁端始终引导,所以都希望梁端具有良好延性的塑性变形(即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力)和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外,还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性。
三、结语
钢筋混凝土框架的延性对于建筑的抗震能力起着决定性的作用,而且对其中主要构成部分延性的要求要比对结构总体来说要更高。在钢筋混凝土建筑设计中,必然要求设计方选择性价比最合适方法,使框架结构具有足够的延性,才有希望大幅度提升建筑物抗震能力。
参考文献:
[1] 张恒宁,刘红叶,赵文军,刘华锋.浅谈抗震设计中影响框架柱延性的因素[J].工程抗震,2001(9).
[2] 程天博,侯志峰,管品武,王 勇.钢筋混凝土框架结构的抗震延性设计及修正建议[J].郑州工业大学学报,1999(12).
【关键词】钢筋混凝土;框架结构;厂房减振加固
引言:受生产规模日渐扩大的影响,钢筋混凝土框架结构的厂房常常会出现楼面振动过强的问题。而这样的振动不仅会给厂房的加工生产带来不便,同时也会影响厂房使用的舒适度,并且给房屋的安全使用带来不良影响。因此,有必要对钢筋混凝土框架结构厂房的减振加固问题展开研究,以便更好的完成厂房的减振加固建设,继而为厂房的日常加工生产创造一个较好的环境。
1钢筋混凝土框架结构厂房的减振加固问题分析
某钢筋混凝土框架结构厂房建设于1989年,共三层,每层层高在5米到7米之间,总高度约19米。到了1999年,为了进行工厂生产发展,引进了新的生产设备,使二楼的负荷从原本的30kN增加到了80kN,以至于二楼楼面具有较大噪声和振动,并且这种振动给设备的调试带来了困难。而分析厂房结构楼面产生振动的原因可以发现,楼面振动可能由两个原因引起,即楼面结构竖向荷载的增大和机器与楼面结构产生共振。为了进行振动原因的判定,分别对开机状态和停机状态下的现场楼面振动进行了测试[1]。而通过对目标楼面和柱子进行动力反应测试发现,设备开启对楼面竖向振动产生了较大的影响,以至于楼面板上、梁上和柱上都产生了一定的位移,并且其幅值超出了人的舒适度要求,需要进行厂房结构的加固。而为了使新加钢结果和原结构能够在动荷载下进行协同工作,需要采取不同的方法进行不同构件的加固。
2钢筋混凝土框架结构厂房的减振加固方法分析
2.1柱的加固方法
在进行柱的加固时,可以采用扩大截面和外包钢板的加固方法。而在新钢板与原本的柱子之间,可以进行钢筋混凝土的浇筑。具体来讲,就是进行原有混凝土柱表面凿毛,然后在其与钢板之间进行连接件的设置。而连接件不仅可以起到连接二者的功能,还能够在施工时为钢板提供支付作用。通过将钢板包在被加固的钢筋混凝土构件外侧,可以通过发挥二者的共同作用进行构件承载力的提高,继而进行柱的加固。此外,为了进行混凝土的浇筑,可以沿着柱高将钢板分成三段,以便采取分段施工的方法进行混凝土施工。但需要注意的是,顶部的钢板需要呈凹型,并在梁得到加固后才能施工。而在原有混凝土构件外进行新的钢筋混凝土的浇筑,可以使构件的截面积和配筋得到增加,继而使柱的承载力和刚度得到提高[2]。在具体施工的过程中,可以根据柱的受力特质和特点进行三面加大或两面加大的构造形式的选择,以便在规定施工时间内达成加固目的。
2.2梁的加固方法
在进行梁的加固时,为了使原有钢梁结构与新加钢梁共同发挥作用,可以采用增设剪力件和施加预应力的方法。具体来讲,就是在两端支撑角钢上进行钢梁的放置,然后在一定距离处使用钢板将钢梁与原有混凝土钢梁连接起来。在二者之间,需要进行50mm的缝隙的预留,并沿梁测在钢梁两端进行钢楔块的打入。而每组钢楔块的高尺寸为57mm,分为上下两块,比预留的缝隙要大。从宽度上来看,楔块的宽度与梁的宽度相等,可以进行预应力的施加。在完成这道工序后,可以进行中间钢楔块的打入,并进行跨中预应力的施加和中间连接板的安装。最后,也需要在缝隙中进行混凝土的浇筑,并进行缀板剪力连接件作用的发挥[3]。而针对承载力相差较大的梁,除了采用增设剪力件的方式进行梁的加固,还可以利用中间加大截面法进行加固。
2.3板的加固方法
针对混凝土板,可以通过在跨中底板处加钢梁进行板的加固。在这一过程中,需要以板侧梁为钢梁的支座,以便使板的跨度得到降低,并对板的竖向振动位移起到抑制作用。而板的整个加固过程与梁的加固大致相同,但是不需要进行梁侧的连接板的设置。同时,板与钢梁的缝隙需要控制在40mm,钢楔块的高为46mm。在钢梁顶面,同样要进行剪力连接件的设置,并在缝隙处进行混凝土的浇筑。
2.4厂房减振加固施工需要注意的问题
在进行厂房减振加固施工时,需要注意一些问题,以确保结构的加固效果。首先,需要避免加固施工给原有建筑构件带来伤害。比如在进行梁的孔洞施工时,需要采用机械穿孔进行原混凝土梁的施工。但是,如果一旦遭遇梁纵筋,就需要改变钻孔位置。同时,需要确保孔径比强螺杆直径大,并在钢板安装后进行螺杆预拉力的施加。在施工结束后,还要采取高压灌浆方式进行孔洞的处理。其次,在进行原结构的凿毛处理时,要做好凹槽深度的控制,并将凹槽冲洗干净。同时,应用的构件应该进行现场放样,并以现场实际测量数据为构件的放样尺寸。再者,进行构件焊接时,需要做好施工质量的控制[4]。为防止焊接后的构件出现较大变形,要严格按照焊接要求进行钢件焊接,以免影响预应力的施加。此外,整个施工过程都要严格按照之前设计的流程进行,以确保施工的减振加固效果。彻底完成施工后,需要利用外挂钢丝网和外抹水泥砂浆批荡的方式进行构件的防锈和防火处理。
结论:完成钢筋混凝土框架结构厂房的减振加固后,可以重新测试其楼面振动。而观察测试结果可以发现,机器运转过程中的楼面结构的竖向振动位移幅值得到了有效降低,可以满足设备的调试需求。同时,厂房结构的柱、梁和板的位移幅值都得到了降低,可以满足人的舒适度要求。因此,对该厂房采取的减振加固措施达到了预期的减振加固效果,可以为相关工作的开展提供指导。
参考文献:
[1]淳庆,张策.南京色织厂某框架厂房加固改造设计与施工[J].工程抗震与加固改造,2013,06:104-110.
[2]冯超,邵永健.某柴油机房楼板振动分析及减振加固[J].工程质量,2012,03:21-24.
关键字:钢筋混凝土;框架结构;裂缝原因;预防措施
Abstract: the cracks of the concrete structure is a kind of common quality defects, affect not only beautiful and sometimes would endanger the safety of the structure. The author attempts to his work can see and understand the phenomenon, and the related knowledge cognition and understanding of reinforced concrete frame structure common crack causes and prevention and control measures to make a study, for communication, aiming at improving the quality of housing construction project, better housing project construction and try hard.
Key word: reinforced concrete; Frame structure; Crack causes; Prevention measures
中图分类号: TU528.571文献标识码:A 文章编号:
0 引言
房屋建设是经济发展和人民生活水平的重要标志,其质量直接关系到人民生命财产安全、人身健康和公众利益等诸多方面。近些年,人们对房屋建造过程中和使用期间发生的裂缝质量问题越来越关注,由裂缝引发的纠纷和业主投诉,也越来越强烈。裂缝不仅影响建筑物的美观和使用功能要求,还可能破坏结构的整体性,影响结构安全,甚至会降低结构的耐久性。因此,分析裂缝产生的原因,并制定相应的防治措施,就成了大批工程技术人员和建设单位需要迫切解决的问题。下面就钢筋混凝土框架结构中一些常见裂缝进行简要的探讨。
1 填充墙裂缝
目前,国内钢筋混凝土框架结构一般以非承重多孔砖、加气混凝土砌块、焦渣混凝土砌块或其他其他轻质隔板作为房间分隔墙或建筑护墙。工程中虽然对填充墙采取了一些措施,但很多墙体仍然产生裂缝。
1.1填充墙常见裂缝
1. 门窗洞口、墙体开洞处过梁下方多出现水平裂缝和斜向裂缝(图1)。
2. 用来埋设电气设备和消防栓等设备而在填充墙上开凿的洞口处常出现沿洞口上角向上延伸的斜裂缝(图2)。
3. 填充墙与梁交界处常常出现水平裂缝(图3);与柱交界处多出现竖向裂缝,裂缝一般都贯穿墙体。
4. 填充墙中部多出现水平裂缝(图4)和竖向裂缝。
1.2裂缝原因分析及预防措施
1. 填充墙门窗洞口处的裂缝
裂缝原因:钢筋混凝土过梁、砌块和抹面砂浆的变形不一致;过梁变形过大;设置钢筋过梁时填塞砂浆不饱满;洞口处砌块和粘土砖混砌现象严重。
预防措施:过梁和砌块之间的空隙中,砂浆要饱满密实;窗台板底部砂浆饱满,增加钢筋带;在门窗洞口处浇注混凝土边框。
2. 填充墙穿凿洞口处的裂缝
裂缝原因:穿越管线时,在墙体上开凿洞口,造成洞口处应力集中;埋设管线时,在砌块或抹灰层上开凿凹槽。
预防措施:调整传统的施工顺序,在墙体穿越管线处预留洞口,避免墙体开凿洞口;埋设管线时将管线直接固定在墙面上,尽量避免在砌块上开凿凹槽;先埋设管线再进行抹面施工,以避免开凿抹灰层;穿凿洞口处用保水性较好的砂浆填塞密实。
3. 填充墙与梁柱交界处裂缝
(1)与梁交界处的水平裂缝
裂缝原因:填充墙砌筑时没设定皮数杆,排砖不合理;填充墙砌筑接近梁底时,未经停歇即砌斜砖顶至梁底,以后随着砌体因灰缝受压而变形,造成墙体下沉,斜砌砖与梁形成间隙,抹灰时在此间隙处形成裂缝。
预防措施:提高填充墙顶部镶砖的砌筑质量,实心砖一定要挤压紧密,避免其产生错动;填充墙顶部镶砖待砂浆凝结硬化以后,再用保水性较好的砂浆填塞空隙,填塞空隙时灰缝要饱满且控制灰缝厚度约为30为宜;沿填充墙顶部与梁交界处加挂钢丝网。
(2)与柱交界处的竖向裂缝
裂缝原因:未按规定设置拉结钢筋或植筋质量较差;填充墙和柱预留间隙过大;填充墙和柱之间灰缝不饱满以及填充墙变形较大。
预防措施:拉结钢筋合理设置,钢筋伸入填充墙的长度符合要求;提高植筋质量,避免漏植钢筋;减小填充墙和柱子的间隙,使用和易性较好的砂浆,保证填充墙和框架柱的间隙中砂浆饱满;在填充墙和框架柱交界处加挂钢丝网。
4. 填充墙中部裂缝
(1)水平裂缝
裂缝原因:填充墙一次砌筑高度较大;填充墙垂直度较差;水平灰缝饱满度较低或厚度较小;砌筑填充墙时墙体被错动或撞击。
预防措施:控制填充墙每天的砌筑高度,以及填充墙的垂直度;使用和易性和保水性好的砂浆砌筑填充墙,提高砌筑质量,控制水平灰缝的厚度、饱满度和平整度符合要求;填充墙砌筑完成以后应避免移动砌块或撞击墙体。
(2)竖向裂缝
裂缝原因:砌块干缩较大;使用龄期不同或含水率差异较大的砌块混砌,以及砌块和粘土砖混砌;砌块含水率较高;构造柱间距过大;填充墙砌筑质量较差,砂浆和易性和保水性较差,水平灰缝厚度不均匀,竖向灰缝厚度太小或饱满度较低。
预防措施:砌筑填充墙时应使用符合龄期规定的砌块;使用含水率较低的砌块,控制砌块的含水率符合相关规范的要求,对轻集料混凝土砌块而言应根据环境的温度和相对湿度控制其含水率小于6%~8%,对于加气混凝土砌块而言则应该控制其含水率尽量处于较低状态;使用和易性、保水性好的砂浆砌筑填充墙,提高砌筑质量,控制灰缝的厚度、饱满度和平整度符合要求。
2 现浇混凝土板裂缝
2.1. 现浇混凝土板常见裂缝
1. 板角45°斜裂缝:这种裂缝主要分布在房屋四角及内外墙交接角部,裂缝形态一般呈中段宽,两端窄,与外墙约成45°夹角(图5)。
2. 沿板支座纵向裂缝:在混凝土板支座上表面出现沿支座长度方向的纵向裂缝(图6)。
3. 穿线管位置裂缝:这种裂缝位于板内埋设线管的地方,裂缝分布沿线管走向。裂缝常常上下贯通,缝宽较大(图7)。
4. 不规则裂缝:板面分布的不规则裂缝,裂缝宽度较小,深度也较浅。
2.2 裂缝原因分析及预防措施
1. 板角45°斜裂缝
裂缝原因:房屋的四周阴阳角由于受到纵、横二个方向刚度相对较大的楼面梁约束,限制了楼面板混凝土的自由变形,因此在温差和混凝土收缩变化时,在板面配筋薄弱处(即在分离式配筋的负弯矩筋和放射筋的末端结束处)首先开裂,产生45°左右的斜角裂缝。
预防措施:加强现浇板浇捣后的养护,尤其在高温下施工,更应经常浇水养护;严格控制砂的粒径及含泥量;在板角增加辐射筋;平面布置上尽量减少凹凸现象和设置必要的伸缩缝;严格控制板面负筋的保护层厚度。
2. 沿板支座纵向裂缝
裂缝原因:浇筑混凝土时,板负钢筋被踩踏而没有修复纠正,使其不能有效抵抗支座负弯矩的作用;因周转材料不足,拆模过早没有按规定恢复局部支模;因赶进度,在混凝土早期强度还较低时,过早上料堆砖,进行下一道工序,使其产生过大变形。
预防措施:加强混凝土的浇捣工作,严禁在施工过程中乱踩乱踏钢筋,确保板支座负钢筋位置的准确性;严格控制现浇板的拆模时间,在拆模之前应检验混凝土的抗压强度,达到规定标准后方可拆模。
3. 穿线管位置裂缝
裂缝原因:当前在现浇楼板中大多采用PVC管作为预埋穿线管,这种材料表面光滑,弹性较大(与混凝土线膨胀系数不一致),直径较大,与混凝土结合差,在楼板中形成薄弱部位;混凝土浇捣时,容易引起PVC管上移或下沉,使得板顶或板底保护层变薄,从而使楼板出现沿穿线管走向的裂缝。
预防措施:PVC管的位置设置在混凝土板底层钢筋网之上,上部负钢筋之下,尽量平行于板支座的短边方向,禁止随意乱放;施工时应沿PVC管位置上下埋设400宽钢筋网片,同时进行混凝土补强处理,提高埋设管附近混凝土的抗拉强度。
4. 板面不规则裂缝
裂缝原因:混凝土水灰比大;浇筑完毕后养护不及时或养护时间短,水分蒸发过快;混凝上终凝前未做抹光及滚压处理。
预防措施:控制好混凝土的水灰比,掺加适量减水剂降低单位用水量,以提高混凝土的密实性;遇夏季炎热,烈日暴晒,大风、暴雨袭击,应调整混凝土浇筑时间,减少气温对混凝土的收缩和温度作用影响;混凝土浇筑和二次抹压后,应立即覆盖塑料薄膜封闭表面,使混凝土在潮湿状态下硬化。
3 钢筋混凝土梁裂缝
3.1 钢筋混凝土梁常见裂缝
1. 钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝:裂缝与钢筋方向一致,较多出现在已交工使用一段时间后的钢筋混凝土梁上,随着时间的推移,有逐渐发展的趋势(图8)。
2. 钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝:在次梁与主梁交接处,次梁下面两侧出现斜向裂缝(图9)。
3. 钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝:垂直裂缝多出现在梁跨中部位,斜裂缝多出现在梁两端(图10)。
3.2 钢筋混凝土梁裂缝原因分析及预防措施
1. 钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝
裂缝原因:钢筋锈蚀、氧化铁膨胀,混凝土保护层过薄;使用了含氯外加剂,使用环境中富含腐蚀性气体或液体侵入混凝土;钢筋混凝土梁水平顺筋裂缝会导致钢筋和混凝土之间的粘结率降低,甚至危及结构安全和耐久性。
预防措施:加大保护层厚度;钢筋骨架固定好后,主筋下部加垫块,确保混凝土保护层厚度; 使用不含氯化物的外加剂;对钢筋混凝土梁做好防腐处理并做好维护。
2. 钢筋混凝土梁集中荷载处的裂缝
裂缝原因:设计或施工混凝土强度过低;设计附加箍筋或吊筋配筋不足;施工时钢筋上移。
预防措施:按规定设计横向钢筋;保证混凝土施工质量和钢筋定位准确。
3. 钢筋混凝土梁垂直裂缝和斜裂缝
裂缝原因:设计截面尺寸选择不当,正截面受拉主筋配筋不足,斜截面横向箍筋配筋不足等;混凝土实际强度偏低,受拉主筋上浮移位或少放,斜截面横向箍筋少放,施工荷载超载;温差变化引起的结构构件收缩和膨胀,在其内部形成约束应力。
预防措施:设计时,对混凝土结构的设计荷载取值、材料强度、计算简图、内力分析、截面设计、配筋构造、抗震措施等一系列结构设计因素进行正确分析和选择,精确验算,保证设计结构的安全使用;施工时,严格控制水灰比,严格控制原材料质量及混凝土配合比,加强混凝土振捣管理,延迟拆模时间, 加强混凝土养护。
4 结论
总之,裂缝发生后,应细心观察、科学分析、查明原因,进而提出解决办法。
参考文献:
[1]张吉人.房屋建筑裂缝分析与防治. 北京:中国建筑工业出版社,2010.
[2]贾兴文.重庆市区框架结构砌块填充墙裂缝状况与成因研究. 重庆大学硕士学位论文,2004.
[3]聂淑华等.框架结构承重构件的常见裂缝及加固处理. 山东农业大学学报,(自然科学版)2006,37(1):79~82.
【关键词】钢筋混凝土;框架结构;施工
1、工程概况
我市某钢筋混凝土框架结构厂房工程,高3层,无地下室,框架柱柱距7.6m。施工单位制定了完整的施工方案,采用预拌混凝土,钢筋现场加工,并采用覆膜多层板作为结构构件模板,模架支撑采用碗扣式脚手架。施工工序安排框架柱单独浇筑,第二步梁与板同时浇筑。施工过程发生一些问题。下面,笔者对这些问题进行分析。
2、钢筋位移问题和对策
钢筋位移的问题主要表现为以下几个方面:①钢筋保护层厚度过大或过小;②墙板双排钢筋有效间距缩小,甚至变成一排钢筋;③墙、柱竖向钢筋整体偏移,造成上层结构模板和钢筋施工困难、楼板上层负加筋水平间距偏差过大等问题。
针对以上问题,施工中要注意:
①钢筋保护层的垫块(或马镫铁)厚度尺寸要符合设计要求,要按规范要求的间距均匀地安放在受力主筋上固定可靠;要保证墙板双排钢筋的有效截面,一般设计中都设有梅花形布置拉筋,应严格按照要求绑扎牢固。杜绝偷工减料造成浇筑过程双排钢筋有效截面偏大或偏小的现象;在剪力墙模板支护时,应设置贯穿墙板的水平短撑筋,撑筋长度等于墙板厚度,与墙板双排主筋点焊固定,以固定墙板筋的间距、位置,并可兼作混凝土墙支模板时控制截面尺寸之用。
②造成墙、柱竖向钢筋整移的主要原因是模板不垂直或保护层垫块没垫好。一般在楼面混凝土浇注成型完毕,施放上一层控制线时才能发现,处理起来比较麻烦。重点要加强事前控制,在混凝土浇注之前对模板、钢筋工程逐一检查,把误差控制在最小的合理范围。另外,现在大部分住宅结构设计为框剪结构,混凝土墙、柱厚度一般为200 mm,且纵、横梁筋在柱内或穿过或锚固或搭接,致使混凝土浇注时,振动棒无法插入,施工人员存在翘动梁筋间距或从墙柱筋侧面放入振动棒的现象,这样就造成位移的可能。施工单位应对混凝土浇注施工操作人员进行交底,尽量避免这些事项发生,施工现场钢筋看护工人应对此重点控制。已浇筑混凝土中的剪力墙竖筋如确有发生位移,其间距不能满足设计要求时,可按1∶6 的平缓坡度调至原位,但不得出现死弯、硬弯。偏移较大时应征得设计单位同意,在根部增焊钢板,并保证焊接长度满足要求,通过上部钢筋与钢板焊接来解决复位问题。
③楼板上层负加筋水平间距偏差问题普遍存在。现阶段楼板设计中钢筋一般均采用一级钢,在混凝土浇筑过程中,人员行走踩踏及混凝土输送管道的移位、冲击等都会造成上层钢筋松动、偏移,主要应安排责任心强的专人进行看护,发现钢筋撞斜碰歪、绑扎松动时,应及时校正处理或暂停浇筑,待纠正后再施工。
3、混凝土蜂窝、麻面、孔洞、露筋问题及对策
主要表现为剪力墙、柱根或模板拼缝部位混凝土漏浆,造成蜂窝麻面,甚至出现露筋、孔洞等现象。混凝土外部的这些缺陷,在施工过程中非常普遍,不少钢筋混凝土结构的破坏也往往是从这些缺陷开始的,因此必须予以足够的重视。
3.1 原因分析
①混凝土骨料的级配不佳。骨料级配,要用不同粒径的石子和砂配合使用,相互填充空隙,使混凝土中空隙率达到最小。最佳混凝土配合比应具有良好的密实性、和易性。现在施工中基本采用商品混凝土,配比影响较小。
②结构支护的模板表面不平、粘带水泥浆灰、模板表面不浇水湿润,拆模时混凝土表面会呈现麻面现象。
③模板支护对混凝土侧压力考虑不周时,容易发生模板固定不牢、走形,导致振捣不密实;模板拼装不严密,混凝土表面也会产生麻面、蜂窝。
④浇筑过程中,混凝土一次下料过多、过厚、过高,未设串筒等措施下料,造成石子砂浆离析,振捣器振动不到位,容易形成松散孔洞。
3.2 预防措施
①在支模前将剪力墙部位的杂物清理干净。浇筑混凝土前将模板用水湿润,先均匀浇筑一层50~100 mm 厚的同强度等级的水泥砂浆,以避免混凝土在下落过程中石子落在下面,造成石子过多砂浆少的现象。
②若是剪力墙根部楼面平整度较差,应先将模板支设部位用1∶2 水泥砂浆找平压光,或在模板侧面贴好海绵条立在楼面上能更好地堵住缝隙,防止漏浆。模板拼缝部位不严密时,可用胶带粘贴堵塞间隙,防止漏浆发生。应严格按照混凝土的配合比施工,确保混凝土有良好的和易性。
③墙、柱混凝土浇注高度过高时,应采取串筒等下料措施,使混凝土不产生离析、分离等现象,逐层浇注、振捣密实。混凝土楼板浇筑过程中,振捣措施很重要,商品混凝土一般塌落度较大,平板振动器上的时间要掌握准确,上早了容易使楼板上层钢筋保护层厚度减小,并且起不到振动密实的效果,上迟了也不行。出现的混凝土质量缺陷时,应严格按照技术规定要求认真处理,不留隐患。
4、泵送混凝土表面裂缝问题及对策
泵送混凝土水泥用量、掺和料用量较大,而混凝土中粉状材料用量越多,混凝土越易出现收缩裂缝。为满足混凝土泵送的要求,采用高流动性混凝土,其坍落度值偏大,用水量相对较大,混凝土也就容易出现干缩裂缝。泵送混凝土配合比中粗骨料粒径较小、施工中局部开孔,产生的应力集中以及温度影响等因素也会引起裂缝形成。这些裂缝可能引起钢筋锈蚀、混凝土侵蚀、渗漏等问题,因此应引起足够重视。
①混凝土原材料的选择。水泥应尽量选中低水化热的水泥品种;对粗骨料应选用最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1∶3,卵石不宜大于1∶2.5 且级配良好,含泥量不大于1%;细骨料应选用中粗砂,含泥量不大于2%;合理科学地选用外加剂和掺和科。泵送混凝土进场后若不能及时泵送,必须严格控制二次加水。
②墙板的配筋。由于地下室混凝土墙板裂缝是竖向的收缩裂缝,因此,防止其开裂主要依靠水平方向的分布筋。一般来说,设计图纸均将分布筋设计在主筋内侧,间距按构造要求在150~200 mm 之间,由于分布筋保护层厚度达40 mm 左右,且间距偏大,对防止混凝土开裂作用不大,因此,设计时若可将分布筋置于主筋外侧布设,则可以减少保护层厚度,同时采取小直径、小间距的配筋形式。墙体洞口处增设45°斜筋、合理配置拉结筋等都能较有效地防止裂缝的出现。
③增设后浇带。高层建筑地下室侧墙混凝土墙体裂缝与墙体长度有关,墙越长受温度干缩变形影响越大,产生裂缝的可能性也越大。增设后浇带是目前工程实践中常用的行之有效的措施。《混凝土结构设计规范》规定了地下室墙壁伸缩的最大间距,对于露天条件下的外墙最大间距仅为20 m,而一般情况下地下室外墙施工完毕后至回填土还有相当一段时间暴露在外,因此设计上应考虑适当增设伸缩缝和后浇带。
④加强混凝土的振捣。浇筑后的混凝土,在振捣时间界限以前,可以进行二次振捣,以排除混凝土中因泌水在粗骨料和水平钢筋下部产生的水分和空隙,增强混凝土与钢筋的结合力。值得一提的是楼板混凝土振捣,平板振动器的使用时间点一定要掌握好,根据水泥的初凝时间控制,在即将凝结时操作才能达到振实混凝土、整平表面的效果,另外,还需人工摸平,在终凝前将已经出现的细小裂纹揉压、撮摸密实。夏季高温施工中应控制混凝土的入模温度,减少混凝土的内外温差。
⑤要注意养护的加强。混凝土在浇筑完成后,要用湿的织物材料覆盖,为防止水分蒸发过快,还要安排人员持续做好洒水保温工作,保证混凝土表面在养护期间的长期湿润状态。该过程中必须注意的是,使用的浇水温度和混凝土表面的温度不能超过15 ℃的差值。
参考文献
【关键词】异形柱;框架结构;结构设计
前言
随着建筑业的不断发展,人们对城市住宅建筑的要求也越来越高,普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面积,这对住宅结构设计提出了一项新的要求。异形柱框架结构主要应用于多层住宅,填充墙采用粉煤灰加气混凝土砌块,厚度与异形柱(T形边柱,十字形中柱,L形角柱等)肢厚相同,室内不出现柱楞,异形柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求,兼备了框架及剪力墙结构体系的优点,它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。
1 异形柱结构的受力机理分析
1.1 承载能力
异形柱的截面形式主要有T形、十字形、L形和Z形(较少采用)等,L形多用于墙转角,T形和十字多用于纵横墙交接处。由于截面的这种特殊性,其墙肢平面内外两个方向的刚度相差较大,各个方向的承载力也有较大差异。
1.2 变形特征
异形柱的肢厚一般为200~250mm,为了获得足够的承载能力,异形柱的肢长一般不会太小,由此会容易造成剪跨比过小,形成短柱。由于肢厚较小,为薄壁构件,剪切中心与截面形心往往不重合,变形以剪切为主,构件的变形能力下降。由于异形柱属于薄壁构件,也会因截面曲率M/EI较小,使弯曲变形性能有限,延性较差。
1.3 破坏机理
异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面之外,受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土的协调变形。这种变形协调,使各柱肢内存在比较大的翘曲应力和剪应力。国内外大量的试验资料和理论分析表明,异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等。影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、剪跨比、配筋率以及箍筋间距与纵筋直径D的比值等。
异形柱由于其截面的特殊性及受力性能的复杂性,在设计中必须通过可靠的计算分析和必要的构造措施,来保证其强度和延性。
2 工程实例
根据建筑使用功能要求,本工程采用现浇钢筋混凝土异形柱框架结构,在两个方向均有拉结。柱网均在5m以内,局部设置矩形柱,异形框架柱、梁宽均为200mm。砖砌填充墙采用淤泥保温砖,内墙采用加气混凝土砌块。
3 多层异形柱框架建筑结构整体分析
3.1 计算原理与参数
PKPM-SATWE采用数值计算原理和迭代方法,将受压区混凝土划分为若干个小单元,利用截面假定确定小单元各点的混凝土和钢筋应变,由混凝土和钢筋的应力应变关系曲线求得混凝土小单元和各根钢筋的应力,建立平衡方程,通过迭代方法求出所需配筋面积。
本工程结构混凝土强度等级采用C30,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋(D≤20mm),箍筋采用HRB300级钢筋。
由于结构平面不规则性,考虑双向地震作用,地震作用分析方法采用侧刚分析方法。
3.2 结构自振周期
3.5 层间位移角
4 异形柱框架结构设计中的优化措施
4.1 异形柱框架结构设计中的优化措施
从以上分析可以看出,异形柱结构与矩形柱结构在性能上存在较大差异,设计过程中应重点控制和优化对异形柱结构整体性能影响较大的内容,具体如下:
(1)调整异形柱平面框架布置形式,使其刚度中心尽量与形心重合,相应调整异形柱柱肢高,使其满足扭转与平动第1周期比T3/T1﹤0.9,以此减小扭转效应对结构的不利影响。
(2)异形柱的方向性较强,在进行整体计算分析时,应增加45°和-45°风和地震作用方向的计算,保证结构的安全度。
(3)Z形柱本文未详细分析,其剪切中心与形心虽然重合,但框架梁往往布置在两翼,不可避免地产生翘曲应力,故设计时,建议将框架分析所得的截面弯矩乘以1.15~1.25的增大系数以考虑翘曲应力的影响。
(4)异形柱受力后,柱肢端部会出现较大应力,加上梁作用于柱肢上,应力产生不均匀性。一般越靠肢端,应力越大,对柱肢形成偏心压力,因而在异形柱配筋时,应在肢端设置暗柱,离端部厚度范围内设2φ14的构造钢筋,箍筋同柱,可限制柱肢混凝土裂缝开展,提高异形柱局部抗压、抗剪强度及变形能力。
4.2 异形柱混凝土节点核心区处理措施
梁柱节点是异形柱结构的薄弱部位。由于节点的作用是将本层和上层荷载通过核心区传至下层柱中,其作用力为与节点相连的梁端和柱端弯矩、轴力、剪力、扭矩,受力非常复杂。异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形柱框架粱柱节点核心区的受剪承载力,是异形柱框架的薄弱环节。因此必须对异形柱框架节点核心区进行受剪承载力计算,首先限制节点核心区截面,避免截面太小混凝土承受过大的斜压力,导致核心区混凝土首先被破坏;其次是控制节点核心区配箍面积,保证节点受剪承载力,改善节点的抗震性能;还有可以采取各类有效措施,如两端增设支托或水平加腋等构造措施,提高混凝土强度等级措施,以提高和改善粱柱节点核心区的受剪性能。
5 结语
综上所述,异形柱结构由于具有不出现柱楞,不露梁,并能够增加使用面积等优点,以及民用建筑市场朝着大开间、大空间方向的发展,应用前景将日益广泛。结构设计时应根据其受力特点,充分了解其破坏机理,选用合理的结构形式,正确掌握分析方法,其结构才能有可靠的安全保证。
参考文献:
[1]中华人民共和国建设部.混凝土异形柱结构技术规程(JGJ149-2006)[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]杨正海,潘文,何玲等.水平地震作用方向对异形柱结构整体分析的影响口.世界地震工程,2006,22.
[3]宋穗徽.混凝土异形柱框架结构的设计探讨[J].工程与建设,2007,21
关键词:钢筋混凝土框架;厂房;施工技术
前言:
结构框架是以梁柱为主要支撑,从而有效的抵挡建筑中的水平和竖向荷载,从而更好的保证厂房质量和安全;而钢筋混凝土框架结构是目前做常用的一种建筑结构框架,被广泛的应用在单层或多层的工业厂房建筑中;但是自身存在一定的优缺点,所以施工工艺比较复杂,对此加强施工人员的是专业技能和设计处理是非常有必要的。
1、钢筋混凝土框架的概念
1.1钢筋混凝土框架的优缺点
优点是自身重量较轻、节约建材并且操作灵活,自身结构的梁柱,非常容易达到标准的定型和调整,所以可以在保证质量安全的同时,有效的缩短工期,并且自身具备很好的抗震性能,所以非常适合于8度地震区域要求的建筑物,但前提是钢筋混凝土框架的细节设计要处理好。缺点是钢筋混凝土框架能够起到支撑的作用,但是自身的承载力、刚度和侧向刚度较小,在水平力影响下会产生位移的情况;并且钢筋混凝土框架工程施工任务重、项目多,以消耗大量的人力物力,同时也容易受到施工环境的影响。所以加强钢筋混凝土框架厂房建筑的基础部位,并做好平面布局、计算好各个参数是非常有必要的。
1.2钢筋混凝土框架厂房的施工流程分析
其钢筋混凝土框架厂房的基础施工流程:主要为整理场地、桩基施工、开挖基坑、基坑支护、垫层、承台、基础梁、基础墙、防潮层以及土方回填。主体结构流程:柱、剪力墙、楼梯以及梁板;具体分项包括钢筋工程、模板工程以及现浇筑混凝土,机电预埋、机电安装抹灰、地面、门窗、屋面等。屋面工程包括结构层、找坡层、保温层、找平层、结合层、防水层以及保护层。
2、钢筋混凝土框架厂房的施工技术探究
2.1模板工程
首先进行方柱模板的施工,先将四面模板进行拼接,利用角线、接头、支撑拉杆等设施进行调整,从而保证其固定和标准。然后进行梁模板的布置工作,先将梁底进行标高并矫正,再将梁模支架调平、起拱,同时将梁底板沿着顺横楞进行铺平固定,最后钢筋绑扎,并将两侧的模板进行固定;其中梁口和柱头模板的拼接,要尤其注意,必须按照设计标准及施工工艺进行处理。最后再进行楼板模板的处理,先将支架和拉杆安装在木楞上,将柱定报告矫正后,进行横板块、阴角模板、梁模板进行拼接,同时检查相关参数是否准确,并进行模板固定的工作;其中预埋件和预留孔洞的允许偏差如图所示;
2.2钢筋工程
首先进行钢筋拉直、除锈、切断的工作,并进行下料尺寸等相关参数的检查工作,同时将接头进行焊接处理,保证钢筋接头数量后,充分按照设计标准进行穿擦处理。然后制作预应力筋,先进行冷拉、绑扎、下料编束的工作,使其成为束状满足后续施工的应用以及方便。最后进行孔道布置的工作,先将预埋波纹管灌水试漏,在结合梁的需求进行接长处理,同时利用钢筋,以钢筋间距为80cm井字架的形式进行固定。
2.3混凝土工程
混凝土工程是钢筋混凝土框架结构施工的核心,也是影响厂房质量的关键环节,所以加强重视是非常有必要的。尤其是混凝土的浇注环节,首先在柱子上,进行下料平台的搭建;同时由施工人员,将平台上的混凝土柱模分层浇筑和振捣,可以借助振捣仪器,同时对于性能不同的结构位置,利用的振捣仪器和力度也是不同的,从而更好的保证其质量。
3、总结
综上所述,通过对于钢筋混凝土框架结构厂房施工技术的分析,发现要想保证钢筋混凝土框架结构厂房的施工质量,首先要明确钢筋混凝土框架结构的优缺点,然后组建具有丰富施工经验和质量管理技术的专业团队,在施工的过程中,完全按照设计标准进行处理,并加强模板工程、钢筋工程以及混凝土工程技术参数的检验和分析,及时的矫正和调整,只有这样才能更好的保证其施工质量。
参考文献:
[1]念其振.钢筋混凝土框架结构施工技术应用研究[J].门窗,2013,08:155+157.
[2]范立江.高层建筑钢筋混凝土框架结构施工技术分析[J].民营科技,2014,09:199.
关键词:钢筋混凝土框架结构; 地震; 抗震性能; 抗震措施
中图分类号:TU375
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2009)07-0160-03
1前言
全世界每年大约发生500万次地震,地震死亡人数占全球各类因灾死亡人数的1/3。地震给人类带来灾难,给社会造成不同程度的伤亡事故和经济损失。同时地震是一种随机振动,有难于把握的复杂性和不确定性,要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数,目前尚难做到。我国现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对建筑抗震概念设计的基本要求作了较全面的规定。归纳起来大体上包括以下几方面的内容:①有利的抗震场地;②优化的平面和立面布置;③设置多道设防的抗震结构体系;④“强柱弱梁、强剪弱弯”的指导思想;⑤合理的建筑结构参数设计计算分析。
2008年5月12日14点28分我国四川省汶川发生里氏8.0级大地震,由于震中汶川离甘肃省陇南地区直线距离较小,因此该地区震感极强,许多房屋都遭到了不同程度的破坏。本文主要就“5.12四川汶川大地震”后震害调查中钢筋混凝土框架结构房屋的破坏情况展开研究,认真总结震害规律,研究有效抗震措施,进行合理抗震设计,以提高框架结构房屋的抗震性能。
2地震灾害对建筑物的损害
“5.12四川汶川大地震”发生时,大部分钢筋混凝土框架结构房屋是在上世纪90年代以后建造的,凡是严格按抗震设计规范设计,施工质量较好的均未出现严重破坏,仅少数框架梁、柱或梁柱节点附近出现轻微的裂缝。房屋受损表现主要是填充墙体的震害、变形缝处的震害等。地震对房屋的影响主要表现在以下几点:
2.1框架梁、柱以及梁柱节点的震害现象
2.1.1在地震作用下,部分框架梁有斜裂缝产生,受损严重的梁,裂缝贯通。
2.1.2 部分框架柱有水平裂缝产生,受损严重的柱,四周会有贯通的水平裂缝。
2.1.3 梁、柱节点附近有斜裂缝产生,这是最常见的受损表现。
2.2填充墙体的震害现象
2.2.1 大部分受损的填充墙体都有从上向下的45度斜裂缝或“X”型裂缝,部分填充墙体粉刷层剥落,砌块开裂甚至局部酥碎。
2.2.2 在门、窗口上、下角多见八字形或倒八字形缝,在顶层的门窗上口或屋盖下水平裂缝较多。窗间墙体出现不同程度的“X”型裂缝。
2.2.3 立面上有局部突出的房屋,突出的墙体常易破坏。一部分原有房屋,出现整个女儿墙坍塌的破坏,局部突出的建筑的倒塌较女儿墙多一些。对于这类附属建筑,不仅因鞭梢效应而使水平地震力加大,加重了它的破坏,而且屋盖的错动、房屋的倾斜等主体结构的震害也对它产生了很大的影响。
2.3 变形缝处震害发生的原因
2.3.1 新旧建筑物之间未设抗震缝。
2.3.2 两建筑物间抗震缝宽度留设不足。
2.3.3 高低跨处变形不协调。
2.3.4 施工时建筑垃圾掉入变形缝,使其不能发挥正常功能。
3地震灾后建筑物的破坏等级的划分
多层钢筋混凝土框架结构房屋的地震破坏等级可参考以下划分标准:
Ⅰ级 极轻微损坏:框架梁、柱、抗震墙完好,无可见裂缝和明显变形;梁、柱、抗震墙节点无破损、无裂缝。楼、屋盖现浇钢筋混凝土板无可见裂纹和变形;钢筋混凝土预制板与梁搭接处无松动和裂缝。填充墙体与钢筋混凝土梁、柱连接处可能有轻微裂缝,墙体转角处和纵横墙交接处无松动、脱闪现象。
Ⅱ级 轻微损坏:框架梁、柱、抗震墙轻微裂缝,震前混凝土构件已有裂缝,如非预应力筋砼构件因钢筋锈蚀造成的裂缝、砼收缩裂缝等,扩展,抗震墙、节点的轻微破损和裂缝。楼、屋盖现浇钢筋混凝土板有轻微裂缝,无明显变形,钢筋混凝土预制板与梁搭接处有松动和轻微裂缝。填充墙、出屋面楼梯间墙体无明显裂缝。墙体转角处和纵横墙交接处有松动和轻微裂缝。出屋面的非结构构件和饰物,可有裂缝、移位、倾斜。
Ⅲ级 中等破坏:框架梁、柱、抗震墙轻微裂缝,如剪力墙结构和框架剪力墙结构的剪力墙出现交叉裂缝或水平裂缝,但裂缝宽度较小,未出现承载能力极限状态的标志;裂缝所在楼层无明显的层间位移;部分梁、柱、抗震墙节点有轻微破损和裂缝。个别节点破损和开裂明显。楼、屋盖现浇钢筋混凝土板显著开裂;钢筋混凝土预制板与梁搭接处有松动和明显裂缝,装配或整体式柱在装配区出现裂缝。抗震墙与钢筋混凝土梁、柱连接处有松动和明显裂缝。填充墙、出屋面楼梯间墙体有可见裂缝。填充墙严重开裂或局部酥碎,墙体转角处和纵横墙交接处有松动和明显裂缝。
Ⅳ级严重破坏:框架柱主筋压屈,梁、柱节点破坏严重。混凝土酥碎、崩落,剪力墙结构和框架剪力墙结构的剪力墙出现交叉形裂缝或水平裂缝,且裂缝宽度达1.5mm或钢筋出现颈缩拉断、裂缝处的混凝土破碎,所在楼层有明显层间位移,部分楼层倒塌。
Ⅴ级极严重破坏:建筑物内部多数梁、柱、板等承重构件毁坏,导致结构全部坍塌或局部倒塌。框架残留部分不足50%。
4加固方案
本文以某钢筋混凝土框架结构办公楼的震后梁加固的工程实例,来阐明地震灾后框架结构受损后如何对梁进行加固。依据上文划分的破坏等级,该办公楼最终评定为中度破坏。根据现场实际情况和数据分析,经过加固方案的比选,提出了如下加固方案:
1) 采取在原结构梁上设置有效的支撑,对受损梁在加固过程中部分卸载和安全防护。
2) 加固施工前,用灌缝材料将构件上的裂缝封闭。
3) 对于受损的混凝土梁构件采用外包钢筋网复合砂浆加固提高构件的承载能力及刚度等力学性能。为保证新老界面紧密连接,在界面处涂刷界面剂,并在梁体内植入锚固筋。加固详图如图5所示。
5加固梁受弯承载力验算
加固梁受弯极限承载力计算模型如图6所示。加固梁梁底纵向加固受力筋和原纵向受力筋等效为双层单筋矩形正截面承载力计算模型。依据普通钢筋混凝土梁正截面承载力计算的基本假定和平衡条件推导的承载力计算公司如下:
0.8(fcb+2fst)x=fyAs+fsmAsm(1)
Mu=fyAs(h0-0.4x)+ β1 β2fsmAsm(h+0.5d
-0.4x) (2)
设计已知条件:h=400mmb=200mmfc=11.9N/mm2fy=300N/mm2As=509mm2fym=300300N/mm2Asm=339mm2 h0=400-35
解得 x=114.39mm
Mu=99.16KN.M>50.84KN.M
加固梁受弯承载力满足要求。
6增强钢筋混凝土框架结构房屋抗震能力的措施
6.l 房屋平面布置要规则、结构力求对称
房屋外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大,形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀、不对称,平面长度过长等,均不利于抗震。
6.2 强度和刚度匀称
多层建筑应该使其各层之间强度和刚度匀称,如存在薄弱楼层,则该处就会成为地震力作用下的变形集中部位,从而使建筑物首先从该部位发生严重破坏,甚至整个建筑的破坏。可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
6.3 结构超静定次数多
静定结构的杆件受力系统和传力路线单一,一根杆件的破坏,就使整个结构体系因此而失效。超静定结构在超过其荷载能力时,先使多余杆件发生塑性变形,消耗吸收一部分能量,而保证整个结构的稳定性,减少地震破坏。超静定结构次数多,则消耗地震能量也就愈多,建筑抗震性能越强。
6.4 设置多道设防的抗震结构体系
抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经过技术、经济条件比较综合确定。首先宜有多道抗震防线.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承裁能力。所谓多道抗震防线,是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服,充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,即担负起第一道抗震防线的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线.这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。
6.5 保证结构的延性抗震能力
合理选择了建筑结构后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标,系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁:人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯:剪切破坏基本上没有延性.一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力.对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。
6.6 增强构件的相互连接
多个构件有可靠的连接才能保证各个构件的强度充分发挥,才能更好地传递地震力,使各个构件都能充分地吸收地震力,提高整个构件的延性。构件连接不破坏,整个结构才能保证其整体性,各构件之间的连接必须可靠。
6.7 填充墙的利用
砖砌围护墙和隔墙,嵌砌于框架之间,地震力作用时可减轻主体结构的破坏。但混凝土填充墙可能会造成框架比较显著的局部破坏,所以说砌体填充墙对主体结构抗震有有利和不利两种影响,应该在结构抗震时加以具体分析,同时要使隔墙和围墙在平面上要对称均匀分布, 以及沿竖向连续均匀分布。
7结语
目前,“5.12四川汶川大地震”灾后重建工作已紧张展开,本文介绍了灾后钢筋混凝土框架结构的破坏等级划分以及梁的加固方案,并提出了增强钢筋混凝土框架结构房屋抗震能力的措施。在建筑物的设计全过程中,首先要根据使用要求处理好建筑物的总高度、总宽度、平立面形状、门窗洞口位置、承重体系等等的相互关系,根据场地情况选择合适的基础形式,包括基础深梁、基础圈梁、系梁等的设置,按地震烈度的高低和房屋层数的不同,兼顾大房间、楼梯间的要求确定构造柱的位置,力争达到最好的抗震效果。做好结构的合理布置和采取必要的抗震构造措施,这是做好抗震设计的非常必要的前提条件。结构的合理布置及采取必要的抗震构造措施是我们减轻震害的最根本、最有效的措施。
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