一種村鎮(zhèn)住宅的減震新方法

王東煒,劉喜中

(1.鄭州大學土木工程學院,河南鄭州 450002;2.鄭州大學土木工程學院,河南鄭州 450002)

汶川大地震造成了重大的人民生命財產(chǎn)的損失,數(shù)萬間房屋在地震中遭受了不同程度的破壞,尤其村鎮(zhèn)房屋的破壞最為嚴重。

我國現(xiàn)有的抗震措施主要包括隔震和減震兩種,根據(jù)隔震裝置所處的位置,將隔震結(jié)構(gòu)特性分為地基隔震、基礎(chǔ)隔震和層間隔震三大類。通過隔震層的大變形吸收地震能量,減少地震施加給上部結(jié)構(gòu)的地震作用,從而降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),達到對上部結(jié)構(gòu)預(yù)期的防震要求。減震措施主要包括增加減震裝置和加強構(gòu)造措施減震,增加裝置減震即在建筑結(jié)構(gòu)的一定部位設(shè)置消能部件,通過消能部件的局部變形吸收地震能量,減少地震施加給主體結(jié)構(gòu)其余部分的地震能量,從而降低結(jié)構(gòu)的地震位移反應(yīng),達到對整個結(jié)構(gòu)預(yù)期的防震要求。構(gòu)造措施減震主要是按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2001》13.3.3條中規(guī)定,砌體墻應(yīng)采取措施減少對主體結(jié)構(gòu)的不利影響,并應(yīng)設(shè)置拉結(jié)筋、水平系梁、圈梁、構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)可靠拉結(jié)。

現(xiàn)有的隔震措施通常造價較昂貴,而且施工技術(shù)要求較高,因此在村鎮(zhèn)住宅中使用先進的隔震措施難以實行。規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造減震措施,相對隔震措施價格稍低。但通過調(diào)查得出村鎮(zhèn)房屋中設(shè)置構(gòu)造柱的比例不足10%,這在地震時村鎮(zhèn)房屋的抗震能力將大大降低,其經(jīng)濟和地震發(fā)生的僥幸心理是不設(shè)置抗震措施的主要原因。由于現(xiàn)有的抗震隔震措施造價較高,村鎮(zhèn)所建的房屋大多不進行抗震設(shè)防,所以對村鎮(zhèn)住宅的抗震技術(shù)研究非常有必要。

結(jié)合我國村鎮(zhèn)住宅的實際情況,并研究了磚混結(jié)構(gòu)的減震構(gòu)造措施,現(xiàn)在提出較為實用經(jīng)濟的減震設(shè)計方法:對地震中易發(fā)生破壞的墻體轉(zhuǎn)角處中加入碳纖維布。其方案布置如下圖所示。

碳纖維布布置方案

在砌體結(jié)構(gòu)中,其主要的由墻體來承重,墻體雖具有一定的抗壓承載能力,但其抗拉、抗剪、抗彎能力均較差,尤其是無筋砌體整體性較差,承載力較低,極易在地震荷載作用下產(chǎn)生裂縫,主要為斜裂縫和水平裂縫。在砌體結(jié)構(gòu)的墻體上加入碳纖維布,是利用碳纖維布和專用結(jié)構(gòu)膠對墻體進行抗震加固處理。其具有輕度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優(yōu)點。可以較好的增大墻體的抗壓、抗剪能力,以及砌體結(jié)構(gòu)開裂荷載和極限承載力均有較明顯的提高,延性明顯改善,抗震耗能能力增強。

本文采用ANSYS軟件對上圖模型的砌體結(jié)構(gòu)進行抗震分析,以驗算新型抗震方案的可行性。通過分析可以得出加入碳纖維布的房屋,其整體剛度和層間位移與加構(gòu)造柱時相差不多,且滿足規(guī)范的要求,但其造價相比構(gòu)造柱要少很多。因此在沒有構(gòu)造柱的房屋,運用該種抗震方法在很大程度上可以提高房屋的整體性?？紤]村鎮(zhèn)房屋實際狀況下,在村鎮(zhèn)房屋是一種較好的抗震方法。