赤峰地區(qū)底框結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度下降原因研究分析

徐超 景凱宇 張寧

摘要：赤峰地區(qū)多見底框結(jié)構(gòu)建筑形式，老舊的底框結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度下降，在地震等自然災(zāi)害下，存在較大的安全隱患，分析赤峰市底框結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降的原因，為后續(xù)分析有損傷的底框結(jié)構(gòu)抗震性能分析打下堅實的基礎(chǔ)，本文通過對赤峰市及其各旗縣的實地調(diào)研，總結(jié)出底框結(jié)構(gòu)在赤峰地區(qū)構(gòu)件強(qiáng)度下降的原因.

關(guān)鍵詞：底框結(jié)構(gòu);構(gòu)件強(qiáng)度;裂縫;地基沉降

中圖分類號：TU746.3? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2020）02-0072-03

0 引言

底層為混凝土框架結(jié)構(gòu)、二層及以上是砌體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式叫作底框結(jié)構(gòu)，二層及以上由砌體構(gòu)件作為豎向承重構(gòu)件，水平承重構(gòu)件由混凝土材料構(gòu)成，所以底框結(jié)構(gòu)又稱為底框磚混結(jié)構(gòu).底框結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)為：保溫隔熱性能好、施工便捷、取材方便并且價格低廉，底部一層框架結(jié)構(gòu)滿足了大空間的使用要求，所以中小城市普遍采用此種結(jié)構(gòu)形式作為底層商鋪、上層住宅使用.底框磚混結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：由于此種結(jié)構(gòu)由框架和砌體兩種結(jié)構(gòu)形式組成，兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)件承重及抗側(cè)力體系使得整體剛度不均勻，砌體自重大，框架自重輕，造成“頭重腳輕”的現(xiàn)象，1976年唐山地震、2008年汶川地震、2010年玉樹地震后統(tǒng)計分析，底框磚混結(jié)構(gòu)抗震性能較差，破壞程度較大[1-3].關(guān)于底框結(jié)構(gòu)抗震性能，國內(nèi)外研究分析相對成熟，但是針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)產(chǎn)生了強(qiáng)度上的破壞，在此基礎(chǔ)上其抗震性能研究分析始終處于低水平階段.據(jù)2019年年初赤峰市住房與城市規(guī)劃局統(tǒng)計，赤峰市及旗縣危房數(shù)量2200多套，其中砌體結(jié)構(gòu)房屋占危房總數(shù)量的80%，所以，研究構(gòu)件強(qiáng)度下降后對房屋整體抗震性能的影響迫在眉睫.底框磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度下降的一個主要原因是砌體承重構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生，本文對赤峰市及各旗縣代表性底框磚混結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因經(jīng)過調(diào)研分析進(jìn)行總結(jié).

1 地基不均勻沉降

地基所承受的建筑結(jié)構(gòu)自重較大，地基在上部荷載的作用下會產(chǎn)生沉降，如果是均勻沉降對建筑結(jié)構(gòu)影響較小.地基土種類不同，所以每一部分的承載力也不相同，在上部荷載作用下會產(chǎn)生不均勻沉降，對主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生較大影響，地基不均勻沉降會使得底框磚混結(jié)構(gòu)承重墻產(chǎn)生裂縫，造成承重構(gòu)件強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響整個底框磚混結(jié)構(gòu)的抗震性能.常見地基不均勻沉降原因有地下水位降低造成地基不均勻沉降;相鄰建筑距離較近且后開挖的基坑比既有建筑基坑深，造成既有建筑地基產(chǎn)生不均勻沉降;在沒有足夠地勘報告支撐前提下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工設(shè)計，造成地基不均勻沉降.對赤峰市敖漢旗某底框磚混結(jié)構(gòu)實地調(diào)研，此結(jié)構(gòu)因地基不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫如圖1、圖2所示.

1.1 赤峰地區(qū)干旱，地下水位降低造成地基不均勻沉降

赤峰地區(qū)氣候干燥，加之農(nóng)田灌溉使得地下水位逐年下降，地下水位下降使既有建筑物地基發(fā)生不均勻沉降，可以使主體承重構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，造成強(qiáng)度下降進(jìn)而對底框磚混結(jié)構(gòu)整體抗震性能以及受力性能受到不可忽視的影響，這種影響危害性極大.地下水位下降引起既有建筑物地基沉降的根本原因是地基土中孔隙水壓力和有效應(yīng)力發(fā)生改變的結(jié)果，也就是說，地下水位下降引起建筑結(jié)構(gòu)地基沉降的原因是變化后的地基土有效應(yīng)力，在地下水位下降后，土中孔隙水壓力減小甚至孔隙水完全被排出，有效應(yīng)力發(fā)生變化，土體受壓變形[4].

1.2 相鄰建筑基坑開挖過深、兩個建筑距離較近，使得地基不均勻沉降

在既有底框磚混結(jié)構(gòu)房屋臨近處施工建設(shè)新的結(jié)構(gòu)建筑，如果兩個建筑距離較近，在設(shè)計施工過程中并沒有考慮新建建筑對臨近既有建筑的影響，在新挖基坑中，護(hù)壁樁設(shè)置強(qiáng)度不足，并且基坑開挖深度大于既有建筑地下結(jié)構(gòu)部分深度，在以上情況下，既有建筑的自重會對其地基土產(chǎn)生側(cè)向壓力，使得既有建筑地基土不穩(wěn)定側(cè)移，進(jìn)而產(chǎn)生既有底框磚混結(jié)構(gòu)地基不均勻沉降.

1.3 在沒有足夠地勘報告的支撐前提下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計施工，造成地基不均勻沉降

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要地勘報告數(shù)據(jù)分析作為支撐，相關(guān)單位為節(jié)約成本，認(rèn)為相鄰建筑不需要每一個結(jié)構(gòu)都做地勘報告，將一個地勘報告應(yīng)用于多個建筑，此種做法存在安全隱患，在一些占地面積較大的結(jié)構(gòu)建筑中，不同施工場地存在地基土種類不同，如果遇到軟弱地基土層或者是淤泥土質(zhì)應(yīng)需要做地基加固，采用適當(dāng)?shù)募庸檀胧┍ＷC其承載力需求，如果在同一地基上，不同位置土性質(zhì)不一樣，地基在上部荷載作用下會產(chǎn)生受力不均勻，最終造成地基不均勻沉降.在赤峰市，此種做法在設(shè)計院中比較常見，因此不均勻沉降產(chǎn)生裂縫的房屋也層出不窮，其實質(zhì)危害性較大，不利于抗震及承受荷載作用，并且不同地基土對地震的反應(yīng)也不盡相同，每一種地基土都有其特征周期，土質(zhì)的特征周期、建筑結(jié)構(gòu)的自振周期以及地震的周期三者相接近會產(chǎn)生共振效應(yīng)，對結(jié)構(gòu)抗震是十分不利.

2 施工過程不規(guī)范，引起砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂

2.1 砌體砌筑施工過程不規(guī)范產(chǎn)生裂縫

底框磚混結(jié)構(gòu)中砌體構(gòu)件是由塊體與砂漿組成，砌體工程施工質(zhì)量受到砌筑質(zhì)量、施工技術(shù)水平以及管理水平等因素制約，砌筑的過程中，水平灰縫砂漿飽滿程度、砂漿厚度、整齊程度、砌體組砌方法、塊體的含水量影響著砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能，在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，不同的砌筑質(zhì)量會使得砌體構(gòu)件產(chǎn)生不同的受力形式，進(jìn)而造成不同類型的裂縫，不管是何種因素產(chǎn)生的何種裂縫都會對砌體強(qiáng)度產(chǎn)生影響.

2.2 混凝土構(gòu)件施工養(yǎng)護(hù)不規(guī)范產(chǎn)生裂縫

底框磚混結(jié)構(gòu)中混凝土材料組成的底部框架結(jié)構(gòu)在施工過程中出現(xiàn)問題同樣會產(chǎn)生裂縫，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度沒有形成之前，為了施工進(jìn)度而過早拆除模板會因為構(gòu)件強(qiáng)度不足產(chǎn)生裂縫;養(yǎng)護(hù)過程中，沒有嚴(yán)格遵守施工規(guī)范進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使得混凝土構(gòu)件強(qiáng)度不足而產(chǎn)生裂縫;模板搭建過程中出現(xiàn)漲?，F(xiàn)象，使得構(gòu)件受到復(fù)雜應(yīng)力甚至產(chǎn)生附加彎矩作用進(jìn)而產(chǎn)生裂縫;在施工過程中鋼筋外漏使得混凝土保護(hù)層失去作用，后期會造成鋼筋銹蝕，同樣會造成構(gòu)件的強(qiáng)度降低.底框磚混結(jié)構(gòu)本身缺點(diǎn)就是剛度不平衡，“頭重腳輕”現(xiàn)象嚴(yán)重，如果底部框架混凝土構(gòu)件因為施工問題而造成強(qiáng)度降低，對整個結(jié)構(gòu)的受力及抗震性能影響非常大.

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，或不滿足現(xiàn)規(guī)范要求

3.1 不按規(guī)范要求私自建造的底框磚混結(jié)構(gòu)

由于考慮造價等因素，兩層及低層底框磚混房屋由于層高較低，建造人員經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)設(shè)計，出現(xiàn)了各種不合理受力的存在，赤峰市及各旗縣多存在不符合規(guī)范要求私自建造的底部框架磚混結(jié)構(gòu)，由于忽略了專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、粗糙的施工手法，經(jīng)常會出現(xiàn)有損結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度的因素出現(xiàn)，2019年赤峰市危房中百分之八十的砌體結(jié)構(gòu)房屋也多因為如此而被鑒定機(jī)構(gòu)鑒定為危房C、D兩個等級，這類房屋存在著嚴(yán)重的安全隱患，一旦地震及其他自然災(zāi)害等偶然作用發(fā)生時會對百姓的生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅.

3.2 其他不符合規(guī)范要求的底框磚混結(jié)構(gòu)

之前敘述在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段一個地勘報告多處建筑使用、結(jié)構(gòu)設(shè)計時忽略了臨近建筑的影響，使得護(hù)壁樁設(shè)計不滿足承載力要求進(jìn)而產(chǎn)生地基不均勻沉降等都屬于不滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求的建筑，此類建筑對底框磚混結(jié)構(gòu)建筑的危害性在之前已經(jīng)有所敘述，這里不再贅述.為了滿足建筑使用要求，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的現(xiàn)象，例如為了追求底層大空間要求，柱子的剛度不足，使本來就弱剛度底層框架“雪上加霜”，最終造成結(jié)構(gòu)抗震性能降低.

由于結(jié)構(gòu)專業(yè)知識的匱乏，許多業(yè)主為了建筑使用的方便私自拆除結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，造成底框磚混結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度降低的現(xiàn)象也是屢見不鮮的，這種行為也存在著較高的安全隱患.

3.3 建筑時間較長，不滿足現(xiàn)規(guī)范要求的底框磚混結(jié)構(gòu)建筑

我國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范經(jīng)歷了《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ3-73、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ3-88、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50003-2001、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50003-2011四個版本規(guī)范，赤峰市及其各旗縣存在著大量不同版本規(guī)范設(shè)計的底框磚混結(jié)構(gòu)建筑.特別是在經(jīng)歷了汶川、玉樹等大地震后，發(fā)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)時版本及其之前版本抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計的底框結(jié)構(gòu)的抗震性能、抗倒塌能力較差.我國現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011—2010》中比以往版本（GBJll.89，1989）更加重視了結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的設(shè)計，如更加嚴(yán)格的規(guī)定了過渡砌體層與底部框架層的側(cè)移剛度比，以防止底部框架層的過早破壞甚至倒塌，但另一方面也導(dǎo)致了其破壞模式的改變[5].在唐山大地震之后的規(guī)范出現(xiàn)了圈梁、構(gòu)造柱來增強(qiáng)底框磚混結(jié)構(gòu)的剛度，是為了提高其抗震性能，但是88版規(guī)范之前的底框磚混結(jié)構(gòu)建筑并沒有圈梁、構(gòu)造柱，這些結(jié)構(gòu)中的一些建筑為了滿足剛度要求后加了圈梁、構(gòu)造柱（如圖3、圖4），后加的圈梁、構(gòu)造柱不能完全發(fā)揮作用，反而在施工過程中以及受力上對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞，造成強(qiáng)度降低.

4 溫度應(yīng)力以及砌體材料干縮變形

4.1 溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫

由于底框磚混結(jié)構(gòu)建設(shè)在自然界中會受到陽光照射，雨雪天氣影響，勢必會產(chǎn)生溫度變化，因為外界溫度變化大而建筑材料內(nèi)部保留著原始溫度，所以在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上就會產(chǎn)生附加溫度應(yīng)力作用.磚混結(jié)構(gòu)有兩種材料組成，混凝土與砌體兩種材料熱脹冷縮性能有所差異，在約束作用下，溫度變形所產(chǎn)生的應(yīng)力就會很大，例如：在太陽照射下，鋼筋混凝土屋面板的溫度比其下方砌體墻體的溫度高出一倍，而且混凝土的線膨脹系數(shù)是磚砌體墻線膨脹系數(shù)的二倍，因此混凝土屋面板的變形要比砌體墻的變形大的多，砌體墻對屋面板有約束作用，限制其變形，這樣對磚砌體墻會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，磚砌體構(gòu)件抗拉及抗剪性能較差，一旦溫度應(yīng)力大于其抗拉、抗剪強(qiáng)度時，在磚砌體墻上會產(chǎn)生裂縫.

4.2 砌體材料干縮變形

砌體材料會隨著含水量的降低產(chǎn)生干縮裂縫，混凝土材料同樣會發(fā)生收縮變形，在混凝土強(qiáng)度形成初期，變形發(fā)展較快，隨后持續(xù)緩慢增長，遇水后膨脹同樣會產(chǎn)生變形，失水后又會收縮變形，所以在兩種材料復(fù)雜的變形情況影響下，勢必會產(chǎn)生應(yīng)力作用，當(dāng)砌體上的應(yīng)力達(dá)到抗拉、抗剪強(qiáng)度時便會產(chǎn)生裂縫.

溫度應(yīng)力及砌體材料干縮變形所產(chǎn)生的裂縫對整個底框磚混結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有嚴(yán)重的影響.

5 結(jié)語

綜上所述，底框磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)件在赤峰市及其各旗縣的強(qiáng)度損傷具有特性，這是因為赤峰地區(qū)設(shè)計施工條件以及氣候環(huán)境因素影響，赤峰市底框磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度損傷又具有底框磚混結(jié)構(gòu)強(qiáng)度損傷的普遍性.地基不均勻沉降、施工過程不規(guī)范、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、溫度應(yīng)力以及砌體材料干縮變形等引起的強(qiáng)度損傷是必須要解決的問題，如果不及時解決會產(chǎn)生極大的安全隱患，近些年，相關(guān)的科研人員針對上述形式強(qiáng)度損傷原因孜孜不倦的尋求解決辦法，也發(fā)表了一系列的文章，并將相關(guān)問題編入規(guī)范.本文分析了赤峰地區(qū)底框磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生強(qiáng)度下降的原因.掌握本質(zhì)原因，從根本出發(fā)，為后期進(jìn)行受損傷底框結(jié)構(gòu)抗震性能分析，提供了有力的依據(jù).

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