房屋建筑结构裂缝抗震性研究

房屋建筑结构裂缝抗震性研究

梁宇

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摘要：在房屋建筑工程结构设计的过程中，最主要的就是需要考虑整体的稳定性和安全性，因为这关系着广大人民群众的生命和财产安全。其中砌体结构出现裂缝是非常常见的一种质量问题，因此设计人员需要加强对结构抗震性能的综合考虑。针对以上情况，本文结合工作实际，对几种建筑结构的性能进行讨论，以期在今后的设计中能吸取经验教训。

关键词：建筑结构；裂缝抗震；抗震性

在多层房屋结构建筑物中，墙体裂缝多有发生，裂缝出现的时间因不同的建筑物而异，有的出现早，有的出现晚，但多发生在新建房屋的1-3年内；缝宽不等，较宽者有，严重者形成贯穿性裂缝。砌体结构裂缝问题已经是一个普遍性的问题，它不仅影响了建筑物的正常使用，降低了建筑功能，缩短了使用年限，而且对抗震也是极为不利的，尤其是在住宅商品化的今天，这个问题已日益引起开发商和居民的普遍关注，因此，如何控制房屋结构墙体开裂的问题是摆在工程技术人员面前的新课题。产生裂缝的原因是多方面的，既有地基、温度、干缩，也有设计上的疏忽、施工质量、材料不合格及缺乏经验等，归纳起来主要有两方面：一是由外荷载（包括静、动荷载）变化引起的裂缝，二是由变形引起的裂缝（主要有温度变化，不均匀沉陷或膨胀等变形产生应力而引起的裂缝），。以下结合我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中的相关规定，对几种结构的抗震设防的性能及一些抗震设防所应注意的一些问题进行简单的阐述。

1 关于几种结构抗震性能的讨论

结构在地震中不能够承受地震作用，而产生严重的破坏和倒塌，其主要原因是其整体性及延性不足所造成的。所谓整体性是结构在整个承受地震作用的过程中各结构构件都可以协同工作，保持对竖向荷载的支撑作用。而延性则是抗震设计时较为关注的一个概念，延性与脆性是相对的，延性破坏属于可以恢复的破坏范畴。各种类型结构均可以根据组成材料的性质及其构造上的特点来采取不同增加延性与整体性的措施。下面仅举几种常见的结构形式对其在地震作用中的性能简要讨论一下。

1.1砌体结构

砌体结构是我国建筑结构的主体，但是砌体结构在地震中是一个弱者，从本次汶川地震中现场发回的新闻图片中，我们可以看到在地震中倒塌最为严重的要属砌体结构。砌体结构的抗拉、抗剪承载能力均不是很强，在地震的横波纵波的作用下很容易发生破坏。其中砌块本身为脆性材料，主体结构的承载能力最终要取决于砌块的强度，以及砌块以砂浆为介质的连接灰缝的强度。在砌体结构施工时，虽看似简单却需要较高的技术保证，砌块是否能作到横平竖直，砌块能否与砂浆间的连接为饱满连接都是与结构整体抗震能力息息相关的。关于砌体结构的抗震设计，从1976年的唐山大地震中，我国的结构工程师总结出经验，就是在砌体结构的抗震考虑中，一定不能忽视圈梁与构造柱的设计，然而我们可以看到灾区很多倒塌的砌体结构建筑都没有对此进行设计，这一点是值得我们去深思的。我们还能看到，倒塌的建筑大多是采用的预制预应力空心楼板，虽然砌体结构的倒塌并不是空心楼板的责任，但是若在设计时对空心楼板采取一定的构造措施，还是可以避免如此惨不忍睹的景象的。若在楼板上浇注一层60到80mm的混凝土层，中间配双向钢筋网片与圈梁拉接就会提高砌体结构的整体稳定性，使结构抗震性能提高一个档次。

1.2钢结构

钢结构作为一种较为新兴的结构形式，虽然其具有造价较高，耐腐蚀性能较差等缺点。但在抗震性能上不得不说钢结构是一种较好的结构。由于钢材这种材料的塑性较好，发生破坏时的变形较大，符合抗震结构需要延性较好的要求。在抗震设计中钢材宜采用等级为B级的Q235碳素结构钢和Q345低合金高强度结构钢，当有可靠根据时，也可以采用其它钢种和钢号的钢材，其性能应符合钢材屈强比实测值之比不应小于1.2，伸长率应大于20%，且应有明显的屈服台阶，有良好的焊接性和合格的冲击韧性，在偏心支撑框架中的耗能连梁不得采用屈服强度高于Q345的钢材。

在钢结构的构造设计中，通过限制受压构件的长细比、梁平面外的长细比、构件组成板件的宽厚比、采取相应措施增强连接节点的承载能力以及控制制作和施工质量等手段，达到钢结构在地震的作用下能承担较大的往复塑性变形、吸收和耗散地震输入的能量而不倒塌的目的。

1.3框架结构

在高层及多层工业民用建筑中框架结构的应用是较常见的，对于框架结构可以灵活的进行平面布置。框架结构的自振周期较长，建筑结构自重轻，在刚性较大的地基上受到的地震作用较小。框架结构的结构形式使其不可避免的会产生侧向刚度小的缺点，因此，框架结构原则上是一种柔性结构，在中度以上地震作用下，框架结构上下层间的变形就会较大，在层间的一些非框架结构构件就会发生破坏，例如填充墙在地震力的作用下，可能出现裂缝，并且承担很大的剪力，进而造成柱子的剪切破坏。但是若经过一定的合理设计，可以将框架结构设计成一种延性较好的结构。使框架结构在地震的作用下，按照先出现梁铰后出现柱铰这样一种耗能机构耗散地震的能量，使结构能承担一定的侧向变形。由于框架结构水平向的刚度缺陷，因此建议在设计纯框架结构时，设计的高度不应过高。

1.4剪力墙结构

剪力墙结构即是全部由剪力墙组成的结构。由于剪力墙无论在承担荷载的能力方面抑或是刚度方面都显示出较强的优越性，可以说剪力墙结构是一种很好的抗震结构，剪力墙结构要比纯框架结构更适用于高层建筑。但剪力墙结构也存在其缺陷，首先剪力墙的截面的特点是短而高，对剪切变形就显得很敏感，易出现裂缝，易出现脆性的剪切破坏，因此在设计时为提高其抗震性能及延性，应进行合理的设计。其次，当建筑底层需占用较大的空间时，不得不将剪力墙在底层改为框架结构，以致于结构在底层的刚度及承载能力发生了突变，对于抗震极为不利，为了避免此类现象的发生，在底层的构造上应采用一定手段，例如提高底层楼盖水平方向上的刚度，使水平剪力可靠地传递到落地剪力墙上来。

2 抗震设计方法探讨

2.1能力设计法的基本思路

现如今各国所采用的抗震设计方法主要是能力设计法。能力设计法的基本思路是对构件间或是构件内不同受力形式间的承载能力差的控制，来保证钢筋混凝土结构形成梁铰机构和延性较大的正截面受力破坏形态，使结构具有承受很大弹塑性变形的性能，保证在较大的地震作用下具有很强的能量耗散能力，避免产生脆性破坏和出现不利的机构形式。

2.2钢筋混凝土结构抗震的设计误区简单分析

在钢筋混凝土框架结构中，混凝土的强度对于框架结点抗剪承载力是有直接影响的。然而，并不一定是混凝土的强度越高，混凝土的框架结点的抗震性能越高。原因在于加大混凝土的强度时，梁、柱等构件以较小的截面尺寸即可以满足强度方面的要求，但框架结点核心区混凝土承剪截面也相应减小，当箍筋用量一定时，框架的抗震性能反而不利。再者，对于钢筋的选用也是一样，并不是采用钢筋的强度越高，对于结构的抗震越有利。我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中建议设计时采用HRB400钢筋，然而在设计条件不变的情况下，提高钢筋的强度就意味着要将用钢量适当的减少，这样将会导致框架结点的高黏结应力区钢筋与混凝土的黏结锚固能力下降，在发生地震时，钢筋易产生滑移，对结构的抗震性能不利。因此，一味的去追求结构乃至材料的强度其实是不可取的方法。

根据我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中的相关规定，轴向压力可提高框架结点核芯区混凝土的抗剪承载力。但并非是轴压比越大越好，当轴压比过大时，框架结构结点受压区混凝土会在压应力与剪应力共同作用下产生微裂纹，使混凝土破坏，抗剪强度也就因此而降低。由此可见，并非是轴压比越大对抗震越有利。

3 结论

总之，抗震性能的设计是当前房屋建筑结构设计中的一个重要课题，因为这关系着广大人民群众的生命和财产安全。因此在进行设计时必须结合所选场地实际并综合多方面的因素，不管是设计过程还是在施工过程中，不仅要选用专业的设计人员和施工人员，而且要采用科学的方法来从各方面提高房屋建筑工程结构的抗震性能。

参考文献

[1]周云.土木工程防灾减灾学[M].广州:华南理工大学出版社，2002.

[2]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2001.