对于体形复杂、平立面特别不规则的建筑,在适当部位设置防震缝后,就可以形成多个简单、规则的单元,从而可大大改善建筑的抗震性能,并且可降低建筑抗震设计的难度,增加建筑的抗震安全性和可靠度。以往抗震设计者多主张将复杂、不规则的钢筋混凝土结构房屋用防震缝划分成较规则的单元。防震缝的设置主要是为了避免在地震作用下体形复杂的结构产生过大的扭转、应力集中、局部严重破坏等。为防止建筑物在地震中相碰,防震缝必须留有足够的宽度。
但是,设置防震缝也会带来不少负面影响,产生一些新问题。如:建筑设计的立面处理困难,缝两侧需设置双柱或双墙,结构布置复杂化;实际工程中,由于防震缝的宽度受到建筑装饰等要求限制,往往难以满足强烈地震时实际侧移量,从而造成相邻单元碰撞而加重震害。因为在地震作用下,由于结构开裂、局部损坏而进入弹塑性状态。水平抗侧刚度降低很多,其水平侧移比弹性状态时增大很多(可达3倍以上),所以此时缝两侧的建筑很容易发生碰撞。
在国内外历次地震中,一再发生相邻建筑物碰撞的事例。究其原因,主要是相邻建筑物之间或一座建筑物相邻单元之间的缝隙,不符合防震缝的要求,或是未考虑抗震,或是构造不当,或是对地震时的实际位移估计不足,防震缝宽度偏小。
天津友谊宾馆,东段为8层,高37.4m,西段为11层,高47.3m,东西段之间防震缝的宽度为150mm。1976年唐山地震时,该宾馆位于8度区内,东西段发生相互碰撞,防震缝顶部的砖墙震坏后,一些砖块落入缝内,卡在东西段上部设备层大梁之间,导致大梁在持续的振动中被挤断。1985年墨西哥地震,相邻建筑物发生互撞的情况占40%,其中因碰撞而造成倒塌的占15%。2008年汶川地震中,相邻建筑的碰撞破坏现象也是随处可见。
《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定:“体形复杂,平立面特别不规则的建筑结构,可按实际需要在适当部位设置防震缝。防震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况,留有足够的宽度,其两侧的上部结构应完全分开。”即建筑平、立面布置应尽可能规则,尽量避免采用防震缝;如果必须留的话,宽度应该留够。实际工程中,往往碰到稍微不规则的结构就留缝,留的缝又不够宽;还有是在施工中,浇捣混凝土后的抗震缝两侧的模板没有拆除,或留下许多杂物堵塞,结果等于没留,地震时必然撞坏。
高层建筑最好不设防震缝,因为留缝会带来施工复杂,建筑处理困难,地震时难免碰撞。当建筑体形比较复杂时可以利用地下室和基础连成整体,这样可以减小上部结构反应,加强结构整体性。
抗震设计的高层建筑在下列情况下宜设防震缝,将整个建筑划分为若干个简单的独立单元:
(1)平面或立面不规则,又未在计算和构造上采取相应措施。(www.daowen.com)
(2)房屋长度超过规定的伸缩缝最大间距,又无条件采取特殊措施而必须设伸缩缝时。
(3)地基土质不均匀,房屋各部分的预计沉降量(包括地震时的沉陷)相差过大,必须设置沉降缝时。
(4)房屋各部分的质量或结构的抗推刚度差距过大。
防震缝的宽度不宜小于两侧建筑物在较低建筑物屋顶高度处的垂直防震缝方向的侧移之和。在计算地震作用产生的侧移时,应取基本烈度下的侧移,即近似地将我国抗震设计规范规定的在小震作用下弹性反应的侧移乘以3的放大系数,并应附加上地震前和地震中地基不均匀沉降和基础转动所产生的侧移。一般情况下,钢筋混凝土结构的防震缝最小宽度应符合我国抗震设计规范的要求:
(1)框架结构房屋的防震缝宽度,当高度不超过15m时,可采用100mm;房屋高度超过15m时,6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm。
(2)框架—抗震墙结构房屋的防震缝宽度,可采用上述规定值的70%。抗震墙结构房屋的防震缝宽度,可采用上述规定值的50%,且不宜小于100mm。
(3)防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度应按需要较宽的规定采用,并可按较低房屋高度计算缝宽。
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