理论教育 非结构构件震害及原因分析-建筑结构抗震设计

非结构构件震害及原因分析-建筑结构抗震设计

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:非结构构件在地震时的破坏主要有两个原因:惯性力作用和结构系统变形。因此,只有在设计时考虑到这种惯性力的作用,才有可能保障非结构构件的地震安全。地震作用下结构发生变形,如果嵌固于结构构件内的非结构构件不能适应结构变形,也要遭到破坏或功能丧失。

非结构构件震害及原因分析-建筑结构抗震设计

非结构构件在地震时的破坏主要有两个原因:惯性力作用和结构系统变形。

1)惯性力作用

地震发生时,房屋所在场地的地运动使整个房屋发生运动。此时,房屋的各个部分均受到惯性力的作用。放在楼板上的家具、设备等,如果锚固不牢,则会滑动或倾斜;如果锚固很牢,但承受不了所受的地震作用,也会遭到破坏,附着在墙壁、天棚等构件上的灯具、开关等非结构也有类似的情况。因此,只有在设计时考虑到这种惯性力的作用,才有可能保障非结构构件的地震安全。

2)结构系统变形

结构系统受到地震作用时必然发生变形,即改变原来的几何形状。强烈地震时,中层建筑顶层侧移可达10cm左右,而高层建筑则可达100cm左右。这时,窗户、隔墙、填充墙等嵌在结构构件内的非结构构件,其本身虽能承受地震惯性力的作用,但却可能因不适应整体结构的变形,致使玻璃发生破碎、掉落,脆性材料做成的墙体出现裂缝,墙体饰面剥落,甚至倒塌。由此可见,为了保障非结构构件的地震安全,除了考虑其所受到的惯性力之外,还必须考虑结构系统在地震时的变形对非结构构件的影响。

地震作用下结构发生变形,如果嵌固于结构构件内的非结构构件不能适应结构变形,也要遭到破坏或功能丧失。

(1)非承重墙体。隔墙与主体结构的刚度不协调、主体结构变形或层间侧移过大、隔墙连接不牢靠、隔墙自身材料的脆性等是造成隔墙破坏的重要原因,其破坏程度与隔墙材料、连接方式和抗侧力结构体系有关。隔墙材料密度越小,与主体结构拉结越好,抗侧力结构刚度越大,造成的损失越小;长而高且与主体结构拉结不良或上端与梁板底部留有空隙的隔墙,破坏普遍较严重。1976年唐山大地震、1999年台湾大地震、1995年日本阪神地震和2008年汶川地震,均有因砌体填充墙不合理布置导致钢筋混凝土房屋严重破坏和倒塌的实例。(www.daowen.com)

(2)屋面构件及突出构件。钢筋混凝土或金属栏杆女儿墙的强度高,整体性好,与下部结构连接比较牢靠,地震时表现完好。而屋顶的灯饰、广告牌等构件易脱落,砖砌女儿墙破坏严重。其破坏的主要原因:一是锚固不牢靠或锚固老旧失效;二是在地震时由于放大作用而受到较大的惯性力。

(3)连接部位与变形缝。变形缝设置不当、宽度不足或构造不合理(如开口墙),地震时墙体常会因碰撞破坏较严重,如平面外形复杂的连廊、高低层交接处连接部位墙体和顶棚易发生裂缝或牛腿酥裂严重。

(4)楼梯。楼梯间的破坏往往比其他部位严重,导致疏散困难,造成次生灾害;破坏的主要原因是楼梯平台与相邻房间楼板的标高不一致,刚性楼梯间与房屋其他部分反应不同,引起较大的相对运动。有研究表明,相对于剪力墙结构和筒体结构楼梯,楼梯和主体结构间的相互作用比框架结构中更剧烈。对于框架结构,楼梯对主体结构的模态、刚度和自振周期有所影响,梯段板受地震力较大,而对于框架—剪力墙和剪力墙结构,楼梯对主体结构的影响较小。

(5)家具和设备。自由搁置的文件柜倾倒,导致伤人或破坏设备,甚至可能堵塞出入口;室内消防器材的破坏、疏散设施的失灵、存有危险物质的管线破裂等可能带来严重的次生灾害;悬挂构件强度不足,导致电气灯具坠落伤人;电梯配重脱轨,甚至与电梯轿厢碰撞导致电梯使用失效;隔振装置设计不合理,从而加大设备的振动或发生共振,降低了结构的抗震性能等震害,都可造成建筑使用功能丧失和重大损失。

(6)幕墙。幕墙结构一般由支撑体系构件和面板两部分构成。幕墙在地震中的表现较好,这主要是因为幕墙构造使得幕墙和主体结构之间允许有少量的相对位移。而幕墙结构质量较轻,自身的变形能力使其在地震中有较好的耗能能力。

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