裝配式建筑工程知識(shí)分享：磚木結(jié)構(gòu)抗震性能初探

1 磚木結(jié)構(gòu)的介紹

磚木結(jié)構(gòu)房屋是以砌筑黏土磚墻體作為承重墻,門窗及屋頂為木結(jié)構(gòu)的單層及多層房屋,部分房屋設(shè)有混凝土圈梁和構(gòu)造柱。一般磚木結(jié)構(gòu)房屋采用木質(zhì)屋頂,受力檁條擱置在橫墻上,墻體承擔(dān)著承重、抗剪以及滿足構(gòu)造要求。磚木結(jié)構(gòu)房屋有以下特點(diǎn):豎向荷載相對(duì)較小,木材有較好的彈性、順紋受拉及橫紋抗剪能力較強(qiáng),以及屋架縱橫向支撐連接形成空間體系,因此只要節(jié)點(diǎn)處不破壞,都可以有效地起到抗震作用,所以磚木結(jié)構(gòu)房屋在廣大農(nóng)村地震區(qū)應(yīng)用廣泛。

磚木結(jié)構(gòu)在汶川地震中表現(xiàn)出的良好抗震性能不是偶然的。在三十多年前的唐山大地震中,全城的建筑幾乎都夷為平地,唯獨(dú)剩下兩棟木結(jié)構(gòu)房屋矗立著。在1995年日本神戶大地震中,事實(shí)也證明了木結(jié)構(gòu)房屋是具有良好的抗震性能的。神戶大地震造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)8000億人民幣,其他結(jié)構(gòu)建筑受損嚴(yán)重,但是在災(zāi)區(qū)的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)房屋幾乎沒(méi)有受到影響。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)說(shuō)明,磚木結(jié)構(gòu)本身是具有良好的抗震性能的。設(shè)有鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁的單層磚木結(jié)構(gòu)房屋模型整體剛度較大,抗震能力較強(qiáng),可以經(jīng)受9度大震而不倒,滿足8度基本設(shè)防烈度的驗(yàn)證了所提房屋構(gòu)造方案抵抗高烈度地震的能力,為抗震安居房屋的推廣提供了參考依據(jù)。

2 汶川地震中木結(jié)構(gòu)民居主要震害及原因

據(jù)相關(guān)資料顯示,在汶川地震區(qū)的木結(jié)構(gòu)民房主要是磚木結(jié)構(gòu)或土木結(jié)構(gòu)。農(nóng)村偏遠(yuǎn)民居多為穿斗木構(gòu)架土坯墻房屋(由木構(gòu)架承重的坡瓦屋頂)。少數(shù)土坯墻木屋蓋房屋。木結(jié)構(gòu)民居的震害主要表現(xiàn)為:穿斗木構(gòu)架土坯墻房屋土墻體倒塌,屋架部分塌落;土坯墻木屋蓋房屋部分墻體倒塌,木屋蓋破壞嚴(yán)重。只有少數(shù)木結(jié)構(gòu)建筑整體性垮塌。

木結(jié)構(gòu)民居主要是由于采用了強(qiáng)度較低,離散性很大的土體作為墻體產(chǎn)生破壞的,這主要是農(nóng)村建筑不合理造成的,不是木結(jié)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。施工質(zhì)量同樣是結(jié)構(gòu)破壞的主要原因,不同的施工質(zhì)量實(shí)施在同樣的建筑結(jié)構(gòu)上所體現(xiàn)出的抗震能力是截然不同的。木構(gòu)架和木屋頂在地震后仍保持著整體性和基本完整。這說(shuō)明磚木結(jié)構(gòu)民居是具有良好的抗震性能。

3 “最牛民房”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

據(jù)甘肅省地震局應(yīng)急處處長(zhǎng)景天孝介紹,這個(gè)房屋在1998年建造時(shí)沒(méi)有過(guò)多考慮抗震功能,普通的磚木結(jié)構(gòu)房屋,沒(méi)有采用混凝土圈梁和構(gòu)造柱。與其它房屋不同的是,房頂僅以木椽青瓦覆蓋,質(zhì)輕。至于其它方面,一樓完全用優(yōu)質(zhì)實(shí)心磚,二樓用的空心磚;而各間房間之間的間隔并非砌以磚墻,而是用木質(zhì)材料隔開(kāi)。

磚木結(jié)構(gòu)由于采用木結(jié)構(gòu)屋頂大大的減輕了自重,這座房屋中的二層又采用了空心磚,這樣就更減輕了建筑物的自重。這樣一來(lái)從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和抗震的觀點(diǎn)來(lái)看就更避免了“頭重腳輕”的現(xiàn)象。

同樣,房間的隔斷采用木材,這樣又減輕了二樓的自重。同時(shí)木材本身具有彈性,能在較大的程度上緩沖并分解地震力。在地震力的作用下,也起到了減小地震損害的作用。

據(jù)汶川地震相關(guān)資料報(bào)告,磚木結(jié)構(gòu)在0·10g地區(qū)震害輕微,在0·15g及0·20g地區(qū)震害嚴(yán)重,主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身未采用足夠的抗震設(shè)防構(gòu)造,其薄弱部位主要是屋蓋體系及獨(dú)立磚柱。

“最牛民房”中房頂僅以木椽青瓦覆蓋,輕質(zhì),整體性強(qiáng),約束比較可靠,在地震力作用下產(chǎn)生的慣性力較小。“最牛民房”結(jié)構(gòu)中沒(méi)有采用獨(dú)立磚柱,而采用普通的墻體承重結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)形式比較對(duì)稱,這都有利于房屋的抗震作用。

4 磚木結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理

磚木結(jié)構(gòu)在地震中表現(xiàn)出良好的抗震性能主要有以下幾點(diǎn)原因:

(1)合理的結(jié)構(gòu)布局。平面上,磚木結(jié)構(gòu)很少應(yīng)用在平面復(fù)雜的建筑上,主要是長(zhǎng)寬比不大于2∶1的矩形。規(guī)則的平面布局有利于結(jié)構(gòu)的抗震和耗能,這個(gè)是得到建筑學(xué)界的廣泛認(rèn)可的?？臻g上,木屋頂?shù)牟捎?質(zhì)輕的同時(shí)保持了良好的整體性,這樣的結(jié)構(gòu)形式避免了建筑物的“頭中腳輕”,是理想的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);

(2)木結(jié)構(gòu)屋頂?shù)拈久哪?。古建筑木結(jié)構(gòu)的榫卯連接是我國(guó)建筑的精華。榫卯具有很強(qiáng)的抗震耗能性能。榫卯在承受較大的荷載下,同時(shí)具有很強(qiáng)的變形性能。在地震荷載的作用下,榫卯耗散很大的地震能量,減少了對(duì)結(jié)構(gòu)本身的損壞;

(3)建筑結(jié)構(gòu)整體性較強(qiáng)。木材具有很好的順紋抗拉強(qiáng)度和橫紋抗剪強(qiáng)度,這樣的結(jié)構(gòu)做出的整體性很強(qiáng)的屋頂,在橫向支撐的作用下,可以和四周墻體形成很好的空間體系。這樣的體系只要在節(jié)點(diǎn)出不出現(xiàn)破壞,是可以具備很好的抗震能力的。

5 重建建議

(1)推廣使用磚木結(jié)構(gòu)建筑。磚木結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能且在我國(guó)邊遠(yuǎn)農(nóng)村具有很強(qiáng)的民族特色。磚木結(jié)構(gòu)在同時(shí)具有造價(jià)低、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、施工要求低的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)是具有很強(qiáng)的吸引力的。日本神戶大地震后日本政府明令所有民用住宅必須采用北美木結(jié)構(gòu)別墅并實(shí)施JAS的建筑標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也應(yīng)該結(jié)合自己的國(guó)情,積極推廣有著良好抗震性能的建筑結(jié)構(gòu)。在汶川震后的大背景下,政府出面積極引導(dǎo)是具有重要意義的;

(2)加強(qiáng)農(nóng)村民居建設(shè)管理。同樣要指出,由于我國(guó)農(nóng)村自建房未納入國(guó)家建設(shè)管理程序,農(nóng)村住宅缺乏管理,基本上是隨便設(shè)計(jì),不僅沒(méi)有考慮抗震設(shè)防要求,而且往往存在嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷。無(wú)資質(zhì)施工隊(duì)施工,施工質(zhì)量得不到保證。這些都是我國(guó)現(xiàn)存的建筑問(wèn)題,亟待需要解決。所以加強(qiáng)農(nóng)村民居建設(shè)管理,樹(shù)立抗震意識(shí),積極應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn),變被動(dòng)救災(zāi)為主動(dòng)防范,這樣會(huì)得到事半功倍的效果;

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優(yōu)點(diǎn)都是傳統(tǒng)建筑無(wú)法比擬的。以上內(nèi)容就是“裝配式建筑工程知識(shí)分享：磚木結(jié)構(gòu)抗震性能初探”，更多精彩內(nèi)容可繼續(xù)關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校!點(diǎn)擊下方免費(fèi)下載，可領(lǐng)取裝配式精華考點(diǎn)/課程講義。