...砂浆加固混凝土结构破坏机理与设计方法
王美可+++王国栋
[摘 要]本文分析了建筑结构的破坏机制，从框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构几个方面来论述建筑结构的破坏机制，并针对建筑结构的破坏机制提出了设计时应对的若干措施，为从事建筑结构设计的人员提供有益的参考。
[关键词]破坏机制；相关对策；解决措施
中图分类号：TS20 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0076-02
1 引言
建筑物的破坏机制一般分为两种[1]，即楼层破坏机制和整体破坏机制（如图一）
设计中应尽量避免结构产生楼层破坏机制，这种破坏说明结构在柱中村村在薄弱环节，即在其它构件承载力尚未充分发挥作用之前，整个结构已经提前破坏。要使整个结构达到整体破坏机制是容易的，但在地震作用下，出现介于楼层破坏和整体破坏之间的某种机制，也是完全可以理解的。设计人员的责任和义务就是努力实现理想的建筑结构的整体破坏机制，就是正确布置和掌握朔性铰出现的位置和出现顺序，就是尽量使结构达到理想破坏机制。各种不同的结构体系，其理想的破坏过程是不同的，（如图二）
2 相关的对策
2.1 纯框架结构的理想破坏机制
地震作用下首先在梁端产生朔性铰，消耗地震能量。产生朔性铰后，结构刚度下降，计算简图发生变化，地震力减小，结构受力状态自然会得到改善。如继续强震作用，底层柱底弯矩增大，导致底层柱底最终出现朔性铰，结构进入失稳状态成为几何可变体系[2]。在设计时必须千方百计保证底层柱的抗弯和抗剪强度，要破例提高这一部分的可靠度，以推迟底层柱朔性铰的出现和提高底层柱的延性。
另外，在设计时注意以下几点措施：
a框架计算中将梁固端弯矩进行适当调幅梁调幅后，对梁支座是不利的，强震作用下梁支座可能过早出现朔性铰，但对整个结构来说是有利的，可以提高框架的延性。
b框架梁的下部鋼筋如不是计算需要和构造要求，以不伸入柱中或不完全锚固在柱中为好。
c人为地对不同构件的部位给予不同的安全等级，或在配筋时认为的增减。
2.2 剪力墙结构的理想破坏机制
剪力墙结构的刚度一般都很大[3]，设计的任务抗弯和抗剪强度设计。朔化过程比较简单，就是在底部（与墙肢宽相当或1/8总高度且小于底层层高的层高范围内）出现朔性铰，直至破坏。在设计剪力墙结构时要对这一部位特殊关照，尽量提高其延性，对它的抗弯和抗剪可靠度给予适当提高。为了保证剪力墙结构结构不出现楼层破坏，既不使剪力墙在上部首先出现朔性铰，规范规定用提高的弯矩莱计算剪力墙的抗弯和抗剪钢筋。
当为联肢剪力墙结构时，其朔化历程是首先在联肢梁中出现朔性铰吸收地震能量，改变建筑物刚度，地震力减小。如继续强震作用，会导致联肢墙部出现朔性铰，建筑物变形急剧增大并将失稳，最后倒塌。设计的关键是墙底部的抗弯和抗剪强度问题，设计时只要在这一部位给予充分的考虑重视，可靠度给予适当提高，注意其延性设计，就可基本做到“大震不倒”。另外，在设计时注意以下几点措施：
a剪力墙内竖向钢筋的配筋率不宜过小[3]，避免在大震作用下产生脆性破坏。水平分布筋直径不宜过小间距不宜过大，否则对混凝土起不到约束作用；竖向钢筋直径更不能太细间距不宜过大，否则混凝土浇筑时，钢筋挥发生移位，墙厚大于160时，应作双层钢筋，水平筋应放在竖向筋的外侧，与利于抗剪且便于施工。据北京和广东调查，温度应力的影响，在剪力墙顶部和底部一定范围内，其配筋率还应适当增大。
b在剪力墙的端部以及墙与墙交叉处应该设置暗柱。暗柱可以提高剪力墙的承载力，可以对边缘处混凝土起约束作用，避免局部压碎，与暗梁一起组成边框，对抗倒塌和抗扭均有利。
c在楼屋面板处，沿建筑物周边作封闭式圈梁，以保证楼板的整体性和在强震下；楼屋面板不被撕裂。圈梁在多数情况下是由主次梁所组成，在无梁时要做暗梁，尤其对端山墙，更加需要，它的设置对抗扭是有利的。
d设计中要特别注意剪力墙的与楼板的连接，尤其在采用预制板时，更需采用特殊措施。一般剪力墙均比较薄，且有竖向钢筋，这时楼屋面板支承长度不可能太长，又时仅20，全靠预留出板端的钢筋拉接；此时如果如锚固不好，或接缝出混凝土强度不足，在强地震作用下，楼板就会脱落。剪力墙失去支承后也会丧失稳定而倒塌。为此，建议将预制板的端部做成槽齿形，错开剪力墙的竖向钢筋伸入支座，这样可以增长搭接长度。与预制板相比，现浇板就优越的多，在高烈度区最好采用现浇板。
2.3 框架-剪力墙结构的理想破坏机制
框架-剪力墙结构的结构刚度介于框架和剪力墙之间，是目前采用的各种钢筋混凝土结构中比较容易调整总刚度的结构体系，适用面广。框架结构刚度比较小，设计时出发点是保证结构有良好的延性和变形能力，即框架结构设计的重点在于延性，而剪力墙结构的刚度较大，设计中首先遇到的问题是强度设计，包括抗弯和抗剪强度设计，同时也要保证剪力墙有良好的延性。框架-剪力墙结构是两者的有机结合，首先是强度设计，其次也是延性设计。其朔化历程是首先在联肢梁中出现朔性铰，而后在剪力墙的底部出现朔性铰，再后发展才是在框架梁上，最后在底层柱底部产生朔性铰。
要使框架-剪力墙结构按理想机制进行破坏，除了遵守框架结构和剪力墙结构的各种设计要求外，还应在设计中注意以下几点要求：
a剪力墙的数量不宜按所谓的合理数量直接采用，而应比这个数值要求高一些。因剪力墙的合理数量，多数是单纯从控制顶点位移和层间位移的需要出发计算出来的。并未考虑其它不利因素。否则在强震作用下，由于剪力墙的数量不足首先遭到破坏，水平力大部分传给框架结构；而框架结构在设计中又没有过多地考虑承受过多的水平作用，会产生连续破坏，造成严重后果。
b剪力墙数量确定后，还要验算其顶点加速度是否符合要求，建筑物自振周期是否避开场地的卓越周期。当这些要求全部满足后，在剪力墙的平面布置中，也要采取相对集中和分散布置相结合的原则，要尽量使横向与纵向剪力墙连成整体构成十字形，T字形或L字形。这样既可省材料，又可增大结构的整体刚度和稳定性，同时还有利于抗扭。endprint
c当剪力墙为联肢墙时，要避免出现一肢墙大，一肢墙小的情况，同时还要避免设计成一肢墙带边缘构件，而另一肢墙不带边缘构件的情况。否则就会出现薄弱环节，在强震作用下，造成一肢剪力墙先破坏，从而引起连续破坏的严重后果。
2.4 筒中筒结构的理想破坏机制
这里所指筒中筒结构，是外边为框架筒，内部为核心筒的结构。这种结构具有良好的空间抗侧力结构，一般认为它的破坏机制有别于框架-剪力墙结构，还没有收到严重破坏的工程实例。因为外框筒结构一般开洞面积不会超过百分之五十，即外框架筒是由短梁和端柱或者是由有深梁宽柱所组成，它是一种开孔的筒，而不是框架结构。但是，当外框架筒开孔很大或者柱很稀疏时，其破坏机制可能接近框架-剪力墙结构。究竟这种结构的破坏机制如何？其朔化历程怎样一个顺序，目前还很难说清楚，但注意以下几点是不会错的：
a加强筒体结构的角柱。目前国内外对角柱设计实际存在两种观点：一种要加强角柱，因为它是连接腹板与翼缘结构的纽带，受力状态比较復杂，设计时要加大其面积，给予足够的可靠度。一般角柱的面积均要比其它柱的面积达2-3倍。另一种意见认为不但不加强，反而要削弱角柱，甚至取消它，把角柱的作用相侧边移，这样可以简化计算。国内多数人认为加强角柱是合理的。
b外框架筒上面积不宜过大。开洞大小直接影响着框架筒的刚度和整体受力性能。当开洞面积较小时，不影响框架筒的整体工作性能；当开洞面积太大时，就不是框架筒结构而成为框架结构了，与内筒组合就成了框架-剪力墙结构。国内外资料和试验证明，框架筒性开洞面积与墙体面积之比在50%以下，就可以满足同中筒结构的要求，而且其开洞的高宽比分别取层高和柱距的2/3为宜。当然，如果开洞面积与墙体面积之比比50%要小，开洞的高度和宽度可以有一定的灵活性。
c在目前国内普遍采用的高度范围内，筒中筒结构设计主要是强度设计。筒中筒结构的刚度很大，其动力周期短，所受地震力作用大。它的设计主要是强度设计，包括抗弯和抗剪的强度设计，特别是各种构件（柱，裙梁和墙体等）的抗剪强度的设计更要给予特别重视。因为这些构件的尺寸均不同于一般框架结构，它们的截面尺寸较大，长细比小，刚度大，多数是刚性构件。
3 结论
建筑结构的安全性关系到建筑物的安全，其一旦发生破坏会给人民群众的生命财产带来严重的损失。所以，我们应当重视建筑结构的破坏机制，进而重视建筑结构的相关破坏机制，从而为保障我国的建筑安全提供有益的参考。
参考文献
[1] 林同炎等，结构概念和体系 [M]北京：中国建筑工业出版社出版社，1999.2.
[2] 史庆轩.钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D]西安建筑科技大学，2003.
[3] 梁兴文.混凝土结构设计[M]北京：中国建筑工业出版社出版社，2011.12.
[4] GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社出版社，2010.8.
作者简介
第一作者： 王美可，女，汉族 1982.05 河南郑州人 河南现代建设集团有限公司，助理工程师，主要从事建筑结构。
第二作者： 王国栋，男，汉族 1978.10 河南西峡人 河南建工建筑设计研究有限公司，工程师，主要从事结构设计。endprint
