看报道,这次局部坍塌的楼房结构体系为“砖混-预制板”。以前也分析过,采用预制板作为楼板的砖混结构,如果不做构造措施,其整体性是很差的。
特别对于南方城市,由于没有冬季保温需求,墙体一般很薄,基本做成“24墙”,很少有东北那样的“37墙”或“49墙”(所谓24墙,是砌筑墙体厚度为24cm,37墙为砌筑墙体厚度为37cm,49墙是指砌筑墙体厚度为49cm)。薄墙自身稳定性差,加上整体性差的预制板,建成的房子自然是整体性差,抗地震、抗扰动能力差。
简单分析下原理:
砖墙的材料——砖和砂浆,受力性能上都是抗压不抗拉,因此墙体在房屋自重及使用荷载的作用下很有担当,能很有力支撑上部荷载,但抗水平方向荷载的能力很差,例如地震荷载、施工时的外部扰动等都容易造成砖墙开裂甚至倒塌。
如下图所示,砖墙承担上部楼板的荷载能力很强,一般楼板上压重物没啥问题,但抗水平方向的力的能力很弱,水平力过大,容易将墙体推倒。
我国唐山大地震和汶川地震倒塌的房子,大部分都是砖混-预制板结构的。
地震时,砖墙左右晃动,导致支撑在墙体上面的预制板脱落,砸向室内。当预制板脱落后,一层砖墙高度变成了两层甚至多层通高,墙体越高稳定性越差,很容易接着垮塌下来,墙体垮塌又会带着周边预制板、墙体垮塌,最终造成整体垮塌的悲剧,将内部人员全部压住,很难施救。因此唐山地震后,很多人将这种房子称为“棺材板房”。
既然这种结构的房子抗震抗扰动性能差,为啥还要建那么多呢?一是因为这种房子建造“便宜”,二是对房屋抗震的研究不够深入。
唐山地震及汶川地震后,我国对砖混-预制板结构做了大范围的抗震加固,加固措施包括:增加圈梁构造柱、预制楼板增加叠合层、墙体增加配筋、墙体增加钢筋网片混凝土等。
这些措施的根本原理就是解决砖混结构自身“松散”的问题,将松散的结构通过加固,变成整体性强的结构。就像乐高积木,在没有插严实时,后续搭建很容易出现散架现象,但把所有积木块都使劲插严实后,搭建的积木整体性会很强,很难散架。
下图为增加圈梁构造柱的方式:上面的是新建砖混结构时就增加圈梁构造柱,下面是对原本没有设置圈梁构造柱的砖混房子采取的补救措施,后加圈梁构造柱。
除了增加圈梁构造柱的加固方式,还可以在砖墙表面增加钢筋+混凝土(或者砂浆)的方式,在微观层面解决砖墙的松散问题。
下图为增加配筋和混凝土面层的方式:
预制板表面增加叠合层,就是在预制板上部铺设钢筋,再浇筑一层6cm左右厚度的混凝土,这层配筋的薄薄的一层混凝土称之为叠合层。不要小看这薄薄的6cm厚叠合层,有了这层叠合层,原本松散的一块块预制板便被连成了整个一块,抵抗地震力及扰动的能力将会大大提高。