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前事不忘，后事之師――從汶川大地震淺談建筑物抗震設(shè)防

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-23 10:02:22 [收藏]


    汶川大地震給土木工程技術(shù)人員上了沉重的一課，土木工程師應(yīng)該最大限度地吸取以數(shù)萬人生命和巨大財產(chǎn)損失為代價換來的經(jīng)驗與教訓(xùn)，努力在今后的工程建設(shè)中防止或減輕建筑物由于地震所造成的破壞，這是不可推卸的責(zé)任和歷史使命。
    減輕震害，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵
    目前地震發(fā)生的短期預(yù)測是一個世界性難題，因此抗震設(shè)防顯得格外必要。我國的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011－2001）明確提出了建筑抗震設(shè)防的目標(biāo)，就是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。依據(jù)我國目前的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，抗震設(shè)防烈度一般采用國家地震局頒發(fā)的地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度。除基本烈度外，還有眾值烈度和罕遇烈度，眾值烈度相應(yīng)于上述的小震，罕遇烈度相應(yīng)于上述的大震。
    汶川地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，理論上所能抵御的大震不倒的罕遇烈度約為8度，而這次地震烈度在一些地區(qū)已經(jīng)達(dá)到了10度～11度，因此即使按照當(dāng)?shù)卦O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進行了抗震設(shè)防，房屋倒塌仍是可能的。
    砌體震害突出，抗震設(shè)防須認(rèn)真對待
    砌體房屋是我國居住、辦公、學(xué)校和醫(yī)院等建筑中普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式。由于砌體是脆性材料，砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震性能相對比較低。1976年的唐山大地震中，整體性差的磚、石砌體建筑大面積倒塌，此后抗震設(shè)防中一直強調(diào)采用構(gòu)造柱和圈梁提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性，但汶川地震中仍可發(fā)現(xiàn)大量不設(shè)構(gòu)造柱和圈梁的磚混建筑，大面積倒塌的悲劇再次上演。而一些設(shè)置了圈梁和構(gòu)造柱的磚混結(jié)構(gòu)經(jīng)受住了8級特大地震的考驗。
    縱橫墻的連接破壞也是砌體結(jié)構(gòu)中常見的震害。如果縱橫墻之間在施工時不能很好地咬槎，連接就比較差。在兩個方向的水平地震力作用下，縱橫墻連接處受力復(fù)雜，應(yīng)力集中，往往會出現(xiàn)豎向裂縫，縱墻會大面積甩落。汶川地震中該類震害仍比較突出。對于縱墻承重的砌體結(jié)構(gòu)，樓板的側(cè)邊一般不嵌入橫墻內(nèi)，因此大部分橫向地震作用要通過縱墻經(jīng)由縱橫墻交接面再傳給橫墻。地震作用下，外縱墻很容易發(fā)生與橫墻以及樓板的拉接破壞而成片向外倒塌，樓板隨之墜落。汶川地震中，許多學(xué)校的教學(xué)樓，為滿足大空間的要求，采取了取消橫墻以鋼筋混凝土梁代之，地震時外縱墻向外倒塌，樓板墜落釀成大禍。因此砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)形式。
    汶川地震中砌體結(jié)構(gòu)的震害還表現(xiàn)在：預(yù)制板樓板的坍塌，房屋兩端、轉(zhuǎn)角、樓梯間的破壞，附屬結(jié)構(gòu)的破壞等。
    砌體結(jié)構(gòu)的震害比較突出，但抗震設(shè)防的實踐也告訴我們，通過抗震設(shè)計，使砌體結(jié)構(gòu)在8度區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)中等以上的破壞、在10度區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)倒塌的目標(biāo)是可以實現(xiàn)的。
    框架抗震，合理設(shè)計至關(guān)重要
    鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋是我國工業(yè)與民用建筑較常用的結(jié)構(gòu)形式。歷次大地震震害調(diào)查分析表明，框架結(jié)構(gòu)房屋的震害比砌體結(jié)構(gòu)房屋要輕得多。但是如果設(shè)計不合理，框架結(jié)構(gòu)在地震中遭遇震害的情況，亦屢見不鮮。
    能造成建筑物破壞的強震持續(xù)作用時間段內(nèi)，一次接一次的強脈沖會對建筑物形成多次往復(fù)式?jīng)_擊，造成積累式破壞，當(dāng)建筑物僅有一道抗震防線時，這道防線一旦被破壞，持續(xù)地震就會使建筑物倒塌。汶川地震不少倒塌的教學(xué)樓中有許多采用的就是單跨框架結(jié)構(gòu)，單跨框架只有一道抗震防線，在8級特大地震時容易倒塌。地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計成延性框架，遵守“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、強節(jié)點、強錨固等設(shè)計原則。框架柱的截面不宜過小，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)側(cè)移變形及軸壓比的要求?！皬娭趿骸本褪且龑?dǎo)框架結(jié)構(gòu)發(fā)生合理的失效機制，形成梁鉸側(cè)移機構(gòu)，保證框架柱足夠的豎向承載能力而免于倒塌。“強剪弱彎”是要求框架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件發(fā)生延性的彎曲破壞，避免脆性的剪切破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的節(jié)點是框架梁柱的公共部分，節(jié)點的失效意味著與之相連的梁和柱同時失效，而且節(jié)點破壞后修復(fù)也比較困難。因此節(jié)點合理的抗震設(shè)計原則是，在梁柱構(gòu)件達(dá)到極限承載力之前不應(yīng)發(fā)生破壞。汶川地震的震害中仍可發(fā)現(xiàn)較多的節(jié)點破壞問題。
    從汶川地震中可以發(fā)現(xiàn)一些框架結(jié)構(gòu)房屋的側(cè)移較大，甚至倒塌，主要原因可能是框架梁柱截面偏小，縱筋配筋率以及箍筋配箍率偏低，不能將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計成延性框架。
    建筑結(jié)構(gòu)抗震分析方面，不能充分考慮的影響因素還比較多，工程抗震問題不可能完全依靠計算解決。因此在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先就應(yīng)該從抗震的概念設(shè)計著手。建筑抗震概念設(shè)計的主要內(nèi)容包括，建筑物的場地選擇，建筑物的平立面布置，建筑物的結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置，設(shè)置多道抗震防線和確保建筑結(jié)構(gòu)的整體性等。




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