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关于汶川地震中建筑损毁的思考
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内容提示：通过对汶川地震中大量建筑损毁的实地调查,分析建筑物破坏的原因,从建筑抗震设防分类和抗震设防目标、建筑抗震概念设计、非结构构件破坏三个主要方面进行了初步分析,以期供灾后重建中借鉴。
0 引 言
汶川5·12特大地震是我国建国以来最大的一次自然灾害,影响范围之大、余震持续时间之长、引发次生灾害之大、造成的财产损失之巨大,都是前所未有的。本文结合笔者前往汶川、理县抗震救灾经历,对地震中建筑损毁进行了初步分析,以期供灾后重建中借鉴。（参考《建筑中文网》）
1 建筑抗震设防分类和抗震设防目标
我国GB50011-2001《建筑抗震设计规范》将建筑物根据其使用功能的重要性分为甲乙丙丁4个抗震设防类别,如乙类建筑为地震时使用功能不能中断或需很快恢复的建筑。可见规范在抗震设防分类时没有重点考虑人员生命安全这一因素,然而汶川地震中,不少教学楼、医院建筑出现严重损毁造成了较大的人员伤亡,同时此类建筑也是灾后迅速恢复生产生活的基础。因此本文作者认为,在抗震设防分类时,应考虑人员生命安全保障这一因素,提高学校、医院、大型商业中心等建筑的抗震设防类别。
我国规范采用三水准抗震设防目标,其中大震不倒要求:当遭受50年内超越概率2%~3%(重现期约2000年)高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震时,结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。通过此次特大地震的惨痛教训,本文作者认为:一方面应研究适当提高罕遇地震重现期(如新西兰规范中第三水准对应重现期为5000年);另一方面,汶川地震中大量脆性结构相对破坏严重,正如文献[1得到的结论:我国规范由于实质对所有结构采用了同一的性能系数q(q约等于3)[1],其结果是使脆性结构抗震可靠度偏小,延性结构抗震可靠度偏大,很难做到不同类型结构抗震可靠度的统一,因此应研究适当提高脆性结构可靠度水平。
2 建筑抗震概念设计
由于地震及地面运动的不确定性,加之人们对地震作用下结构所受复杂影响的认识尚不深入,同时现行设计计算理论建立在一系列简化前提和假定的基础上,未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,因此,工程抗震不但要通过“计算设计”解决,而且要立足于工程抗震基本理论和工程抗震经验总结的建筑抗震概念设计。概念设计强调房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等诸多方面,分析理县、汶川房屋破坏情况,本文作者认为,今后应在以下几个方面加强建筑抗震概念设计。
(1)应根据工程需要,掌握地震活动情况,熟悉工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段,应提出避开要求。图1所示为理县某单层建筑因非岩质陡坡失稳造成房屋破坏。
图1 理县某建筑因边坡失稳破坏
(2)对于结构的薄弱部位应予以加强,如楼梯间、砖混结构的窗间墙、框架梁柱节点,尤其是沿高度方向结构刚度的突变处。此次地震中不少房屋突出屋面的屋顶间由于刚度和质量的突变造成严重破坏,甚至倒塌造成人员伤亡,图2所示为汶川某建筑突出屋面部分在地震中严重破坏。
图2 汶川某建筑突出屋面部分破坏
(3)结构体系应具有明确的计算简图,结构形式应简单明确、具有良好的整体性。理县损毁建筑中有不少是由于结构体系混乱造成的:一方面,由于建筑平面布置大厅、大会议室等大空间的需要,形成局部框架、局部砖混的结构形式,地震作用下,由于两种结构体系具有迥然不同的动力特性而造成变形不协调,形成较严重的破坏;另一方面,由于建筑底层大空间布置的需要,简单的由钢筋混凝土柱取代承重砖墙,结构中不完备的设置框架梁无法形成框架结构。此类结构形式普遍表现为仅考虑竖向静力荷载,未考虑水平动力作用。
(4)应合理设置防震缝。规范对防震缝宽度有严格规定,如框架结构房屋当高度不超过15m时,可采用70mm,超过15m时,6度,7度,8度、9度相应每增加高度5m,4m,3m,2m,宜加宽20mm。
同时,地震区建筑所设伸缩缝、沉降缝也应执行抗震缝相关要求。此次地震中,两县均有房屋因设缝宽度不够、抗撞措施不足造成破坏,如图3,4所示。
图3 汶川某建筑防震缝处破坏
图4 理县某建筑防震缝处破坏
(5)砖混结构中,构造柱与各层圈梁一起形成砌体墙的边框,可以提高墙体平面外的稳定性。汶川地震中,脆性结构破坏严重很大程度在于未合理设置构造柱与圈梁,如图5,6所示。
3 非结构构件破坏
汶川、理县建筑物震害结果显示,建筑物普遍存在非结构构件破坏,尤其表现在两个方面:一是栏杆、女儿墙等附属物的破坏,如图7,8所示;二是框架填充墙的破坏。
图7 汶川某教学楼女儿墙倒塌
图8 汶川某办公楼栏板破坏
框架填充墙的破坏主要表现为两种形式:一是框架梁与填充墙结合处由于施工工艺不当造成变形不协调产生裂缝,如图9所示;二是填充墙出现45度的交叉斜裂缝,如图10所示。
图9 理县某框架结构填充墙破坏
图10 汶川某框架结构填充墙破坏
试验研究与工程震害都证实,填充墙框架结构的力学性能不同与相应的空框架结构,然而目前仍没有被人们普遍接受的设计方法,现行规范定义砌体填充墙为非结构构件,在工程设计中,按照框架填充墙数量的多少来确定周期折减系数,通过适度增加地震作用来解决这个问题,显得过于简单化。因此有必要对填充墙框架结构进行专门研究,以便更好的服务于实际工程。
4 结 语
通过汶川地震后理县、汶川两地建筑物损毁实地调查、分析,本文作者建议如下:
(1)提高学校、医院、大型商业中心等建筑的抗震设防类别,适当提高脆性结构可靠度水平。
(2)结构抗震设计中,进一步加强概念设计。
(3)加强附属结构与主体结构的连接,进一步研究填充墙框架结构抗震性能并应指导设计。
参考文献:
[1] 范力,赵斌,吕西林.欧洲规范8与中国抗震设计规范关于抗震设防目标和地震作用的比较[J].结构工程师,2006,(6):59-63.
[2] GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].
[3] 杨嫒,白绍良.从各国规范对比看我国抗震设计安全水准评价中的有关问题[J].重庆建筑大学学报(增刊),2000,22(5):192-200. 来源: 《建筑中文网》.
汶川5·12特大地震是我国建国以来最大的一次自然灾害,影响范围之大、余震持续时间之长、引发次生灾害之大、造成的财产损失之巨大,都是前所未有的。本文结合笔者前往汶川、理县抗震救灾经历,对地震中建筑损毁进行了初步分析,以期供灾后重建中借鉴。（参考《建筑中文网》）
1 建筑抗震设防分类和抗震设防目标
我国GB50011-2001《建筑抗震设计规范》将建筑物根据其使用功能的重要性分为甲乙丙丁4个抗震设防类别,如乙类建筑为地震时使用功能不能中断或需很快恢复的建筑。可见规范在抗震设防分类时没有重点考虑人员生命安全这一因素,然而汶川地震中,不少教学楼、医院建筑出现严重损毁造成了较大的人员伤亡,同时此类建筑也是灾后迅速恢复生产生活的基础。因此本文作者认为,在抗震设防分类时,应考虑人员生命安全保障这一因素,提高学校、医院、大型商业中心等建筑的抗震设防类别。
我国规范采用三水准抗震设防目标,其中大震不倒要求:当遭受50年内超越概率2%~3%(重现期约2000年)高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震时,结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。通过此次特大地震的惨痛教训,本文作者认为:一方面应研究适当提高罕遇地震重现期(如新西兰规范中第三水准对应重现期为5000年);另一方面,汶川地震中大量脆性结构相对破坏严重,正如文献[1得到的结论:我国规范由于实质对所有结构采用了同一的性能系数q(q约等于3)[1],其结果是使脆性结构抗震可靠度偏小,延性结构抗震可靠度偏大,很难做到不同类型结构抗震可靠度的统一,因此应研究适当提高脆性结构可靠度水平。
2 建筑抗震概念设计
由于地震及地面运动的不确定性,加之人们对地震作用下结构所受复杂影响的认识尚不深入,同时现行设计计算理论建立在一系列简化前提和假定的基础上,未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,因此,工程抗震不但要通过“计算设计”解决,而且要立足于工程抗震基本理论和工程抗震经验总结的建筑抗震概念设计。概念设计强调房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等诸多方面,分析理县、汶川房屋破坏情况,本文作者认为,今后应在以下几个方面加强建筑抗震概念设计。
(1)应根据工程需要,掌握地震活动情况,熟悉工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段,应提出避开要求。图1所示为理县某单层建筑因非岩质陡坡失稳造成房屋破坏。
图1 理县某建筑因边坡失稳破坏
(2)对于结构的薄弱部位应予以加强,如楼梯间、砖混结构的窗间墙、框架梁柱节点,尤其是沿高度方向结构刚度的突变处。此次地震中不少房屋突出屋面的屋顶间由于刚度和质量的突变造成严重破坏,甚至倒塌造成人员伤亡,图2所示为汶川某建筑突出屋面部分在地震中严重破坏。
图2 汶川某建筑突出屋面部分破坏
(3)结构体系应具有明确的计算简图,结构形式应简单明确、具有良好的整体性。理县损毁建筑中有不少是由于结构体系混乱造成的:一方面,由于建筑平面布置大厅、大会议室等大空间的需要,形成局部框架、局部砖混的结构形式,地震作用下,由于两种结构体系具有迥然不同的动力特性而造成变形不协调,形成较严重的破坏;另一方面,由于建筑底层大空间布置的需要,简单的由钢筋混凝土柱取代承重砖墙,结构中不完备的设置框架梁无法形成框架结构。此类结构形式普遍表现为仅考虑竖向静力荷载,未考虑水平动力作用。
(4)应合理设置防震缝。规范对防震缝宽度有严格规定,如框架结构房屋当高度不超过15m时,可采用70mm,超过15m时,6度,7度,8度、9度相应每增加高度5m,4m,3m,2m,宜加宽20mm。
同时,地震区建筑所设伸缩缝、沉降缝也应执行抗震缝相关要求。此次地震中,两县均有房屋因设缝宽度不够、抗撞措施不足造成破坏,如图3,4所示。
图3 汶川某建筑防震缝处破坏
图4 理县某建筑防震缝处破坏
(5)砖混结构中,构造柱与各层圈梁一起形成砌体墙的边框,可以提高墙体平面外的稳定性。汶川地震中,脆性结构破坏严重很大程度在于未合理设置构造柱与圈梁,如图5,6所示。
3 非结构构件破坏
汶川、理县建筑物震害结果显示,建筑物普遍存在非结构构件破坏,尤其表现在两个方面:一是栏杆、女儿墙等附属物的破坏,如图7,8所示;二是框架填充墙的破坏。
图7 汶川某教学楼女儿墙倒塌
图8 汶川某办公楼栏板破坏
框架填充墙的破坏主要表现为两种形式:一是框架梁与填充墙结合处由于施工工艺不当造成变形不协调产生裂缝,如图9所示;二是填充墙出现45度的交叉斜裂缝,如图10所示。
图9 理县某框架结构填充墙破坏
图10 汶川某框架结构填充墙破坏
试验研究与工程震害都证实,填充墙框架结构的力学性能不同与相应的空框架结构,然而目前仍没有被人们普遍接受的设计方法,现行规范定义砌体填充墙为非结构构件,在工程设计中,按照框架填充墙数量的多少来确定周期折减系数,通过适度增加地震作用来解决这个问题,显得过于简单化。因此有必要对填充墙框架结构进行专门研究,以便更好的服务于实际工程。
4 结 语
通过汶川地震后理县、汶川两地建筑物损毁实地调查、分析,本文作者建议如下:
(1)提高学校、医院、大型商业中心等建筑的抗震设防类别,适当提高脆性结构可靠度水平。
(2)结构抗震设计中,进一步加强概念设计。
(3)加强附属结构与主体结构的连接,进一步研究填充墙框架结构抗震性能并应指导设计。
参考文献:
[1] 范力,赵斌,吕西林.欧洲规范8与中国抗震设计规范关于抗震设防目标和地震作用的比较[J].结构工程师,2006,(6):59-63.
[2] GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].
[3] 杨嫒,白绍良.从各国规范对比看我国抗震设计安全水准评价中的有关问题[J].重庆建筑大学学报(增刊),2000,22(5):192-200. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14512.htm
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