汶川地震后建筑抗震設(shè)計(jì)的思考
劉雁寧
(山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西，太原 030006)
摘 要：本文首先對(duì)地震震區(qū)砌體結(jié)構(gòu)建筑、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑、鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌原因進(jìn)行了分析，對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)基本要求（建筑的規(guī)則性要求、結(jié)構(gòu)整體性要求、砌體結(jié)構(gòu)樓梯間設(shè)計(jì)要求、防震縫設(shè)置問題、結(jié)構(gòu)多道抗震防線要求）
進(jìn)行了討論，對(duì)我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂有參考意義。
關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；倒塌分析
中圖分類號(hào)：TU241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1976年唐山7.8級(jí)大地震造成直接經(jīng)濟(jì)損失120多億元，房屋倒塌6384萬m2；2008年汶川8.0級(jí)大地震直接經(jīng)濟(jì)損失超過一萬億元人民幣，房屋倒塌15578萬m2[1]。如此巨大損失的原因之一，是由于它們都發(fā)生在低烈度設(shè)防區(qū)，人們?nèi)狈Ψ勒鹨庾R(shí)，災(zāi)區(qū)大量的農(nóng)村住宅和城鎮(zhèn)20世紀(jì)80年代以前的房屋均沒考慮抗震設(shè)防，根本經(jīng)不起如此大的地震。
1.建筑結(jié)構(gòu)倒塌分析
通過對(duì)唐山、汶川地震的建筑震害相關(guān)資料的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的倒塌過程大體可分為兩類。第一類是建筑在豎向及水平地震作用和豎向荷載共同作用下，在地面運(yùn)動(dòng)的過程中發(fā)生倒塌；第二類是地震過程中部分豎向承重構(gòu)件破壞，地震后由于破壞構(gòu)件上部結(jié)構(gòu)不能繼續(xù)承受豎向荷載，而發(fā)生倒塌[2]。從倒塌的形式看可分為整體倒塌和局部破壞引起的連續(xù)倒塌兩類。
1.1砌體結(jié)構(gòu)建筑
砌體結(jié)構(gòu)建筑的砌筑材料多為脆性材料，抗震性能較差，在地震中破壞最為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在墻體大量開裂、倒塌，預(yù)制板脫落等方面，裂縫集中出現(xiàn)在門窗洞日和樓梯間等位置，裂縫多呈典型X形貫通縫。
1.2鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑在地震中的破壞方式集中表現(xiàn)在填充墻和維護(hù)結(jié)構(gòu)的大量開裂和坍塌，柱端及節(jié)點(diǎn)破壞也較為突出，大量框架結(jié)構(gòu)破壞呈現(xiàn)“強(qiáng)梁弱柱”機(jī)制。
1.3鋼結(jié)構(gòu)建筑
鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕、強(qiáng)度大，抵御地震能力強(qiáng)，輕微破壞主要發(fā)生在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合處等部分。
2抗震設(shè)計(jì)基本要求
2.1建筑的規(guī)則性要求
對(duì)于建筑方案的規(guī)則性，2008版《規(guī)范》做了補(bǔ)充規(guī)定:“建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門的研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案”。此規(guī)定為強(qiáng)制性條文，要求建筑師和結(jié)構(gòu)師嚴(yán)格執(zhí)行。
2.2結(jié)構(gòu)整體性要求
結(jié)構(gòu)的整體性除了與結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身強(qiáng)度有關(guān)之外，主要取決于構(gòu)件之間連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)�！兑�(guī)范》規(guī)定:對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，抗震設(shè)計(jì)應(yīng)做到“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯柱或采用配筋砌體；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)避免局部失穩(wěn)或整個(gè)構(gòu)件失穩(wěn)。本次修訂吸取漢川地震中大量預(yù)制空心板樓、屋蓋塌落造成人員傷亡的教訓(xùn)，特別強(qiáng)調(diào):“多、高層的混凝土樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板。當(dāng)采用混凝土預(yù)制裝配式樓、屋蓋，應(yīng)從樓蓋體系和構(gòu)造上采取措施確保各預(yù)制板之問連接的整體性”。
2.3防震縫設(shè)置問題
2008版《規(guī)范》規(guī)定，“抗震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差情況，留有足夠的寬度，其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開”。正確理解本條規(guī)定應(yīng)該是:建筑平、立面布置應(yīng)盡可能規(guī)則，盡量避免采用抗震縫；如果必須留的話，寬度應(yīng)該留夠。有的工程技術(shù)人員在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，往往碰到稍微不規(guī)則的結(jié)構(gòu)就留縫，留的縫又不夠?qū)�；還有是在施工中，澆搗混凝土后的抗震縫兩側(cè)的模板沒有拆除，或留下許多雜物堵塞，結(jié)果等于沒留，地震時(shí)必然導(dǎo)致縫兩側(cè)的構(gòu)件相互碰撞，嚴(yán)重的甚至引起連續(xù)倒塌[3]。
2.4結(jié)構(gòu)多道抗震防線要求
2001版《規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出了多道抗震防線的要求，對(duì)于在大震作用下結(jié)構(gòu)抗倒塌具有重要意義。該要求的目的在于，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到超過設(shè)防烈度的所謂“大震”作用時(shí)，作為第一道防線的某些構(gòu)件，如:框排架結(jié)構(gòu)的柱間支撐或柱子的翼墻、剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁等率先破壞，消耗了地震能量并改變了整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，從而減低了地震力，保護(hù)了作為第一道防線的構(gòu)件，如:框排架結(jié)構(gòu)的柱子剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體，它們的存在避免了結(jié)構(gòu)倒塌。砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱、圈梁除作為砌體的約束構(gòu)件可以提高墻體延性之外，也可視為第一道防線，在“大震”作用下，墻體可能嚴(yán)重破壞，但由于構(gòu)造柱和圈梁的存在不會(huì)倒塌[4]。
2.5砌體結(jié)構(gòu)樓梯間設(shè)計(jì)要求
樓梯間是建筑的出入口，也是地震時(shí)人群疏散的惟一通道。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量問題，可能使樓梯間倒塌破壞，造成嚴(yán)重傷亡和堵塞疏散通道，阻礙救生。由于樓梯間的山墻較高，鋼筋混凝土樓梯構(gòu)件的抗側(cè)剛度較大，而且梯段平臺(tái)與樓層存在錯(cuò)層，對(duì)山墻產(chǎn)生出平面的水平剪力，地震時(shí)最容易破壞。因此，對(duì)于樓梯間的抗震設(shè)計(jì)，2008版《規(guī)范》7.3.1條特別增加要求，“樓、電梯間四角，樓梯段上下端對(duì)應(yīng)的墻體處；外墻四角和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角；錯(cuò)層部位橫墻與外縱墻交接處，大房間內(nèi)外墻交接處，較大洞口兩側(cè)”要設(shè)置構(gòu)造柱；第7.3.8條要求，“裝配式樓梯段應(yīng)與平臺(tái)板的梁可靠連接；突出屋面的樓、電梯間，構(gòu)造柱應(yīng)伸到頂部，并與頂部圈梁連接，內(nèi)外墻交接處應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2φ6通長(zhǎng)拉接鋼筋”，這些都是保證樓梯間抗震安全的重要措施[5]。
3結(jié)束語(yǔ)
建筑抗震設(shè)計(jì)本質(zhì)上仍是一種經(jīng)驗(yàn)行為，因此，必須強(qiáng)調(diào)抗震概念設(shè)計(jì)和采用抗震措施在抗震設(shè)計(jì)中的重要性。合理的結(jié)構(gòu)選型、規(guī)則對(duì)稱的平立面布局、良好的構(gòu)件連接和整體性、加強(qiáng)的抗震構(gòu)造措施、嚴(yán)格的施工管理是提高建筑抗震能力的有效保障。另外，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修訂，其中，強(qiáng)柱弱梁理念的實(shí)現(xiàn)、建筑樓梯間和填充墻的設(shè)計(jì)、建筑規(guī)則性的把握、建筑場(chǎng)地勘查和選址、強(qiáng)化抗震措施要求等均是應(yīng)予重視的實(shí)際問題。
參考文獻(xiàn)
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[2] 張敏政.從汶川地震看抗震設(shè)防和抗震設(shè)計(jì)[J]. 土木工程學(xué)報(bào),2009,42(5):21-24.
[3] 王亞勇.汶川地震建筑震害啟示——三水準(zhǔn)設(shè)防和抗震設(shè)計(jì)基本要求[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2008,29(4): 26-33.
[4] 王亞勇.汶川地震建筑震害啟示——抗震概念設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2008,29(4):20-25.
[5] 王亞勇.概論汶川地震后我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的修訂[J].土木工程學(xué)報(bào),2009,42(5):1-12.

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