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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防

作者：鋼結構網    
時間：2009-12-23 10:02:22 [收藏]


    汶川大地震給土木工程技術人員上了沉重的一課，土木工程師應該最大限度地吸取以數萬人生命和巨大財產損失為代價換來的經驗與教訓，努力在今后的工程建設中防止或減輕建筑物由于地震所造成的破壞，這是不可推卸的責任和歷史使命。
    減輕震害，抗震設防標準是關鍵
    目前地震發生的短期預測是一個世界性難題，因此抗震設防顯得格外必要。我國的《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001）明確提出了建筑抗震設防的目標，就是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。依據我國目前的抗震設防標準，抗震設防烈度一般采用國家地震局頒發的地震烈度區劃圖中規定的基本烈度。除基本烈度外，還有眾值烈度和罕遇烈度，眾值烈度相應于上述的小震，罕遇烈度相應于上述的大震。
    汶川地區的抗震設防烈度為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已經達到了10度～11度，因此即使按照當地設防標準進行了抗震設防，房屋倒塌仍是可能的。
    砌體震害突出，抗震設防須認真對待
    砌體房屋是我國居住、辦公、學校和醫院等建筑中普遍采用的一種結構形式。由于砌體是脆性材料，砌體結構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，此后抗震設防中一直強調采用構造柱和圈梁提高砌體結構的整體性，但汶川地震中仍可發現大量不設構造柱和圈梁的磚混建筑，大面積倒塌的悲劇再次上演。而一些設置了圈梁和構造柱的磚混結構經受住了8級特大地震的考驗。
    縱橫墻的連接破壞也是砌體結構中常見的震害。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雜，應力集中，往往會出現豎向裂縫，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構，樓板的側邊一般不嵌入橫墻內，因此大部分橫向地震作用要通過縱墻經由縱橫墻交接面再傳給橫墻。地震作用下，外縱墻很容易發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，許多學校的教學樓，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。因此砌體結構設計時，應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構形式。
    汶川地震中砌體結構的震害還表現在：預制板樓板的坍塌，房屋兩端、轉角、樓梯間的破壞，附屬結構的破壞等。
    砌體結構的震害比較突出，但抗震設防的實踐也告訴我們，通過抗震設計，使砌體結構在8度區內不出現中等以上的破壞、在10度區內不出現倒塌的目標是可以實現的。
    框架抗震，合理設計至關重要
    鋼筋混凝土框架結構房屋是我國工業與民用建筑較常用的結構形式。歷次大地震震害調查分析表明，框架結構房屋的震害比砌體結構房屋要輕得多。但是如果設計不合理，框架結構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作用時間段內，一次接一次的強脈沖會對建筑物形成多次往復式沖擊，造成積累式破壞，當建筑物僅有一道抗震防線時，這道防線一旦被破壞，持續地震就會使建筑物倒塌。汶川地震不少倒塌的教學樓中有許多采用的就是單跨框架結構，單跨框架只有一道抗震防線，在8級特大地震時容易倒塌。地震區的框架結構，應設計成延性框架，遵守“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、強節點、強錨固等設計原則。框架柱的截面不宜過小，應滿足結構側移變形及軸壓比的要求。“強柱弱梁”就是要引導框架結構發生合理的失效機制，形成梁鉸側移機構，保證框架柱足夠的豎向承載能力而免于倒塌。“強剪弱彎”是要求框架結構的梁柱構件發生延性的彎曲破壞，避免脆性的剪切破壞。框架結構的節點是框架梁柱的公共部分，節點的失效意味著與之相連的梁和柱同時失效，而且節點破壞后修復也比較困難。因此節點合理的抗震設計原則是，在梁柱構件達到極限承載力之前不應發生破壞。汶川地震的震害中仍可發現較多的節點破壞問題。
    從汶川地震中可以發現一些框架結構房屋的側移較大，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，不能將框架結構設計成延性框架。
    建筑結構抗震分析方面，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。因此在進行建筑結構設計時，首先就應該從抗震的概念設計著手。建筑抗震概念設計的主要內容包括，建筑物的場地選擇，建筑物的平立面布置，建筑物的結構選型與結構布置，設置多道抗震防線和確保建筑結構的整體性等。




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