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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(wǎng)    
時(shí)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，土木工程師應該最大限度地吸取以數萬(wàn)人生命和巨大財產(chǎn)損失為代價(jià)換來(lái)的經(jīng)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(guān)鍵
    目前地震發(fā)生的短期預測是一個(gè)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(fā)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(jīng)達到了10度～11度，因此即使按照當地設防標準進(jìn)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(xué)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(fā)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(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構中常見(jiàn)的震害。如果縱橫墻之間在施工時(shí)不能很好地咬槎，連接就比較差。在兩個(gè)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(huì )出現豎向裂縫，縱墻會(huì )大面積甩落。汶川地震中該類(lèi)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(guò)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(mǎn)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(shí)外縱墻向外倒塌，樓板墜落釀成大禍。因此砌體結構設計時(shí)，應優(yōu)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(shí)踐也告訴我們，通過(guò)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(shí)現的。
    框架抗震，合理設計至關(guān)重要
    鋼筋混凝土框架結構房屋是我國工業(yè)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(jiàn)不鮮。
    能造成建筑物破壞的強震持續作用時(shí)間段內，一次接一次的強脈沖會(huì )對建筑物形成多次往復式?jīng)_擊，造成積累式破壞，當建筑物僅有一道抗震防線(xiàn)時(shí)，這道防線(xiàn)一旦被破壞，持續地震就會(huì )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構，單跨框架只有一道抗震防線(xiàn)，在8級特大地震時(shí)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(diǎn)、強錨固等設計原則?？蚣苤慕孛娌灰诉^(guò)小，應滿(mǎn)足結構側移變形及軸壓比的要求?！皬娭趿骸本褪且龑Э蚣芙Y構發(fā)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?！皬娂羧鯊潯笔且罂蚣芙Y構的梁柱構件發(fā)生延性的彎曲破壞，避免脆性的剪切破壞?？蚣芙Y構的節點(diǎn)是框架梁柱的公共部分，節點(diǎn)的失效意味著(zhù)與之相連的梁和柱同時(shí)失效，而且節點(diǎn)破壞后修復也比較困難。因此節點(diǎn)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(fā)生破壞。汶川地震的震害中仍可發(fā)現較多的節點(diǎn)破壞問(wèn)題。
    從汶川地震中可以發(fā)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(wèn)題不可能完全依靠計算解決。因此在進(jìn)行建筑結構設計時(shí)，首先就應該從抗震的概念設計著(zhù)手。建筑抗震概念設計的主要內容包括，建筑物的場(chǎng)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(xiàn)和確保建筑結構的整體性等。




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