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汶川大地震灾害引发建筑结构设计者的思考

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]



    特邀专家简介：冯远，中国建筑西南设计研究院有限公司总工程师，中国土木工程学会空间结构委员会副主任委员，全国工程建设标准设计专家委员会委员，建设部专家，中国中国建筑金属结构信息网协会专家。
    冯远：各位专家、各位同行大家好，我今天发言的题目是汶川地震引发建筑结构设计者的思考。汶川地震震惊世界，我们将永远铭记这一刻，我是来自地震区的结构设计工作者，亲历了这次大地震，地震发生以后，我们院立即组织技术人员到灾区进行进行建筑物各震害考察，由此引发了我们对现有的建筑结构设计、施工管理的一些思考，这些思考还不够深入，借今天大会的机会谈谈一些粗略的认识供大家参考。
    第一，现行设计能实现强柱弱梁吗？这个是一个六层的框架结构，上面是完好的，主要的破坏是在柱，上下都出现了破坏，我们可以看到，这个这个混凝土已经破碎，但是梁非常的好，从这个五层的建筑来看，他发生了明显的侧移，他也是柱端的破坏，这个也是出现了明显的侧移，这也是一个柱出现破坏的情况，可以看到这个柱子的中心已经严重的压曲。从大量的图片我们可以看到，都是出现了强梁弱柱的情况，没有看见我们所希望的强柱弱梁的现象，因此我们建议，第一所有的框架梁祝的节点都应该按照实际的承载的弯矩和柱的比例，并且考虑现浇板、梁双筋、设计配筋的影响，考虑竖向地震影响，加强柱轴压比的控制，提高底层框架柱的抗弯抗剪的能力，提高抗剪能力，建议框架柱加密区箍筋采用螺旋或焊接封闭箍，限用单拉钩。
    第二，如何考虑框架、框剪结构中填充墙对整体结构的刚度贡献，这是底层的破坏情况，大家可以看到，破坏的非常惨烈，柱子已经完成断了，这也是同样的，上部也是一个框架结构，上面是有一个密集的空心砖的砌体，而且是一个粗矿的大开间，这是底部的一个破坏情况。这个是一个斜的楼，从背后可以看到，这个同样的底部是一个车库，这样就使这里成为一个薄弱层，这个楼的上部是六十平米的小户型，由此可见，他上面的墙非常密集，底部几乎没有墙体，所以可以看到，上面的墙体几乎是完好的，没有什么裂缝。由此可以看到，填充隔墙布置不当引起框架结构的严重破坏，目前规范和现有计算手段无法量化分析填充隔墙对结构刚度的影响，尤其对于当隔墙不织布军运所造成的对整体结构的上下刚度、水平刚度不均匀性缺乏定量计算。这是一个非常重要的问题，我们必须陈阵考虑，否则在今后的地震中类似的悲剧还会发生。
    第三，怎样合理设计框架，框剪结构中的填充墙。怎么样选择材料和怎么样考虑构造呢，我们首先看看填充墙有利的一面，这个整个结构是比较好的，应该说没有什么损，所以这个隔墙保全了我们的结构，这是有利的一面，再看看不利的一面，我们可以看到，这个隔墙引起了结构构件的损坏，这是在我们的实际生活中比比皆是的情况，由于隔墙的设置导致了破坏，这是一个非常有意思的例子，这是一个大学里面的学生公寓，他们修了十六个楼，前八个楼是这样的情况，后面的楼是这样的情况，这两个楼有什么区别呢，我们可以看见，这个屋子是一个活动室，上面的图片是四角设置了八个主子，而后面的楼是把这些柱子取消了。我们刚才看见了隔墙，填充隔墙对我们结构构件的破坏，再看看他自身的破坏，这是一个外墙的情况，这个是典型的剪形破坏，这些照片都是他的破坏形态，这次的填充墙的破坏非常的严重，这些破坏都会造成人员的伤亡，这是地下的瓦砾，都是上面掉下来的，这些会砸死多少人。这是楼梯间的情况，我们很注意他的隔墙的安全性，从图片上可以看到，这个瓦砾已经把楼梯间堵塞，这个破坏非常的严重，如果所有的逃生的人从这里通过的时候，那这个隔墙的倒塌就使这些人房子不把他砸死，也会被隔墙伤害。所以我们特别要注意，今后设计中一定要注意，作为楼梯间的隔墙的设计，我们建议，楼梯间的隔墙最好，有条件做混凝土否则的话，应该做全场的钢筋拉通，并且做钢筋网的四面。我们小节一下，填充墙的连接如果按照有利的考虑，有耗能的作用，不利是刚度参与整体工作不明确，对结构构件造成破坏，对自身也造成破坏。轻质强板也许是高层、超高层建筑的选择，重视作为重要逃生通道的隔墙围墙稳定性。
    第四，建议提高竖向构建的最低配筋水准，现在市场经济中，房地产商的项目都有一个在合同中签署的最低配筋率，这样就不得不要求我们设计院在设计的过程中，追求最低含钢率，否则我们的市场准入就有困难，生存也有困难，由于我们要最小最低的含钢率，导致很多的建筑仅仅是满足最低标准，我们想象一下各项最低标准的叠加就导致安全度低，并且加上我们现在施工是低价竞标，这样的建筑物就会出现能力不足的可能性，所以我们建议规范提高最小配筋标准，以能保证设防区的结构有一定的安全度。但是我们看见，这个柱子的箍筋为什么出现这样的情况，这个底下有一个拉钩，这个柱子的外面可能会减小，这个图可以看到，这个箍筋被拉出来了，这两个面可以看到，这个钢筋是梁的钢筋，是一个施工的错误，本来梁的钢筋是应该放在柱子里面，但是现在施工的错误导致放在梁的外面，我们看到梁是很完好的，正好限制了柱子的外部，再看这个图，这个箍筋是很强的，而且这个箍筋里面还设置了一道，但是他太细了。我们也可以看到，如果我们的箍筋再强一点，是不是我们的节点会更强一点。成都这次结构的损害不是很严重，主要的损害是隔墙上，大量的隔墙出现了破坏，这个给修补带来很大的难度，现在成都的市容市貌也不允许大面积的搭架子修复外墙，这就给我们带来了一个问题。
    第六，加强框架结构的强度和延性，这个图是一个学校的，两层的框架结构的破坏严重比三层的砖混还要严重，这是两层的框架结构，里面是一个保龄球馆，可以看到柱子的损害很严重，楼梯的损害也很严重，这是一个三层的再建的框架结构，里面也出现了很多的柱子的破坏，这是空旷的框架结构，这个损害的也很严重。所以我们感觉要加强框架结构的强度和延性，建议要设置支撑等一些措施。
    第七，设计规范中缺少中震大震的量化计算，对于中震可修、大震不倒的设防目标，设计中缺少量化分析，对状态目标不清楚，震害显示竖向构件强度水准和延性水准不够。加强性能化设计。
    第八，楼梯破坏，这次的楼梯破坏很严重，很多的专家也看到了，很多的楼梯断成了几截，主要是出现在框架结构，在砖混结构中的楼梯破坏是不太多的。我们分析楼梯的破坏主要是充当了支撑的角色，承受了很大的拉压力，使这些楼梯全部拉断。这是一个楼梯的很严重的破坏情况，这个梯梁已经下移了，不仅自身破坏了，而且导致了中间的整个损害，所以这个平台板都耷拉下来了。
    第九，用户二次装修造成了结构抗震能力降低，用户装修的时候使承重墙体改变，导致了抗震能力的降低，我们可以看看，这是两个一模一样的楼，左边这个是完好的，右边是有局部的坍塌和整体的坍塌，我们各自取了一个相同的单元做比较，左边完好的我们可以看到，承重墙没有改变，而右边的这个二层下面是一个大的洞，相邻的一模一样的两个单元，左边的可以看到，所有的门头都是连续的，没有改变，我们从这里可以看到，我们的重墙则完全拆除了，我们看到这个是二层破坏很严重，而不是一层，就是因为二层的装修，他拆除更改了了承重墙，这个可以看到，重墙的拆除是很普遍的，这个楼是下面塌了一层楼，最初的原貌是这样，可以看到，超过60%的人家都是把这个重墙拆除了，只剩下里面的一个重墙，这样的房子能够抵抗震力吗？现在住房私有化以后，大家都要进行装修，这个不能怪大家，他们不知道装修会造成抗震能力的减弱我们的政府有责任对他们进行树立这样的意识，而且应该对装修进行监管。
    第十，抗震缝的问题。
    十一，建筑材料、施工管理的问题，上午已经讲了，这里不说了。
    这个我们不得不提一下五十年代的房子，这个楼板是很小的板，没有构造柱也没有圈梁，但是他也没有一条裂缝，这个就是施工质量好，这个里面的人告诉我们，他在里面很安全，周围的楼坏的一塌糊涂，所以施工质量好也是很重要的。
    十二，农民自建房的抗震问题，这个房子的没有构造柱的，农民的建房这次地震中大量的倒塌，是因为农民的房子都是自己和亲戚们一起完成的，所以我们应该对农村建筑进行标准化的工作，对农村建筑进行监管，政府要加强监管力度，并且对农民进行抗震意识的教育。这样他们在建房的时候，才能重视抗震。
    十三，我们院设置了构造柱和圈梁的教学楼屹立在强震区，地震的时候整个楼随着地坪上升了两米，后来又慢慢的下来了，但是我们这个楼最大的裂缝只有这么大，现在完全可以正常使用。可以看见，这个楼有一点损害，这个楼不仅是抬高，而且是平移，整个的地坪往这边已经错进去了，在整个断裂带的中部，还发生了一个挤压。
    十四，抗震墙连梁的破坏。
    十五，设计不当造成柱的破坏，这是一个大学的教学楼，这个楼是由于前面一个小小的附属物，导致了两根柱子的破坏，其它都是完好的，这个附属物紧贴在柱子上，使这个柱成为了短柱，造成了这么严重的损害，我们的设计往往只注意重大的结构问题，而往往忽略了小的方面，所以提醒我们，任何小的问题都不能放松。
    这也是一个非常典型的例子，这个部位的两边楼板不在一个标高，这也是，这么的的梁配这么小的柱，这个柱当然会被破坏了。
    十六，重视角柱，加腋梁柱的抗震设计。
    十七，竖向地震不容忽视，我是亲历了这次的地震，首先感到的是竖向的振动，然后才是横向的振动，从灾害的现象来看也有竖向的振动，我们可以看到，底下没有出现什么问题，但是到了顶层就看到一个水平的裂缝，这就是竖向的振动，这是几个竖向地震的震害情况。
    十八，重视突出屋面构件的抗震设计，我们可以看到，这是汉旺镇的，这些附属物的倒塌是造成了非常大的危害，这是著名的道教圣地，青城山的山峦，本来也四个小塔，现在只有两个了，这是江油的广播电视中心，这是上面的一个铁塔，这个铁塔本身地震的时候没有什么问题，但是支撑他的这个柱，就是底层有四根柱子支撑这个塔，这个柱子出现了问题，由此可见，这些突出屋面的边角效应是非常严重的。
    十九，底框结果的震害，我们可以看这些图。
    二十，砖混结构的震害，这个楼一共有十二个单元，我们也可以看到地震的方向性问题，这个是一户人家的震害，门不用开，我们就钻进来了，还是蛮危险的，你可以看，这是混墙的破坏，也是一个非常典型的剪切体的破坏。这个人家是斜字的裂缝，他的纵横墙都有破坏，而且破坏的很严重。这是一个教学楼，是一个八字型的楼，这个楼的裂缝很有意思，左边的楼发生的剪切破坏形态，右边的横向发生了剪切破坏，所以我们感觉地震的方向性在这里是有体现的，这是江油一个学校的宿舍，这个表面没有什么问题，我们可以看到，外墙基本没有了，都是窗户，承重的只有里面的两个墙，所以都发生了剪切破坏。这个也是我们刚才说的二次装修引起的损害。这是一个别墅，在这个区里面，他修了十栋这样的别墅，只有这个破坏最严重，他对面不到五米的别墅基本是完好的，这个别墅的内墙基本破坏了，外面也是的，整个地基也有下沉，他的左邻右舍都没有什么问题，只有这个楼损害很严重，这个也是刚才大家已经看见过的单元，这个楼有局部的坍塌，我们认为局部的坍塌是导致了连续的坍塌。这个楼是一个教学楼，这个楼我们可以看到地震的方向性问题。
    二十一，圈梁、构造柱在砖混结构中的作用。这一个小小的圈梁可以把楼板支撑住，让大家逃生，这个楼里面可以看到，没有构造柱，就这个圈梁使他没有坍塌。
    二十二，设备管线削弱墙体，这个墙壁由于密集设置的管线导致了墙壁的削弱，尤其楼梯间的管线导致了墙体的坍塌，所以这个在我们以后的设计应该要重视这一点。
    二十三、弧形墙的震害。
    二十四，外之装饰的脱落、围墙的倒塌，我想介绍一下这个图片，这是一个大学的图书馆的构架，整个大学只死了一位同学，就是被这个构架砸死的。这是一个宾馆的围墙，这个路里面有一个小区。可以想象每天从这里走有多么的危险。
    二十五，大震后应将各震区的PGA值尽早的公布。
    二十六，合理制订城市设防标准。现在我们老百姓买房子法国知情权，他不知道他的房子投入中的比例有多少是用在房屋结构的，他买房子只看宣传资料，并不知道这个房屋到底性能是怎么样的。
    我们可以看到，我们到江油去，那是一个很小的城市，我们到他们家去，可以看到他们家装修的很漂亮，但是他们损害的很严重，现在我们了解到，很多人家的装修费用和购房的费用差不多，我们的老百姓很热爱生活，他们不知道应该把自己的钱投到哪里，他们不知道宝马和夏利的区别，我们有责任，应该给他们提供高品质的结构，我们提议要提高我们的抗震设防标准，这也是一个江油的房子，建筑非常的怪，所以破坏也很严重，这种豪华的装修所占的费用是非常大的。
    最后我们介绍这个人家，他们告诉我们，他们家的装修费和他们买房子的费用是一样的，但是这个房子是整个不能用了，所以由此可见是多么可惜。
    最后我们介绍一下我们在灾区设计的建筑震害的情况，我们整个楼只掉了两块面砖，这个应该是施工的问题，这是德阳体育馆，灾后做了一个避难所。
    老百姓无条件的把生命交给了建设者，我们任重道远。谢谢。


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