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前事不忘，后事之师――从汶川大地震浅谈建筑物抗震设防

作者：中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-23 10:02:22 [收藏]


    汶川大地震给土木工程技术人员上了沉重的一课，土木工程师应该最大限度地吸取以数万人生命和巨大财产损失为代价换来的经验与教训，努力在今后的工程建设中防止或减轻建筑物由于地震所造成的破坏，这是不可推卸的责任和历史使命。
    减轻震害，抗震设防标准是关键
    目前地震发生的短期预测是一个世界性难题，因此抗震设防显得格外必要。我国的《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）明确提出了建筑抗震设防的目标，就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。依据我国目前的抗震设防标准，抗震设防烈度一般采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度。除基本烈度外，还有众值烈度和罕遇烈度，众值烈度相应于上述的小震，罕遇烈度相应于上述的大震。
    汶川地区的抗震设防烈度为7度，理论上所能抵御的大震不倒的罕遇烈度约为8度，而这次地震烈度在一些地区已经达到了10度～11度，因此即使按照当地设防标准进行了抗震设防，房屋倒塌仍是可能的。
    砌体震害突出，抗震设防须认真对待
    砌体房屋是我国居住、办公、学校和医院等建筑中普遍采用的一种结构形式。由于砌体是脆性材料，砌体结构房屋抗震性能相对比较低。1976年的唐山大地震中，整体性差的砖、石砌体建筑大面积倒塌，此后抗震设防中一直强调采用构造柱和圈梁提高砌体结构的整体性，但汶川地震中仍可发现大量不设构造柱和圈梁的砖混建筑，大面积倒塌的悲剧再次上演。而一些设置了圈梁和构造柱的砖混结构经受住了8级特大地震的考验。
    纵横墙的连接破坏也是砌体结构中常见的震害。如果纵横墙之间在施工时不能很好地咬槎，连接就比较差。在两个方向的水平地震力作用下，纵横墙连接处受力复杂，应力集中，往往会出现竖向裂缝，纵墙会大面积甩落。汶川地震中该类震害仍比较突出。对于纵墙承重的砌体结构，楼板的侧边一般不嵌入横墙内，因此大部分横向地震作用要通过纵墙经由纵横墙交接面再传给横墙。地震作用下，外纵墙很容易发生与横墙以及楼板的拉接破坏而成片向外倒塌，楼板随之坠落。汶川地震中，许多学校的教学楼，为满足大空间的要求，采取了取消横墙以钢筋混凝土梁代之，地震时外纵墙向外倒塌，楼板坠落酿成大祸。因此砌体结构设计时，应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构形式。
    汶川地震中砌体结构的震害还表现在：预制板楼板的坍塌，房屋两端、转角、楼梯间的破坏，附属结构的破坏等。
    砌体结构的震害比较突出，但抗震设防的实践也告诉我们，通过抗震设计，使砌体结构在8度区内不出现中等以上的破坏、在10度区内不出现倒塌的目标是可以实现的。
    框架抗震，合理设计至关重要
    钢筋混凝土框架结构房屋是我国工业与民用建筑较常用的结构形式。历次大地震震害调查分析表明，框架结构房屋的震害比砌体结构房屋要轻得多。但是如果设计不合理，框架结构在地震中遭遇震害的情况，亦屡见不鲜。
    能造成建筑物破坏的强震持续作用时间段内，一次接一次的强脉冲会对建筑物形成多次往复式冲击，造成积累式破坏，当建筑物仅有一道抗震防线时，这道防线一旦被破坏，持续地震就会使建筑物倒塌。汶川地震不少倒塌的教学楼中有许多采用的就是单跨框架结构，单跨框架只有一道抗震防线，在8级特大地震时容易倒塌。地震区的框架结构，应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、强节点、强锚固等设计原则。框架柱的截面不宜过小，应满足结构侧移变形及轴压比的要求。“强柱弱梁”就是要引导框架结构发生合理的失效机制，形成梁铰侧移机构，保证框架柱足够的竖向承载能力而免于倒塌。“强剪弱弯”是要求框架结构的梁柱构件发生延性的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏。框架结构的节点是框架梁柱的公共部分，节点的失效意味着与之相连的梁和柱同时失效，而且节点破坏后修复也比较困难。因此节点合理的抗震设计原则是，在梁柱构件达到极限承载力之前不应发生破坏。汶川地震的震害中仍可发现较多的节点破坏问题。
    从汶川地震中可以发现一些框架结构房屋的侧移较大，甚至倒塌，主要原因可能是框架梁柱截面偏小，纵筋配筋率以及箍筋配箍率偏低，不能将框架结构设计成延性框架。
    建筑结构抗震分析方面，不能充分考虑的影响因素还比较多，工程抗震问题不可能完全依靠计算解决。因此在进行建筑结构设计时，首先就应该从抗震的概念设计着手。建筑抗震概念设计的主要内容包括，建筑物的场地选择，建筑物的平立面布置，建筑物的结构选型与结构布置，设置多道抗震防线和确保建筑结构的整体性等。




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