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        從5.12汶川地震名山縣震后災(zāi)情調(diào)查淺談抗震設(shè)計(jì)

        2014-07-21 03:21:32王珂
        關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

        王珂

        摘 要:本文主要對(duì)震后建筑物的破壞情況結(jié)合規(guī)范進(jìn)行分析,加深對(duì)抗震規(guī)范的理解,并提出相應(yīng)的建議和意見(jiàn)。

        關(guān)鍵詞:雅安名山;建筑結(jié)構(gòu);抗震;設(shè)計(jì)

        中圖分類(lèi)號(hào):P315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        一、震后建筑物的表象。

        雅安的名山縣距本次震中汶川縣直線(xiàn)距離約為145公里,由一個(gè)原創(chuàng)公式I=0.92+1.63M-3.49㏒R,可以大概得出該地區(qū)的最大地震烈度約為6.4度,而該地區(qū)建筑物的抗震設(shè)防烈度為7度。從震后建筑物的表現(xiàn)來(lái)看,七八十年代修建的房屋受損較為嚴(yán)重,而九十年代后期修建的建筑物基本滿(mǎn)足了“小震不壞”的抗震設(shè)防要求。

        本次所進(jìn)行評(píng)估的建筑結(jié)構(gòu)形式有框架結(jié)構(gòu),底框結(jié)構(gòu),磚混結(jié)構(gòu)及其它結(jié)構(gòu)。下面筆者就將各種結(jié)構(gòu)形式房屋的受損情況一一進(jìn)行描述。筆者所見(jiàn)的框架結(jié)構(gòu)建筑都是建于2000年前后,震后基本都是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞,以及維護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接破壞,主體結(jié)構(gòu)基本未受損;而后砌隔墻往往是大體積的砌塊破壞比小體積的磚或砌塊破壞嚴(yán)重。底框結(jié)構(gòu)的受損就要比框架結(jié)構(gòu)相對(duì)厲害得多:二層以上磚房破壞的狀況與一般多層磚房基本相同;過(guò)渡層內(nèi)外墻均有較為明顯的裂縫,并且明顯要比其上一層磚墻破壞要顯著,過(guò)渡層角部墻體構(gòu)造柱柱底破壞明顯;以及還有在“頭重腳輕”的情況下再加上平面布置不對(duì)稱(chēng)的情況下發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。磚混結(jié)構(gòu)體系的建筑,大部分都缺少相應(yīng)的抗震設(shè)防構(gòu)造措施,所以地震后遭到破壞的情況都較為嚴(yán)重,反應(yīng)出來(lái)的表象有:較多的縱墻上出現(xiàn)貫通斜裂縫,部分橫墻也出現(xiàn)貫通的斜裂縫,墻體轉(zhuǎn)角處的破壞,樓梯間墻體的破壞,門(mén)窗附近的八字形裂縫,樓板支承處墻體開(kāi)裂,突出屋面的屋頂間等附屬結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重等等。在這些被破壞的磚混結(jié)構(gòu)的房屋中,那些有著大空間,橫墻較少,上下墻體未對(duì)齊的房屋受損情況尤為嚴(yán)重。其它結(jié)構(gòu)形式的房屋,由于其受力體系復(fù)雜而混亂,所以震后結(jié)構(gòu)體系都受到了嚴(yán)重的破壞:底層承重墻體出現(xiàn)貫通水平裂縫,框架柱與墻體錯(cuò)位,墻體與墻體錯(cuò)位,框架梁與樓板全截面開(kāi)裂。

        二、震害原因分析

        下面我就僅根據(jù)該地區(qū)建筑物的破壞程度和受損情況從以下兩方面來(lái)分析其形成的原因。

        1 首先是設(shè)計(jì)方面:

        1)結(jié)構(gòu)受力體系的選擇。本次雅安地區(qū)的地震烈度按照前面筆者的估算,未達(dá)到該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度,所以大部分只要是按照規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑基本滿(mǎn)足了小震不壞的設(shè)計(jì)要求。這包括了大部分框架結(jié)構(gòu)和部分有著抗震構(gòu)造措施的砌體結(jié)構(gòu)。而本次地震中的底框結(jié)構(gòu)震后表現(xiàn)出來(lái)的情況不容樂(lè)觀,這主要是因?yàn)椋捍蟛糠值讓游丛O(shè)置剪力墻,導(dǎo)致上下層的剛度比相差太大,建筑的剛度中心和質(zhì)量中心不重合,造成扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大,底層框架柱箍筋未全高加密,框架上部墻體的邊緣約束構(gòu)件不強(qiáng)等等。而那些結(jié)構(gòu)受力體系復(fù)雜而混亂的建筑破壞就較為明顯了。從我們這次所評(píng)估的近百幢建筑物來(lái)看,總的來(lái)說(shuō),框架結(jié)構(gòu)抗震效果好于磚混結(jié)構(gòu),滿(mǎn)足了抗震設(shè)防要求的磚混結(jié)構(gòu)好于底框和其它結(jié)構(gòu),抗震效果最差的是受力體系混亂而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系。該地區(qū)有許多教學(xué)樓都采用這種結(jié)構(gòu)形式:設(shè)置了壁柱的磚混結(jié)構(gòu),但是壁柱都用混凝土柱代替。這些建筑不論新老,震后在較低樓層的縱墻上,窗戶(hù)上下沿,底層的四角,均大面積出現(xiàn)貫通斜裂縫。那這種結(jié)構(gòu)的房屋為什么會(huì)受損如此嚴(yán)重呢?筆者分析為:這種結(jié)構(gòu)形式的建筑,在縱墻方向柱承受梁傳來(lái)的樓面荷載,而底層縱橫墻承擔(dān)自重,當(dāng)水平地震力來(lái)時(shí),大部分水平剪力將由縱墻和混凝土柱共同承擔(dān),而這種結(jié)構(gòu)中梁柱所構(gòu)成的不完整的框架結(jié)構(gòu)的變形為剪切型,下部層間位移較大,而磚砌體的極限變形很小,側(cè)移就出現(xiàn)了變形不一致的情況,再加上橫向可拉結(jié)的橫墻又少(大開(kāi)間教室),所以自然縱墻受損較為嚴(yán)重。還有部分建筑物因平面布置不合理而受損嚴(yán)重:有一幢樓平面上呈∞形,樓梯在兩個(gè)端部,結(jié)果在震后,該建筑的底層在縱橫墻上出現(xiàn)了貫通的水平裂縫和斜裂縫,且樓梯間受損嚴(yán)重,所以平面布置的是否規(guī)則,簡(jiǎn)單,對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能確有較大地影響。在這次地震后,“鞭端效應(yīng)”對(duì)建筑物的影響多有出現(xiàn),在所評(píng)估的多層建筑物中有90%的建筑在其出屋面的樓梯間部分受損嚴(yán)重,且其屋面板下多有出現(xiàn)貫通的水平裂縫。

        2)規(guī)范規(guī)定的抗震措施。這次震后受損嚴(yán)重的砌體結(jié)構(gòu)都未按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行抗震設(shè)防,沒(méi)有設(shè)置構(gòu)造柱,圈梁,過(guò)梁,構(gòu)造柱與墻體的拉結(jié)不可靠等等。而那些按規(guī)范規(guī)定有著抗震設(shè)防構(gòu)造的砌體結(jié)構(gòu)房屋在震后基本都是輕微受損。那些遭到破壞的框架結(jié)構(gòu)的后砌隔墻,也是因?yàn)榱号c隔墻間缺少可靠的拉結(jié),甚至沒(méi)有拉結(jié),導(dǎo)致了部分隔墻倒塌和大面積開(kāi)裂。

        3)對(duì)環(huán)境和地基情況的考慮。筆者在該地區(qū)還發(fā)現(xiàn)有少部分建筑在震后出現(xiàn)了不均勻沉降,導(dǎo)致建筑物的傾斜和受損。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)凡是做了地基處理(換土、回填)的建筑物,受震后表現(xiàn)都不理想:該縣城的一所中學(xué)里,有兩幢同結(jié)構(gòu)形式,同大小,平面布置一樣,且同時(shí)修建的磚混結(jié)構(gòu)學(xué)生公寓,但是地震過(guò)后,其中的一幢基本未受損,而另一幢在底層的縱墻上多處出現(xiàn)貫通斜裂縫。經(jīng)了解,該樓地勢(shì)西高東低,所以在東側(cè)做了砂卵石換填,結(jié)果建筑物遭到破壞后的表象也是西側(cè)幾乎未受損,越往東,縱墻上的裂縫開(kāi)展的也越多且越寬,原因很明顯,當(dāng)水平地震力來(lái)時(shí),縱墻承擔(dān)了80%-90%的水平剪力,再加上東側(cè)由于回填土密實(shí)度不夠,而產(chǎn)生沉陷,造成基礎(chǔ)的不均勻沉降,使墻體產(chǎn)生貫通的斜裂縫。

        2 然后是施工質(zhì)量方面

        1)材料的強(qiáng)度等級(jí)。筆者在一些遭到破壞較為嚴(yán)重的磚混結(jié)構(gòu)建筑中發(fā)現(xiàn),其沙漿的強(qiáng)度等級(jí)遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)強(qiáng)度,用手指就能將已經(jīng)終凝的沙漿搓成粉末狀。2)配筋量的不足或截面尺寸不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在該縣城的一小區(qū)的住戶(hù)樓內(nèi),每戶(hù)的樓板上均不同程度的出現(xiàn)有發(fā)散狀裂紋,出現(xiàn)這種情況的原因應(yīng)該是樓板的配筋量不足或板厚未按照設(shè)計(jì)取用。3)材料的配合比。在該縣城的某一鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)該地區(qū)建筑物的混凝土梁上普遍出現(xiàn)較多的微裂縫。后經(jīng)筆者分析可能是由于該地區(qū)所用河砂的含泥量較大,混凝土梁柱澆筑后就已經(jīng)出現(xiàn)了大量的微裂縫,只是此次地震過(guò)后加劇了梁上裂縫的開(kāi)展寬度,從而顯現(xiàn)出來(lái)。

        三、意見(jiàn)和建議

        通過(guò)這次的實(shí)地考察,使筆者更加感性的認(rèn)識(shí)到各種結(jié)構(gòu)形式的建筑在震后破壞的特征及特點(diǎn),加強(qiáng)了對(duì)抗震規(guī)范的理解和認(rèn)識(shí)。針對(duì)本次的調(diào)查,筆者給出了自己的建議和看法:應(yīng)更加嚴(yán)格遵循規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),重視設(shè)計(jì)更應(yīng)重視構(gòu)造;盡量避免選用抗震效果較差的結(jié)構(gòu)體系,更不能選用那種受力復(fù)雜而混亂的結(jié)構(gòu)體系;加強(qiáng)出屋面附屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)造連接;在框架結(jié)構(gòu)中盡量選用小體積的砌塊,應(yīng)加強(qiáng)隔墻與梁柱的拉結(jié);當(dāng)遇到非原狀土作為結(jié)構(gòu)的持力層時(shí),要充分考慮不均勻沉降或地基承載力不足帶給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不利影響。而對(duì)于各地區(qū)行政政府機(jī)構(gòu),應(yīng)嚴(yán)把建筑質(zhì)量關(guān),對(duì)于農(nóng)村及山村尚遺留下來(lái)的未嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的不合格建筑應(yīng)觀察使用,但是涉及到學(xué)校和醫(yī)院相關(guān)職能較強(qiáng)的特殊建筑物應(yīng)加固使用。

        結(jié)語(yǔ)

        這次5.12汶川大地震,再一次給了我們建筑從業(yè)人員血的教訓(xùn)和寶貴的經(jīng)驗(yàn),更加增強(qiáng)了我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的責(zé)任心和使命感。

        參考文獻(xiàn)

        [1]GB50011-2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].endprint

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