武琨璐

摘要： 為提高我國居民建筑的抗震能力，確保人員生命和財產(chǎn)安全，本文將對不同結構的居民建筑進行震害分析，總結其破壞特征和原理，提出針對性的設計方法，探索更加有效、經(jīng)濟性更強的抗震方法和技術，完善抗震設計規(guī)范，降低震害損失，為居民建筑抗震安全設計提供參考。

Abstract： In order to improve the seismic capacity of residential buildings in China and ensure the safety of lives and property， this paper analyzes the seismic damage of residential buildings with different structures， summarizes the characteristics and principles of their destruction， proposes specific design methods， and explores more effective and economical seismic methods and techniques to improve the seismic design specifications， reduce the loss of seismic damage and provide reference for the seismic design of residential buildings.

關鍵詞： 居民建筑；震害；設計

Key words： residential building；seismic damage；design

中圖分類號：U442.5+5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0139-02

0 引言

建筑物倒塌是發(fā)生震害時導致人員傷亡的主要原因，常見的居民建筑結構包括砌體結構、框架結構、混合結構等，不同結構的建筑抗震安全水平也存在較大差異。同時，不論是何種建筑結構，樓梯間都很容易受到破壞。在以往的設計中，樓梯間設計常常被忽略，影響建筑結構的整體抗震能力。建立建筑結構模型，采取隔震技術，是現(xiàn)代居民建筑提高抗震能力的重要手段。

1 居民建筑隔震設計的重要性

地震是最嚴重的自然災害之一，會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。我國地理位置特殊，東臨環(huán)太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，地震災害頻發(fā)。分析地震造成傷害的原因，由于其本質上是能量的瞬間釋放，本身并不會造成直接的傷害，地震中90%以上的人員傷亡和經(jīng)濟損失都是建筑物倒塌造成的，同時還增加了救援難度。因此，加強居民建筑的隔震設計刻不容緩。從整體上看，我國城市建筑和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑抗震安全能力差異較大，樓梯間抗震安全性不足，建筑抗震能力較差。近年來，我國建筑抗震設計規(guī)范逐步發(fā)展和完善，通過采用隔震設計，極大地提高了房屋建筑抗震能力，保障了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

2 居民建筑的震害分析

2.1 砌體結構

砌體結構是住宅、教育、工商業(yè)建筑常用結構，其優(yōu)勢在于造價適中、技術成熟，但由于其主要材料為燒制粘土磚，是一種脆性材料，抗震安全性不足，因此，在地震中通常破壞嚴重。在以往的地震中發(fā)現(xiàn)，砌體結構在遭遇震害時，容易出現(xiàn)嚴重的墻體開裂甚至坍塌，比較典型的如密集、貫通、巨大的“X”型裂縫，門窗洞口處裂縫比較密集，突出屋面嚴重坍塌，預制板偏移，樓梯間破壞等。在唐山地震調查中，發(fā)現(xiàn)未設置構造柱和圈梁的砌體結構基本都受到了嚴重破壞，造成了大量的人員傷亡。相反，嚴格按照“三水準”規(guī)范要求設計、施工質量較好的砌體結構建筑，破壞程度明顯減輕。

2.2 框架結構

框架結構主要應用于災區(qū)城鎮(zhèn)建筑，由于造價略高于砌體結構，因此鄉(xiāng)村建筑使用較少，在震害中，基本能夠實現(xiàn)了抗震目標。在填充墻，尤其是弧形等不規(guī)則墻體，與梁、柱連結處容易出現(xiàn)裂縫、混凝土脫落、鋼筋屈服等?？蚣芙Y構的安全性高于砌體結構，與其較強的延性儲備有關，一般建造時間較晚。影響框架結構抗震能力主要包括填充墻安全問題、“柱鉸”代替“梁鉸”問題、樓梯間安全性問題等。填充墻是抗震安全“第一道防線”，填充墻破壞，會對逃生人員造成傷害，同時修復難度較大。拉結鋼筋設置的不合理甚至缺失，是填充墻破壞的主要原因。地震發(fā)生后，填充墻吸收了最大的地震能量，在地震剪力作用下，填充墻開裂，形成交叉斜裂縫或貫通斜縫，最終坍塌。根據(jù)框架結構建筑設計理念，強柱弱梁能夠保證建筑遭到破壞時不至于坍塌，但在汶川地震中，柱先被破壞，設計效果并沒有實現(xiàn)，主要是由于平面布置不合理、柱子截面偏小、承載力不足等。在地震中，樓梯間破壞也比較嚴重，阻塞了逃生通道。

2.3 混合結構

常見的混合結構包括底框結構、磚木結構等，底框結構功能比較復雜，通常為底部框架結構營造較大開間，上層砌體結構作為住宅用房。由于變換層間剛度，在遇到震害時，會放大薄弱層，導致其破壞嚴重。磚木結構在鄉(xiāng)村比較常見，在地震中破壞要比其它結構形式建筑嚴重，主要是由于建造不規(guī)范，施工質量參差不齊，整體穩(wěn)定性與牢固性較差，基本不具備抗震能力，墻體倒塌、木屋脫落現(xiàn)象普遍。

3 居民建筑的設計方法

3.1 砌體結構設計

預制板的使用和連接、外挑部分脫落、樓梯間的安全性是提高砌體結構建筑抗震安全性能的關鍵，在設計中，應注意降低房屋建筑總體高度；注重樓梯間結構整體計算，確保建筑主體結構與樓梯間非承重墻體連接緊實；在構造設計上，圈梁、構造柱、芯柱等設計應嚴格按照規(guī)范進行；多層和高層建筑，混凝土現(xiàn)澆板應作為優(yōu)先選擇，注意預制板之間連接，使其形成可靠的整體；在材料選擇上，應保證砌筑材料的強度等。endprint

3.2 樓梯間安全設計

使用ETABS房屋結構分析設計軟件，按照《建筑抗震設計規(guī)范》相關要求，建立建筑結構的實體模型對象，對結構進行分析和計算。分析數(shù)據(jù)，包括結構自振周期、結構底部剪力、層間位移角、框架柱內(nèi)力、梯段應力等?；炷量蚣鼙旧韯偠炔蛔?，如果樓梯間的設置位置不準確，會增加結構的扭轉效應，影響結構的穩(wěn)定性。層間位移角隨樓層的增加而減小，第二層層間位移角最大，受樓梯間的影響，層間位移角明顯減小，第二層減小幅度最大，在地震中，普通結構的二、三層很容易受到破壞，且破壞程度大于其它層。在進行樓梯間設計時，還應該分析框架柱內(nèi)力，考慮示樓梯間的支撐作用，低估樓梯間柱子的內(nèi)力會導致框架柱容易被破壞。從梯段應力上看，樓層越高，梯段應力越小，在一至三層都較大。在進行樓梯間設計時，應注意以下幾點：①注意梯段的布置方向，強化對樓梯間的支撐作用；②合理設計樓梯間的布置位置，綜合考慮自振周期和結構內(nèi)力作用；③樓梯間改變了框架柱的內(nèi)力分布，使樓梯間毗鄰的柱子更容易受到破壞，應加強設計；④分析層間位移角大小和內(nèi)力分布，以六層建筑為例，第二層破壞最為嚴重，包括樓梯間，在設計時應充分考慮其震害特點。

3.3 隔震設計

隔震設計是一種新型的抗震技術，在建筑設計中應用已經(jīng)比較成熟。隔震設計主要依靠在建筑物與上部結構之間，設計隔震層，阻止地震釋放能量向建筑物傳遞，減輕地震反應，保證建筑物的安全。研究認為，隔震設計能夠將水平地震加速度反應降低60%以上，使建筑物能夠在地震后繼續(xù)使用，在減輕豎向地震作用方面效果也比較明顯。目前，常用的隔震裝置包括摩擦滑移隔震器、夾層橡膠隔震器、滾動隔震裝置等，在底層和多層建筑中應用效果更佳。在隔震層設計時，可以使用三種疊層橡膠支座，在地下室柱頂和首層板中間設置隔震層，每個柱子下設置一個隔震支座。強化細節(jié)設計，應斷開地下室電梯井必須與上部結構，對地下室的樓梯和坡道進行特殊處理，采取防火措施，確保隔震層安全。計算隔震層的水平剛度、阻尼比等，一般認為，水平剛度越小，隔震效果越好，但同時隔震層的位移也會隨之增加，在達到一定值時破壞隔震層。

4 結束語

綜上所述，居民建筑中常見的砌體結構、框架結構、底框結構等具有不同的特點，例如，框架結構抗震安全性能更強，但填充墻容易被破壞，應引起重視；砌體結構倒塌和破壞嚴重，應注意合理布置圈梁和構造柱，底框結構薄弱層明顯，受力體系復雜，抗震能力相對較弱等。在設計時，應砌體結構設計和樓梯間安全設計，采取隔震技術，做好抗震加固工作。

參考文獻：

[1]劉光宗，魏昶帆，趙寶生.某框架結構建筑震害分析及加固設計研究[J].工程質量，2012，30（05）：52-55.

[2]張穎博.汶川地震建筑震害特征分析及設計建議[J].山西建筑，2011，37（04）：38-39.

[3]吳克信，劉宗信.建筑震害分析與結構設計啟示[J].天然氣與石油，2010，28（05）：64-69，84.

[4]李紅培.汶川地震房屋建筑震害分析及重建隔震設計研究[D].西南石油大學，2010.

[5]胡夏閩.汶川地震綿竹市建筑震害分析和設計建議[J].南京工業(yè)大學學報（自然科學版），2009，31（01）：30-38.endprint