楊 建 科

(山西鋼鐵建設(shè)(集團(tuán))有限公司，山西 太原　030003)

0　引言

近年來(lái)我國(guó)境內(nèi)各級(jí)地震頻繁發(fā)生，尤其是在2008年汶川地震之后，人們對(duì)地震的關(guān)注度空前提高。房屋倒塌是地震造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的最主要的原因，因此增強(qiáng)建筑物結(jié)構(gòu)的牢固性和抗震合理性，提高房屋建筑的抗破壞、抗倒塌能力，避免特大地震下房屋建筑整體垮塌及快速倒塌，是建筑結(jié)構(gòu)抗震的核心課題，從而達(dá)到我國(guó)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的房屋建筑抗震設(shè)防目標(biāo)。

1　框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要震害特征

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是由柱系構(gòu)件與梁系構(gòu)件通過(guò)剛性節(jié)點(diǎn)連接，形成的整體受力骨架，能夠較好的承受豎向荷載，但其整體抗側(cè)剛度較小，屬柔性結(jié)構(gòu)，抗側(cè)能力儲(chǔ)備弱于豎向承載能力，在地震橫波的作用下，建筑物發(fā)生水平晃動(dòng)，其震害一般重于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)。

框架結(jié)構(gòu)的主要震害特征：

1)填充墻開裂、破壞、倒塌；2)框架柱剪切破壞；3)梁柱節(jié)點(diǎn)破壞；4)局部填充墻形成短柱剪切破壞；5)填充墻沿高度不連續(xù)造成結(jié)構(gòu)實(shí)際層剛度突變，導(dǎo)致薄弱樓層破壞或倒塌；6)填充墻平面布置不均勻造成結(jié)構(gòu)剛度偏心，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生震害；7)同層框架柱抗側(cè)剛度不等造成的破壞；8)柱端形成塑性鉸，先于梁系構(gòu)件形成破壞。

2　工程概況

某收費(fèi)站綜合樓為一棟長(zhǎng)56.2 m，寬14.8 m，建筑總高度18.65 m，主體4層局部5層，平面呈矩形布局的鋼筋混凝土框架單體建筑。2016年12月18日11時(shí)08分距該建筑約23 km處發(fā)生4.3級(jí)地震，震源深度5 km，建筑物所在區(qū)域震感明顯。震后發(fā)現(xiàn)該建筑物軸線定位編號(hào)為B/4,C/4處的1層～4層鋼筋混凝土框架柱抹灰層出現(xiàn)了多道斜向裂縫。

3　震害檢測(cè)

根據(jù)震后出現(xiàn)的破壞情況，對(duì)軸線定位編號(hào)為B/4，C/4處的1層～4層共8根鋼筋混凝土框架柱實(shí)體損壞情況進(jìn)行檢測(cè)。

3.1　檢測(cè)內(nèi)容

1)建筑結(jié)構(gòu)體系調(diào)查；

2)受檢柱構(gòu)件損傷情況檢測(cè)；

3)受檢柱構(gòu)件的鋼筋定位、保護(hù)層及混凝土強(qiáng)度檢測(cè)；

4)受檢柱構(gòu)件的變形檢測(cè)。

3.2　建筑結(jié)構(gòu)體系調(diào)查

某收費(fèi)站綜合樓為獨(dú)棟單體建筑，主體結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架，樓屋蓋均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系，加氣混凝土砌塊填充墻體，基礎(chǔ)形式為承臺(tái)式獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)間設(shè)有雙向基礎(chǔ)連梁，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.02g，基礎(chǔ)及柱網(wǎng)平面見(jiàn)圖1。

3.3　構(gòu)件損傷檢測(cè)

3.3.1柱構(gòu)件抹灰層損傷情況調(diào)查

根據(jù)構(gòu)件抹灰層砂漿損傷情況，對(duì)裂縫進(jìn)行編號(hào)、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)，裂縫縱向最大尺寸1 570 mm，橫向最大尺寸410 mm，最大寬度5.8 mm。其中軸線為裂縫發(fā)生集中區(qū)，見(jiàn)圖2，圖3。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察、測(cè)量，發(fā)現(xiàn)所檢柱構(gòu)件抹灰層裂縫特點(diǎn)如下：

1)裂縫均為左低右高，呈45°～60°斜向開裂，開裂形式相同，走向趨同且指向明確。

2)裂縫周邊砂漿抹灰層為空鼓、脫層狀態(tài)。

3)單層柱構(gòu)件中段抹灰層裂縫損傷大于兩端。

4)底層柱構(gòu)件抹灰層開裂情況較輕，中、高層柱抹灰層開裂嚴(yán)重。

3.3.2柱構(gòu)件實(shí)體損傷檢測(cè)

將抹灰層裂縫密集、開裂嚴(yán)重的區(qū)域作為結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)重點(diǎn)，剔除柱構(gòu)件表面受損抹灰層，按照抹灰層裂縫情況，在混凝土表面的相應(yīng)位置進(jìn)行編號(hào)。

現(xiàn)場(chǎng)采用20倍放大鏡進(jìn)行觀察，柱構(gòu)件實(shí)體未發(fā)生柱端部出膠、鋼筋變形等典型震害現(xiàn)象，所暴露構(gòu)件的混凝土表面未發(fā)現(xiàn)分層、裂縫、裂紋等損傷缺陷(如圖4所示)。

3.4　受檢柱構(gòu)件的鋼筋定位、保護(hù)層及混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

采用PS200鋼筋掃描儀對(duì)柱類構(gòu)件配筋狀況及鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，受檢測(cè)部位可測(cè)得的鋼筋數(shù)量及間距滿足設(shè)計(jì)文件要求，鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)合格率為92.6%，檢測(cè)結(jié)果符合GB 50204—2015混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范附錄E.0.5規(guī)定，符合設(shè)計(jì)文件要求。

3.5　受檢柱構(gòu)件變形檢測(cè)

采用R-422NM全站儀對(duì)柱構(gòu)件垂直度進(jìn)行檢測(cè)，該工程所檢鋼筋混凝土框架柱構(gòu)件垂直度均未超出GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)中表7.3.10的限值要求(Hi/150=3 550/150=23.7 mm)；依據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析，所檢構(gòu)件未發(fā)生規(guī)律性傾斜，所產(chǎn)生位移應(yīng)為施工偏差所致，見(jiàn)圖5。

4　框架柱構(gòu)件抹灰層裂縫成因

經(jīng)對(duì)收費(fèi)站綜合樓軸線定位編號(hào)為B/4，C/4處的1層～4層鋼筋混凝土框架柱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，分析認(rèn)為其抹灰層裂縫成因如下：

1)該建筑物所處位置距離4.3級(jí)淺源地震震中不足23 km，屬?gòu)?qiáng)震感區(qū)，地震所產(chǎn)生能量衰減量小，足以引起建筑物構(gòu)件彈性變形，該建筑物柱構(gòu)件抹灰層開裂現(xiàn)象為地震發(fā)生后集中出現(xiàn)，事件關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。

2)地震橫波的作用下，建筑物發(fā)生水平晃動(dòng)，由梁、柱構(gòu)件所構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較小，屬柔性結(jié)構(gòu)，水平力作用下，所產(chǎn)生的彎矩和整體的側(cè)移顯著增加，在一定范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生彈性變形。

3)當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心不重合時(shí)，在水平荷載作用下，建筑物不能保持結(jié)構(gòu)整體水平運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。扭轉(zhuǎn)效應(yīng)作用下，鋼筋混凝土框架柱所受橫向剪切應(yīng)力超過(guò)了抹灰層與混凝土框架柱構(gòu)件之間的粘結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致抹灰層空鼓剝離，同時(shí)也超過(guò)了抹灰層材料本身的抗拉強(qiáng)度，即造成抹灰層開裂。該建筑物本固有的剛度中心與質(zhì)量中心一定時(shí)，在地震波短時(shí)間內(nèi)反復(fù)作用下，導(dǎo)致抹灰層砂漿表面出現(xiàn)多條大致平行的斜向裂縫產(chǎn)生，且建筑中上部構(gòu)件為變形集中區(qū)，震害受損情況表現(xiàn)最嚴(yán)重，構(gòu)件抹灰層現(xiàn)場(chǎng)損傷情況與地震震害特征相符。

4)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體檢測(cè)而得，受檢混凝土構(gòu)件鋼筋間距、保護(hù)層厚度、混凝土強(qiáng)度及柱構(gòu)件垂直度檢測(cè)結(jié)果均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)文件要求，在地震作用下，框架結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性變形，結(jié)構(gòu)表面抹灰層破壞，而鋼筋混凝土框架柱實(shí)體并未發(fā)生震害損傷。

5　相關(guān)評(píng)估及建議

該鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震作用下所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，造成局部柱結(jié)構(gòu)抹灰層破壞，尚未造成柱結(jié)構(gòu)實(shí)體損傷，因此判定所檢鋼筋混凝土柱構(gòu)件承載力未受地震不利影響。同時(shí)反映出受檢處的鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)為整棟建筑中抗震薄弱區(qū)域，應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)上，增設(shè)抗震防線，采取有效的加固措施，抵抗高烈度地震對(duì)主體結(jié)構(gòu)的破壞。相關(guān)建議如下：

1)滿足框剪結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”的抗震原則，可采取加大柱截面、外包鋼加固、碳纖維加固等方法增加混凝土柱剛度。

2)在混凝土柱結(jié)構(gòu)側(cè)面增加翼墻或設(shè)置剪力墻，增強(qiáng)剛度與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作；或?qū)⒕植刻畛鋲ζ鲶w材料換為剛度較好的實(shí)心磚，承擔(dān)地震時(shí)產(chǎn)生的部分水平荷載，防止承重柱構(gòu)件的早期破壞。

3)也可采用先進(jìn)的新型抗震技術(shù)，安裝消能減震器等方法，增加對(duì)柱類承重結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

6　框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

框架結(jié)構(gòu)在建筑空間使用上有較大的優(yōu)勢(shì)，但在地震作用下，同時(shí)承受建筑的豎向荷載和水平地震荷載，抗側(cè)剛度不足，抗震防線有限，提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能首先應(yīng)從設(shè)計(jì)方案著手，除滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)充分考慮墻體因素。

建筑外墻等永久性墻體采用磚砌體等抗側(cè)剛度大的材料，與框架柱結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，充分利用墻體剛度，使墻體成為第一道抗震防線；在樓梯間、衛(wèi)生間等部位，局部設(shè)置剪力墻，增強(qiáng)抗側(cè)儲(chǔ)備，防止垮塌性破壞，還可以形成相對(duì)可靠的避難空間；采取構(gòu)造措施，門、窗等洞口部位的框架柱雙側(cè)或多側(cè)設(shè)置混凝土翼墻，增強(qiáng)抗變形能力，填充墻與框架間設(shè)置水平拉結(jié)鋼筋，防止墻體倒塌造成傷害。

2)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的屈服機(jī)制。

適當(dāng)增大框架柱的截面尺寸，提高框架柱的承載力安全儲(chǔ)備，提高框架柱的最小配筋率，柱端加密區(qū)箍筋宜按規(guī)范要求取偏大值，梁端配筋量與樓板中鋼筋一并考慮，采用靜力彈塑性方法分析，確認(rèn)是否能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的屈服機(jī)制。

3)防止柱構(gòu)件的剪切破壞。

應(yīng)避免同層存在長(zhǎng)短柱，當(dāng)有短柱存在時(shí)，采用連續(xù)復(fù)合箍筋，增強(qiáng)抗剪儲(chǔ)備，必要時(shí)對(duì)短柱采取外包鋼管，防止震害破壞。同時(shí)應(yīng)避免半填充墻對(duì)柱構(gòu)件形成局部約束，形成短柱危害。

4)減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的發(fā)生。

框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置要盡可能簡(jiǎn)單對(duì)稱，建筑平面不規(guī)則的房屋地震橫波極易造成建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)中受力不連續(xù)及薄弱部位受震影響較大，建筑布局時(shí)應(yīng)充分考慮墻體的荷載分布，避免質(zhì)量中心與剛度中心的偏差過(guò)大。

7　結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受震案例進(jìn)行了檢測(cè)，分析了震害形成的主要原因，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了評(píng)估，并提出了相應(yīng)的抗震加固建議。近年來(lái)我國(guó)境內(nèi)地震頻發(fā)，尤其是2008年汶川、2010年玉樹及今年發(fā)生的九寨溝7.0級(jí)地震有著深遠(yuǎn)的影響，帶來(lái)了慘痛的教訓(xùn)，我們應(yīng)該對(duì)房屋建筑抗震安全問(wèn)題引起足夠的重視，并采取相應(yīng)的措施，將抗震防災(zāi)工作作為長(zhǎng)期的重要工作，不斷地吸取教訓(xùn)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從建筑設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、管理水平等方面做好災(zāi)前預(yù)防工作。