郭 麗 李 琪 王小玲 梁文文 熊言斌

（江西科技學(xué)院，江西 南昌 330000)

0 引言

地震造成的災(zāi)害是自然界最具破壞性的災(zāi)害之一。地震在地下巖層應(yīng)力的作用下，由于產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)和破裂從而引起地面震動(dòng)。地震還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的自然災(zāi)難，比如滑坡、海嘯、洪水、泥石流等，對(duì)人類造成了嚴(yán)重災(zāi)難。每天地球都在發(fā)生著無(wú)數(shù)地震，大多由于震級(jí)太小，我們沒(méi)有感知到，我們把這種地震叫無(wú)感地震。我們能感知到的地震約五萬(wàn)次，產(chǎn)生破壞的約一千次，但僅數(shù)十次7 級(jí)及以上的震級(jí)對(duì)我們?cè)斐奢^大破壞，其中大多發(fā)生在海上和人口較少地區(qū)。以地質(zhì)情況看，我國(guó)是世界上地震頻發(fā)的國(guó)家之一。破壞性的地震多半發(fā)生在廣大的農(nóng)村和城鎮(zhèn)地區(qū)，尤其是西部欠發(fā)達(dá)的地區(qū)。由于經(jīng)濟(jì)等多種原因，村鎮(zhèn)的房屋及建筑物的抗震性能一直不能得到很好的保證[2]。所以，研究村鎮(zhèn)建筑的抗震技術(shù)是非常重要和必要的。自1976 年唐山大地震之后，工程師們吸取地震對(duì)砌體建筑物危害的教訓(xùn)，改善砌體結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)理念，在施工方面也采取抗震措施。如果增加設(shè)置構(gòu)造柱或圈梁，并在《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確要求，可提升砌體結(jié)構(gòu)抗震性能及其抗震效果。

1 砌體結(jié)構(gòu)震害類型

5.12 汶川地震震級(jí)大、烈度高、余震頻繁、波及范圍大、受災(zāi)區(qū)域廣，給國(guó)家和人民帶來(lái)了巨大的災(zāi)難和損失。震后各相關(guān)組織機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了深入的調(diào)查，分析了房屋震害情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)吸取教訓(xùn)。在地震中結(jié)構(gòu)同時(shí)承受重力、水平方向和豎直方向的作用力，受力情況比較復(fù)雜，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置情況的不同，結(jié)構(gòu)的破壞情況也不盡相同。根據(jù)大量的研究統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，未經(jīng)采取抗震設(shè)防的砌體結(jié)構(gòu)房屋震害尤其嚴(yán)重。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的震害分析，總結(jié)震害的規(guī)律和教訓(xùn)，改進(jìn)和優(yōu)化砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防及加固方法，大大提高了砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能[3]。根據(jù)結(jié)構(gòu)的倒塌位置和規(guī)模，可以總結(jié)為：

1.1 整體坍塌

砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能和延性較差，特別是對(duì)于一定年限的老建筑。因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行構(gòu)造措施（圈梁、構(gòu)造柱）設(shè)計(jì)，其穩(wěn)定性和承載能力均比較低，裂縫形成迅速，易產(chǎn)生坍塌。甚至很多砌體結(jié)構(gòu)，整體坍塌后，受損嚴(yán)重，地震來(lái)臨之后變成廢墟[4]。在震中設(shè)防烈度高的地區(qū)易發(fā)生整體坍塌，地震實(shí)際產(chǎn)生的烈度超過(guò)當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并且這些結(jié)構(gòu)本身存在比較大的缺陷，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)造措施及施工質(zhì)量。

1.2 局部倒塌

砌體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部倒塌，其類型有：一端出現(xiàn)坍塌，另一端未出現(xiàn)坍塌；中部坍塌，兩端未坍塌；兩端坍塌，中部未坍塌；外墻坍塌，內(nèi)壁未坍塌等等。它主要發(fā)生在房子的墻角；垂直墻與水平墻相連處；建筑物平面凹凸位置改變的地方，地震來(lái)臨時(shí)由于應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部倒塌；很多非現(xiàn)澆樓板，由于樓板之間連接不牢固，使得結(jié)構(gòu)整體性差，地震時(shí)墻角扭轉(zhuǎn)變形，從而造成樓板倒塌[5]；砌體結(jié)構(gòu)樓梯、變形縫、或者其他附屬設(shè)施，在對(duì)建筑物進(jìn)行布局時(shí)，為了空間大，橫向支撐少，墻體垂直方向與水平方向連接差，非現(xiàn)澆板與墻體連接差，從而造成墻體連續(xù)倒塌破壞。

1.3 層間塌落

層間倒塌是一種“不完全整體破壞”，表現(xiàn)為砌體結(jié)構(gòu)底層或部分樓層的整體倒塌。因?yàn)榈卣鹆ψ饔脮r(shí)，房屋底部剪力較大，使得底部墻體產(chǎn)生脆性破壞。

（1）結(jié)果表明，由于剪力過(guò)大產(chǎn)生瞬時(shí)剪切脆性破壞，使得建筑物橫墻底部無(wú)法支撐上部結(jié)構(gòu)，造成底部抗剪能力全部喪失。

（2）地震力的作用，造成建筑物橫墻底部受損，結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生坍塌，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了向下傾斜。

1.4 開(kāi)間垮塌

“開(kāi)間垮塌”的形式是結(jié)構(gòu)的豎向貫入破壞，通常發(fā)生在豎向墻體被開(kāi)口嚴(yán)重削弱，從頂部到底部連續(xù)塌陷。然而，對(duì)于其破壞方式?jīng)]有共識(shí)，其原因直接與結(jié)構(gòu)的布置有關(guān)[6]。砌體結(jié)構(gòu)承重墻產(chǎn)生這類破壞的形式不多，且由于這類結(jié)構(gòu)往往與橫墻的連接性較差，地震來(lái)臨時(shí)很容易倒塌。

2 砌體結(jié)構(gòu)震害分析

多層磚混結(jié)構(gòu)房屋空間小，橫墻數(shù)量多，跨度小，結(jié)構(gòu)整體剛度大。對(duì)大量現(xiàn)場(chǎng)的震害調(diào)查表明，多層砌體結(jié)構(gòu)若按規(guī)范要求設(shè)置抗震性能良好，經(jīng)過(guò)工程師們進(jìn)行過(guò)抗震設(shè)計(jì)的砌體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的倒塌破壞性較小，基本能滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，說(shuō)明多層砌體結(jié)構(gòu)建筑具有一定的抗倒塌能力。

（1）在建筑物的底部容易出現(xiàn)承重墻破壞。橫向斜裂縫、單向斜裂縫及圈梁底部的水平裂縫破壞，是地震加速度出現(xiàn)瞬時(shí)峰值的主要原因。因此造成墻體被切割破壞，說(shuō)明砌體結(jié)構(gòu)房屋延展性能較差。

（2）縱向多層砌體結(jié)構(gòu)墻體的破壞。豎向墻體的破壞主要是墻與窗之間的墻體的破壞，墻與窗之間墻體下的橫向斜裂縫都是在地震作用下剪力墻發(fā)生較大的剪切破壞。這類破壞形式較為普遍，因此墻下墻的破壞也較為普遍，工程師們應(yīng)對(duì)于窗與墻間窗的設(shè)計(jì)及采取的構(gòu)造措施引起高度重視。

（3）多層砌體墻交叉處出現(xiàn)破壞。在雙向地震作用下，由于應(yīng)力集中，豎向和水平墻的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)開(kāi)裂和拉裂現(xiàn)象。

（4）由于構(gòu)造柱的剪力墻和構(gòu)造柱上的鋼筋約束不足，導(dǎo)致構(gòu)造柱的破壞。

（5）多層砌體在±0.00 處破損，墻體破壞形成整體水平裂縫。這是一種特殊的剪切破壞，它會(huì)導(dǎo)致房屋整體滑動(dòng)，從而耗散大量的地震能量，對(duì)砌體的其他部分造成輕微破壞。

（6）樓梯間的損壞。樓梯間對(duì)建筑物的重要性非常大，樓梯間的破壞和倒塌對(duì)人員逃生疏散影響也非常大。

（7）多層砌體結(jié)構(gòu)的倒塌。按倒塌程度分類，砌體結(jié)構(gòu)分為全部倒塌和部分倒塌。汶川地震中，倒塌的高烈度砌體結(jié)構(gòu)大量存在，首先，砌體結(jié)構(gòu)整體較差，連續(xù)抗倒塌能力低，特別是未經(jīng)抗震設(shè)防的舊磚房，砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、未采取有效措施，且磚混結(jié)構(gòu)承載力低，開(kāi)裂后有效約束差，裂縫寬快速擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)延性差，很容易倒塌。

3 控制措施

大量震害統(tǒng)計(jì)表明，沒(méi)有抗震設(shè)防的多層磚房，震害相當(dāng)嚴(yán)重。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的震害進(jìn)行分析，對(duì)震害規(guī)律和教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，在建筑物整體性不滿足要求時(shí)，可采取以下措施改進(jìn)和優(yōu)化砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和加固方法：

（1）當(dāng)同一平面內(nèi)的墻體非封閉布置時(shí)，可于洞口處增設(shè)墻段或者通過(guò)增加設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架的方法形成封閉結(jié)構(gòu)。

（2）當(dāng)水平墻和垂直墻連接不良時(shí)，可用鋼拉桿、長(zhǎng)錯(cuò)桿、附加柱或附加圈梁加固。

（3）砌體結(jié)構(gòu)均應(yīng)增加設(shè)置圈梁或構(gòu)造柱，并且圈梁構(gòu)造柱在設(shè)置時(shí)，應(yīng)相互連接，形成閉合框架。環(huán)梁結(jié)構(gòu)柱采用現(xiàn)澆混凝土，內(nèi)環(huán)梁采用鋼拉桿。這種方法可以大大提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性，防止或延緩砌體結(jié)構(gòu)的倒塌。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的大量研究發(fā)現(xiàn)，原始的砌體結(jié)構(gòu)抗震措施尤其有效。比如建筑物如果設(shè)置了圈梁和結(jié)構(gòu)柱，較好的完整性大大降低了倒塌的可能性。與預(yù)制樓板相比，現(xiàn)澆樓板在結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出更為突出的協(xié)同能力[7]。

4 圈梁的作用

圈梁在建筑抗震中起著重要的作用，是一種經(jīng)濟(jì)有效的抗震措施。其主要功能如下：

（1）加強(qiáng)房子的完整性。因?yàn)榄h(huán)梁的約束，預(yù)制板的傳播的風(fēng)險(xiǎn)，倒塌的平面降低，這樣可以保持作為一個(gè)整體的垂直和水平的墻壁和結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮每個(gè)墻的平面剪切強(qiáng)度，有效抵抗水平地震任何方向作用力。

（2）圈梁處于地板邊緣，可增加地板水平剛度，同時(shí)由于箍住了地板（屋頂），也可提高地板完整性。

（3）墻體斜裂縫的發(fā)展和延伸受到限制，從而使得只在兩圈梁之間的墻體截面上出現(xiàn)墻體開(kāi)裂，墻體的抗剪能力得到充分地發(fā)揮，墻體的穩(wěn)定性大大提高[8]。

（4）可以減少地震時(shí)建筑物地基的不均勻沉降影響；當(dāng)房屋建于軟弱地基上時(shí)，均勻荷載作用下的建筑物肯定會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，會(huì)使抗拉強(qiáng)度很低的墻砌體很可能被拉裂。而通過(guò)圈梁的有效協(xié)同作用，增強(qiáng)了建筑物的整體性和抗彎曲能力，有效約束墻體裂縫的開(kāi)展。此時(shí)，將圈梁設(shè)置在建筑物的基礎(chǔ)頂面和檐口部位，抵抗不均勻沉降的效果最為顯著。

（5）地震時(shí)可以減少甚至防止房屋因地面裂縫產(chǎn)生撕裂，防止較大振動(dòng)荷載和地震對(duì)房屋的不利影響。通過(guò)圈梁在空間上的縱橫拉結(jié)，尤其通過(guò)錨入墻體內(nèi)的拉結(jié)鋼筋，宛如一只只強(qiáng)有力的手臂使縱橫墻體和樓蓋連結(jié)成一體，大大提高了建筑物的空間剛度和整體性，加強(qiáng)墻體的抗剪、抗彎曲能力，同時(shí)，通過(guò)水平圈梁的設(shè)置，減少了墻體的豎向自由長(zhǎng)度，增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性，從而提高了建筑物的抗震能力和防止墻體連續(xù)倒塌。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，過(guò)多的圈梁設(shè)置，過(guò)大的斷面、配筋，以及過(guò)高的混凝土標(biāo)號(hào)，都會(huì)成為磚混結(jié)構(gòu)中閑置的安全儲(chǔ)備，并不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。且在對(duì)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)置圈梁與否的彈塑性分析發(fā)現(xiàn)，大震作用時(shí)，圈梁的設(shè)置提高了窗下墻及結(jié)構(gòu)的整體抗破壞能力。判定圈梁的設(shè)置對(duì)窗下墻的破壞起到了延緩作用，今后工程師們?cè)谶M(jìn)行窗下墻的承載能力設(shè)計(jì)和窗下墻破壞模式的控制方法時(shí)，必須將圈梁的作用考慮在內(nèi)。在我國(guó)，目前大量房屋的抗震加固與經(jīng)濟(jì)性形成了巨大的反差。作為工程設(shè)計(jì)人員，應(yīng)將節(jié)約成本、提高收益作為指導(dǎo)思想，對(duì)于部分不符合當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防要求的多層磚混結(jié)構(gòu)建筑物，國(guó)家可倡導(dǎo)通過(guò)加固圈梁和構(gòu)造柱的方法來(lái)提高建筑物的抗震效果，通過(guò)合理設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱達(dá)到連接有效的效果[9]。這樣在保存建筑結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)了建筑房屋使用年限，也大大提高了建筑房屋使用價(jià)值。當(dāng)然，多層砌體結(jié)構(gòu)的整體連接結(jié)構(gòu)只是抗震設(shè)防的一個(gè)方面。為滿足住建部要求的“三水準(zhǔn)”，工程師們應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范規(guī)定對(duì)建筑物進(jìn)行綜合抗震設(shè)防考慮，從而使得建筑物的整體抗震性能得到提高[10]。