馬剛

一、震害研究

1.震害的特征

災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)表明，大地震能夠嚴重損壞底層框架砌體結(jié)構(gòu)房屋。以我國唐山大地震為例，絕大部分的房屋底層框架部位都遭到破壞，尤其以柱頂與柱底的損壞最為嚴重。而發(fā)生在2008年的汶川大地震中，在重災(zāi)地區(qū)，包括汶川、北川等地，房屋破壞還是以底層框架砌體結(jié)構(gòu)房屋損壞為主，底層框架柱的毀壞直接導(dǎo)致了其上面幾層的破壞坍塌，最終致使房屋整體毀壞。

而建筑結(jié)構(gòu)的上剛下柔是形成底層框架砌體結(jié)構(gòu)房屋損毀局面的一個重要因素。此種房屋上層的縱墻和橫墻的密度都比較大，造成重量偏高，同時側(cè)向剛度也大幅度提高。但建筑物采用的是底層框架承重結(jié)構(gòu)，縱墻和橫墻的數(shù)量不多，導(dǎo)致側(cè)向剛度低于房屋上層，最終建成了上剛下柔的建筑結(jié)構(gòu)。一旦發(fā)生地震，剛度會沿著縱向發(fā)生變化，與此同時，側(cè)向變形基本都是在底層發(fā)生的，相對來說，建筑其他層面的側(cè)向變形非常弱。在出現(xiàn)地震的過程中，如果建筑的抗側(cè)力構(gòu)件的變性高于構(gòu)件能夠承受的極限值，勢必會發(fā)生嚴重的損毀。

2.破壞類型

第一，結(jié)構(gòu)承載力較低造成的破壞，亦或是變形過大形成的損毀。當?shù)卣饋砼R時，地震力對建筑物產(chǎn)生作用，會導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力急劇變化，結(jié)構(gòu)變形逐漸嚴重化，最終出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)承載力較低而出現(xiàn)破壞，或者是變形過于嚴重而發(fā)生損毀，具體會發(fā)生墻體裂縫、鋼筋混凝土柱剪斷等情況。嚴重時會房倒屋塌。隨著地震力的巨大作用，若是房屋結(jié)構(gòu)的振動變形超過允許范圍，即使建筑物的主體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞，然而墻體飾品等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也會出現(xiàn)掉落等現(xiàn)象；

第二，整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定形成的損壞。眾多結(jié)構(gòu)構(gòu)件彼此的連接與支撐確保了房屋結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定。但是，一旦支撐結(jié)構(gòu)失去效用，各個構(gòu)件之間的連接不在牢固，都很容易造成房屋的穩(wěn)定性大幅度下降，從而形成部分損壞，甚至會發(fā)生房屋倒塌；

第三，地基穩(wěn)定性顯著降低形成的破壞。由于地震力的巨大影響，地基的穩(wěn)定性會急速下降，抑或是出現(xiàn)地基土液化的問題，繼而形成建筑物坍塌的嚴重后果。

二、抗震概念設(shè)計

1.分析主要因素和設(shè)計思想

首先，主要因素。地震屬于隨機振動，呈現(xiàn)了鮮明的不確定性及復(fù)雜性，因此，迄今為止，人們還無法精準預(yù)測房屋遭受地震的特性以及參數(shù)。與此同時，從結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析角度出發(fā)來研究，因為不僅沒有全面考慮空間作用及非彈性性質(zhì)的因素，同時也沒有對材料時效和阻尼變化等因素展開參考，所以不可以僅僅應(yīng)用計算來提升房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能，而是需要圍繞工程結(jié)構(gòu)抗震的基本概念及理論的立足點，充分結(jié)合豐富的抗震經(jīng)驗來解決工程的抗震問題。概念設(shè)計的主要因素包括以下幾點：第一，建筑場地的條件因素以及土質(zhì)穩(wěn)定性的高低；第二，房屋的平面布置和立面布置情況，房屋結(jié)構(gòu)外形的尺寸大??；第三，采用何種抗震結(jié)構(gòu)，如何布置抗側(cè)力構(gòu)件，結(jié)構(gòu)剛度以及質(zhì)量的布局情況；第四，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和主體結(jié)構(gòu)之間的連接與支撐；第五，建筑材料的質(zhì)量，施工過程的綜合質(zhì)量。

其次，設(shè)計思想?；驹O(shè)計原則及設(shè)計理念是研究人員深入分析地震工程災(zāi)害與工程經(jīng)驗等總結(jié)出來的，因此，設(shè)計人員必須要依照基本設(shè)計原則和設(shè)計理念來設(shè)計并布置工程的結(jié)構(gòu)，同時對工程結(jié)構(gòu)的細節(jié)構(gòu)造展開細化確認。在進行設(shè)計實踐時，工作人員不僅需要校準能量輸入、房屋體型和結(jié)構(gòu)體系等情況，同時還應(yīng)該對剛度分布和構(gòu)件延性等方面進行準確把握，從源頭對建筑結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位展開進一步強化，此外，設(shè)計員還需要進行精準的計算，合理排布結(jié)構(gòu)構(gòu)造，以此大幅度提升房屋的抗震能力。除此之外，設(shè)計人員還應(yīng)該重視房屋的關(guān)鍵細部結(jié)構(gòu)，科學設(shè)計結(jié)構(gòu)布置規(guī)劃，從而有利于增強結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.基本要點

首先，底部一層和兩層框架之間的不同。在受力及變形方面，底部一層和兩層框架之間存在較多的不同之處，底部一層框架的變形是剪切型抑或是剪彎型，而兩層框架的變形是彎剪型。所以，底部兩層框架應(yīng)該嚴格以框架和中高剪力墻協(xié)同工作的方法科學的計算處于水平地震中的內(nèi)力，但是若是繼續(xù)沿用各抗側(cè)力構(gòu)件有效側(cè)向剛度比例進行地震剪力的計算，很容易造成第二層柱配筋偏小的問題，繼而大幅度提高安全隱患。與抗震結(jié)構(gòu)體系相關(guān)的章程標準規(guī)定：第一，結(jié)構(gòu)計算簡圖必須要準確，同時地震力傳遞途徑要科學合理；第二，要求擁有較高的強度和耗能能力，并且具備高度的變形能力；第三，剛度及強度的分布要合理，以此有效防止發(fā)生塑性變形集中、形成超高的應(yīng)力集中等現(xiàn)象，此外，工作人員還應(yīng)該積極采取科學的措施強化薄弱部位的抗震性能。

其次，基本原則。第一：結(jié)構(gòu)布置的原則。1）房屋結(jié)構(gòu)上層的剪力墻和底部的剪力墻之間必須要對齊；2）對于房屋的底部來說，應(yīng)當在縱向及橫向均設(shè)置剪力墻，同時注意剪力墻之間需要均勻布置；3）針對底層框架剪力墻房屋而言，沿著縱向與橫向兩個方向，當處于6度至7度之間，第二層和底層側(cè)向剛度比值不得超過2.5；當處于8度時，要求在1.0至2.0之間；4）在設(shè)計底部兩層框架剪力墻房屋時，在縱橫兩個方向，底層及底部第二層的側(cè)向剛度應(yīng)當基本保持一致，而第三層和底部第二層側(cè)向剛度的比值，當處于6度和7度之間，應(yīng)當小于等于2.0；一旦達到8度，比值則變?yōu)?.0至1.5之間；

第二：樓蓋構(gòu)造的原則。1）應(yīng)該使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板制作過渡層的樓板，要求板的厚度超過120mm，同時注意所開的洞口的尺寸要小，數(shù)量盡可能減少，如果洞口的尺寸超過800mm，則需要合理的設(shè)置洞口邊梁；2）在其他樓層中，若是樓板運用裝配式鋼筋混凝土板時，必須要安裝現(xiàn)澆圈梁，而如果是設(shè)計成現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，允許不設(shè)置圈梁，然而在樓板沿外墻周邊，必須要加強配筋，同時連接構(gòu)造柱。

三、隔震設(shè)計實例

隔震設(shè)計原理和隔振器布置隔震層的設(shè)置具體包括兩種類型，即基礎(chǔ)隔震、層間隔震，因為基礎(chǔ)隔震的實用效果要遠高于層間隔震，因此底部兩層框架節(jié)能砌體隔震建筑結(jié)構(gòu)運用的是基礎(chǔ)隔震。簡單來講，基礎(chǔ)隔震的設(shè)計原理就是指在房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和上層結(jié)構(gòu)的中間添加隔震層，從而將整體結(jié)構(gòu)清晰的劃分為兩個部分。此外，鑒于隔震層厚度較小，同時側(cè)向剛度非常低，在通常情況下，只是上層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的150至1150，從而延長了上層剛度的基本周期，基本是超過1.5s。一旦突發(fā)地震，因為隔震層的側(cè)向剛度與上層結(jié)構(gòu)的剛度具有較打的差距，會導(dǎo)致整體建筑的水平變形在隔震層集中出現(xiàn)，進而大幅度降低了地震力對上部結(jié)構(gòu)的作用，最終對房屋結(jié)構(gòu)形成有效的保護。一般來說，建設(shè)單位大多會選擇鉛芯橡膠隔震支座來作為隔震器，與此同時，注意要在柱子上設(shè)置隔震支座，讓隔震支座的形心及柱截面的形心保持一致。

四、實例分析隔震構(gòu)造措施

通過深入分析實際案例能夠得知，隔震建筑構(gòu)造措施的要點是必須要確保在地震中，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的隔震層可以出現(xiàn)相對位移。所以，在隔震支座的周邊不得存在阻擋物，同時隔震層上下兩部分結(jié)構(gòu)之間需要留有隔離縫，而隔震結(jié)構(gòu)以及局部非隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)該托開，除此之外，還應(yīng)當采用柔性接頭來連接隔震層的管道。

首先，若是想要在地面標高的下面安裝隔震支座，施工人員需要依著房屋建筑的四周都留有隔震縫，同時房屋結(jié)構(gòu)的懸挑部分和地面之間應(yīng)該是托開的；其次，在隔震層的上面建筑物的周邊，在少于20cm的范圍內(nèi)，不能有任何的阻擋物體，從而確保隔震層的位移空間充足。

五、樓梯處理實例及管道和避雷設(shè)備連接的實例

1.樓梯處理

工作人員一定要清晰分開結(jié)構(gòu)外部的非隔震樓梯以及隔震主體，并且非隔震樓梯的扶手和隔震部分的扶手之間應(yīng)該是錯開的，從而有效避免地震發(fā)生時，對位移形成制約，或者是二者出現(xiàn)碰撞的問題。

2.管道和避雷設(shè)備的連接

工作人員應(yīng)該使用柔性連接縱貫隔震層上下兩部分的水管。此外，還需要充分運用繞曲柔性連接貫穿隔震層的電氣和通信系統(tǒng)的配線，同時留存一定長度的配線，一般多余長度要超過40cm。

六、底部兩層框架節(jié)能砌體隔震建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟效益分析

采用底部兩層框架節(jié)能砌體隔震建筑結(jié)構(gòu)，能夠有效地節(jié)約資源，在保證抗震設(shè)防烈度的前提下有效地節(jié)約建筑成本，達到節(jié)能降耗的目的，獲得更高的經(jīng)濟效益與社會效益。采用中高烈度設(shè)防，底部兩層框架節(jié)能砌體隔震建筑結(jié)構(gòu)的成本的鋼筋用量大為減少，同時也減少了構(gòu)件尺寸，降低建筑造價100元/m2,與此同時，由于多出了一層大空間，可以作為商業(yè)建筑面積，收入高于住宅1000元/m2。

七、結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過多年的研究，我國的隔震技術(shù)水平進一步提升。砌體結(jié)構(gòu)屬于脆性結(jié)構(gòu)，具有剛度大、強度低、延性差的特點，但抗震能力則相對較差。而在建筑中應(yīng)用隔震技術(shù)，可以有效的降低建筑上部結(jié)構(gòu)的地震作用，不但可以提高建筑的安全性與耐久性，而且不會造成造價的增加，底部兩層框架節(jié)能砌體隔震建筑作為一種新興的設(shè)計，具有更好的發(fā)展前景。