從汶川地震談對建筑抗震設計的認識

摘要:本文通過對遭受汶川地震作用下的鋼筋混凝土建筑和砌體結構的震害，針對概念設計、構造、未成年人保護、樓梯間等問題，依據《建筑抗震設計規范》(50011-2001)版條文及08年修訂版變更條款(以下簡稱《規范》)，結合工作經驗，分析原因，淺談對建筑抗震設計的認識。

關鍵詞:汶川地震 概念設計 構造 未成年人保護 樓梯間

0 引言

2008年5月12日.四川省汶川地區發生8.5級大地震

在這次地震中，“89規范”之前的建筑物多數遭受嚴重破壞，直至倒塌;90年以后建造的建筑大部分作到了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準抗震設防目標。在極震區，有的鋼筋混凝土建筑倒塌了，可相鄰的砌體結構卻“裂而不倒”。本文依據《規范》，結合工作經驗，分析原因，淺談對建筑抗震設計的認識。

1 抗震設計應重概念、輕精度

地震作用計算是依據當地50年設計基準期內超越概率10%的地震烈度對應地震地面運動加速度的設計取值來計算的，原本就是一種數學上的精似計算，想得到精確準確的計算結果是非常困難的。

概念設計是根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。以達到合理抗震設計的目的。

設計時只靠提高地震作用來提高抗震能力，結構的各構件將需全面增加材料，增加投資，不符和我國國情;而提高抗震措施，著眼于把財力、物力用在增加結構薄弱部位的抗震能力上，是經濟而有效的方法。

1.1 結構體系合理 《建筑抗震設計規范》第3.5.2條3.5.3條規定，不論是鋼筋混凝土結構還是砌體結構，均要求結構體系完整，傳力路徑明確，但在設計中，為滿足建筑師的創新突破，結構設計以拆柱子、開大洞、砌體結構中大量鋼筋混凝土構件承重、轉角開門窗、樓梯間凹凸于建筑轉角等作為代價，結果破壞了結構整體性及傳力路徑，在地震中率先破壞導至結構失穩坍塌;鋼筋混凝土框架結構中，圍護墻和隔墻(不包括輕質隔墻)不合理布置，可使結構形成剛度和承載力突變的薄弱部位而引起倒塌，(上下樓層的數量相差很大導致上剛下柔;墻不到柱頂，形成短柱剪切破壞);

目前的學校建筑因建筑構造要求及經濟因素等的影響多采用單跨的鋼筋混凝土框架結構，在結構抗震計算時，此體系結構對抗震有明顯的不利因素，高烈度區的橫向層間位移難以滿足規范要求而倒塌，

1.2 設置多道抗震防線 此次地震發現，在高烈度區理論上抗震性能較好的鋼筋混凝土結構有倒塌的，而抗震相對較差的的砌體卻也有裂而不倒的;甚至個別私人建造的磚木結構的住宅都完好無損;同一地點，同是砌體教學樓，有的損壞嚴重，甚至倒塌，有的卻表現良好。這就是多道抗震防線起了作用。

《建筑抗震設計規范》第3.5.3條對結構體系提出了多道抗震防線的要求，對于在大震作用下結構抗倒塌具有重要意義。

砌體結構的構造柱、圈梁雖然不能提高結構的抗震承載力，但作為砌體的約束構件，可以提高墻體的延性。在大震作用下，作為“第二防線”延長建筑物變形時間，約束緊箍建筑物裂而不倒，保證居住者有足夠的逃生時間。

框架結構，尤其是教學樓這種大空間結構，如果合理設置柱間支撐或柱子翼墻(不影響空間采光和美觀)，增加結構縱向剛度;剪力墻結構合理設置連梁，讓其作為結構的“第一道防線”在大震來臨時，率先破壞，消耗地震能量并改變整體結構的動力特性，降低地震力，來保護主體結構的安全。

多層框架設計時可考慮將樓梯間墻體設置成剪力墻，大跨度的公共建筑適當在墻體位置處增設剪力墻，形成抗震的多道防線。

1.3 有意識作到“強柱弱梁” 《規范》第6.2條鋼筋混凝土框架的設計計算應遵循“強柱弱梁”的原則。但在這次地震中，應該要求的“梁鉸機制”在毀壞的鋼筋混凝土框架建筑沒有出現，反而出現了大量的“柱鉸”。

在實際設計中，考慮到部分樓板作用形成T形梁，將框架梁的抗彎剛度放大到1.5-2.0后，梁的實際承載力大于梁端彎矩;一般情況下，框架柱即使增大了柱端彎矩設計值，計算結果只能按構造要求配筋;只有當構件抗震等級為9度一級時，規范才要求按照梁的實配鋼筋反算柱端彎矩。因此對于占建筑大比重的抗震等級為二、三級的構件，實際的結構設計再精確，形成的還是“強梁弱柱”。

因此，設計時要意識的減小框架梁的斷面和配筋，尤其是層數低跨度大的框架結構，有必要加大框架柱截面和配筋。合理確定梁的放大系數，計算后切記不要人為再放大框架梁的配筋。

2 抗震構造的合理設置是提高抗震能力的有效途徑

汶川地震中，有許多建筑因構造的不規范、不合理，甚至是因為構造缺失造成整體的跨塌:預制樓板不拉結，砌體結構不設構造柱、圈梁，地震時墻體外閃而樓板癱塌、樓梯板施工縫留在最大彎矩處;樓梯與主體結構連接薄弱，地震時先于主體破壞，堵塞逃生通道;抗震縫寬度不夠，或因施工堵塞，不同結構的相鄰建筑物在地震中碰撞而相互擠壞;框架結構節點鋼筋錨固不足，箍筋不加密或不夠長度，造成節點先行破壞;填充墻不到頂形成短柱時沒有全高加密，造成柱剪切破壞。

《規范》提到的構造都是根據以往的地震災難和工程經驗積累出來的有效且必要措施，提高抗震措施，著眼于把財力、物力用在增加結構薄弱部位的抗震能力上，是經濟而有效的方法。

砌體結構應嚴格按《規范》設構造柱、圈梁。尤其是樓梯、電梯間的四角，樓梯段上下端對應墻體;錯層部位、不規則部位縱橫墻交接處;較大洞口兩側;較小墻垛處;外墻四角均設構造柱

砌體結構受力集中部位應構造可靠，加強混凝土大梁與墻體的連接，7-9度時不得采用獨立磚柱，大跨度梁應采用組合砌體，即在支撐部位僅設置構造柱是不夠的，是需要進行沿樓面大梁平面內、平面外的靜力和抗震承載力驗算。

框架結構節點鋼筋須滿足錨固要求，梁柱箍筋按規范加密，注意箍筋與縱筋的比例;填充墻不到頂形成短柱時，框架柱應全高加密，從構造上保證強剪弱彎、強節點強錨固;保證大震來臨時，梁的塑性鉸能發揮作用，避免柱及節點破壞形成幾何可變體系而倒塌。

女兒墻等非結構構件應與結構主體可靠連接，且應具有良好的變形能力，尤其是建筑物出入口上部的挑檐、女兒墻、玻璃幕，吊頂避免地震時脫落傷人;嚴禁采用無錨固的預制混凝土挑檐。

當設計必須采用預制裝配式樓板時，則應做好預制板間拉接錨固，設置板邊圈梁，板縫現澆配筋帶，并設置板端現澆配筋腱鞘，可有效提高樓蓋的整體性。

3 重視未成年人的保護

根據震害，國家再次加強了對未成年人密集居住建筑的抗震設防標準，規定教育建筑中，幼兒園、小學、中學的教學用房及學生宿舍和食堂，抗震設防類別應不低于重點設防類。與大型體育場管(人口密集)同類設置。

4 生命通道——樓梯間的安全

由于樓梯段側向剛度較大、山墻較高、休息平臺與樓層存在錯層，地震是最容易破壞。作為逃生通道，樓梯間的抗震設計應予以充分重視。

4.1 樓梯間的混凝土梯段、梁、板應參與計算，并考慮對樓梯間山墻造成的不利影響。

4.2 在教學樓、醫院等人群密集的建筑有必要在室外另設疏散樓梯，以便室內樓梯間破壞時有第二個逃生通道。

4.3 樓梯間構造合理，形成應急疏散的安全島。

嚴格按規范設置構造柱，拉結鋼筋，鋼筋混凝土帶，可靠連接或錨固。

4.4 不應采用墻中懸挑是踏步或踏步豎肋插入墻體的樓梯，不應采用無筋磚砌欄板。

4.5 樓梯間不宜設置在房屋的端部或轉角處，更不宜設置突出建筑物的轉角圓形樓梯間，這都是宜引起地震時集中變形破壞的地方。

5 結語

汶川地震表明，只要嚴格按《建筑抗震設計規范》設計和保證施工質量，以及震前經過抗震加固的建筑都能達到“三水準”的抗震設計要求。

參考文獻:

《建筑抗震設計規范》(50011-2001)