對建筑物抗震設計的幾點思考

摘要：5.12汶川地震造成了大量的房屋倒塌和人員傷亡，本文通過對地震區鋼筋混凝土結構和砌體結構的震害分析，針對樓梯間、強柱弱梁、填充墻、村鎮自建房等在抗震設計中出現的問題，參照2001年版的《建筑抗震規范》，總結經驗教訓，提出了筆者認為合適的改進措施。震害調查表明，只要嚴格按照規范設計，保證結構施工，房屋建筑基本上就能達到“大震不倒、中震可修、小震不壞”的三水準設防目標。

關鍵詞：汶川地震；建筑震害；抗震設計

中圖分類號：TD229文獻標識碼：A5.12汶川地震是新中國建立以來破壞性最大，波及范圍最廣的一次地震。不僅在震中區附近造成了毀滅性破壞：接近七萬人在地震中喪生，一萬七千人多人失蹤，而且在四川省和鄰省市也造成了大規模的破壞，重創了約五十萬平方公里的國土面積，其影響甚至波及到了境外。

調查發現，在同一地點，有的建筑損傷嚴重，甚至倒塌，有的較輕；在高烈度區，理論上抗震性能好的現澆鋼筋混泥土結構倒塌了，而原來認為抗震性能差的砌體結構卻能裂而不倒；抗震設計中希望出現的梁鉸并沒有出現，反而柱端大量出鉸，形成了“強梁弱柱”。本文對強柱弱梁，樓梯間，填充墻以及村鎮自建房在此次地震中表現出來的震害進行了分析，提出了筆者認為的改進方法和措施。

1 強柱弱梁的問題

在這次汶川地震中，設計期望出現的“強柱弱梁”基本上沒有出現，反而是柱端大量出現，節點區破壞嚴重。

規范規定的“強柱弱梁”實際上是指梁端實際受彎承載力Ｍaby小于柱端實際受彎承載力Macy。由于地震作用的不確定性，以及現澆樓板的影響等因素的影響難以通過精確的計算加以保證，同時為了加大可靠度，規范采用了增大柱端彎矩設計值的方法以期望達到“強柱弱梁”，即：

由于在計算梁端彎矩時，考慮了樓板的作用，從而形成T型梁，使梁的剛度增大，再加上對梁的剛度又乘以了一定的放大系數，使得梁的配筋增大，并加上板筋的影響，使得實際梁端受彎承載力是大于計算彎矩的。另一方面，一般情況下，即使增大了柱端的計算彎矩，但仍按照構造要求配筋。所以在多數情況下，實際結構設計形成的是“強梁弱柱”。在本次地震中，大量的鋼筋混凝土框架結構就出現的是柱鉸機制，如圖1所示，底層柱上端出鉸導致整體結構發生側移，圖2示明顯可以看出節點區混凝土壓潰，鋼筋壓曲外露。為此，筆者認為可以采取以下措施：1）所有梁柱節點計算柱端彎矩的時候應該考慮現澆板，雙筋等的影響。2）提高框架柱的抗彎和抗剪的能力。3）加大節點區箍筋的配筋率，以有效約束節點區混凝土。

2 樓梯間的抗震問題

樓梯間是建筑物的主要出入口，也是地震發生時人員疏散的唯一通道，所以防止樓梯間的倒塌破壞，影響人員的疏散就顯得尤為重要。由于樓梯間的橫墻比較高，側向剛度大，梯段與樓梯平臺存在錯層，受力復雜，所以在地震作用下很容易發生破壞。在這次地震中，梯段板的破壞是以前沒發現的特殊震害。其主要原因在于，在水平地震作用下，梯段板承受反復拉彎和壓彎作用，而在結構設計中并沒有考慮這種作用，僅僅考慮了重力荷載，由此設計出來的梯段截面不足以承擔沒有考慮的水平荷載。在今后的抗震規范中應該考慮這種情況。此外，為了保證樓梯的整體性，應避免采用預制裝配式樓梯；同時應加強樓梯間的設計，提高其安全儲備，保證其在地震作用下不倒。

3 填充墻

填充墻屬于非結構構件，當結構遭遇超過設防烈度的所謂“大震”影響時，會率先開裂，破壞，從而耗散大量的地震輸入能量，是抗震設防的第一道防線。在反復水平地震作用下，墻體由于水平剪力的影響會出現明顯的X型的交叉裂縫。如圖5，圖6所示。作為圍護結構，填充墻對結構的不利影響也應考慮到設計中去，避免因填充墻設置不合理而導致主體結構的破壞。典型的例子是在底框結構中，由于結構上部設置了大量的隔墻，使得結構上部剛度較大，而底層，抗側力結構只有柱子，剛度較小。這種上下剛度的不一致導致的剛度突變會使得下部變形集中，容易出現垮塌。填充墻雖然不是承重構件，但在地震中如果發生倒塌同樣可以造成傷亡。于是的與主體結構的連接就顯得很重要。如果連接太弱，可以減少其對主體結構的影響但為了維持自身的穩定，構造可能比較復雜；另一方面連接太強，會增大結構的剛度，從而增大地震作用。針對這個問題需要更多的研究來解決。

4村鎮自建房

在汶川地震中，村鎮建筑物的震害遠比城市中建筑物的震害嚴重，大量房屋倒塌，其中不少是中小學校，造成了大量的人員傷亡和財產損失。村鎮自建房之所以產生這么嚴重的破壞，原因主要有以下幾點：1）大量采用局部底框結構。為了獲得底層沿街的商業空間，底層臨街通常為框架結構，背街面為砌體結構，從而造成了平面剛度嚴重不均勻，地震時墻體破壞嚴重：背街面外縱墻窗間墻嚴重開裂，甚至倒塌。這是因為外縱墻的剛度大，在水平地震時吸收了大量的能量形成了X型裂縫。2）設計施工質量差。在一般情況下，居民基本上都沒有圖紙，自己找的施工隊也沒有相應的資質，也缺乏監理單位的監督，同時為了最大程度的獲取經濟利益，不少施工隊偷工減料，從而使得房屋的質量低下。比如有的磚混結構中，砂漿的標號基本上是零。為此，考慮到農村居民的經濟情況，政府可以找設計單位統一設計幾種經濟合理的房屋方案供居民選擇。這樣既減輕了居民的經濟負擔，又能保證房屋的質量符合國家規范。

結語

從以上的對地震中出現的各種問題的分析，可以得出以下結論：（1）要建造抗震性能優越的建筑物，抗震概念設計比軟件的使用更為重要。這要求結構工程師對概念正確，深入的理解。而不是簡單的會使用各種分析軟件。（2）震害調查分析表明：只要嚴格按照國家抗震規范正確設計，是能夠保證“大震不倒、中震可修、小震不壞”的三水準設防目標。

參考文獻

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