城市常見結構類型震害分析

陳玲飛 魯國保

(1.臺州市名泰建設工程有限公司，浙江臺州 317500; 2.浙江綠城六和建筑設計有限公司，浙江杭州 310007)

1 概述

城市作為人類聚居地，隨著國民經濟的發展，也發生了很大的變化。在我國，對于中小城市來說，目前城市中主要的建筑形式為多層砌體結構，鋼筋混凝土結構和混凝土柱的單層工業廠房等，不同的結構形式在地震作用下的震害現象和原因也是各不相同的。

2 常見結構震害

2.1 多層砌體結構

多層砌體結構是我國近幾十年民用建筑的主要結構類型，據不完全統計，砌體結構在我國住宅建筑中的比例高達80%，在整個建筑業中約占60%～70%。對于砌體房屋，震害特征主要表現在以下幾個方面：

1)墻體的破壞。砌體結構的承重構件就是墻體，所以墻體抗震性能的好壞就直接影響著結構的安全與否。當墻體受到地震力作用時，通常會出現與水平線呈45°角的斜裂縫，隨著地震的往復作用，開裂墻體沿裂縫滑移、錯位、剝落，最終喪失承載力。還有一些墻體會在房屋底層或過梁上方產生水平通縫，這主要是由于墻體水平縫砂漿強度較低，在地震作用下，墻體產生整體彎曲和水平錯動造成的。砌體結構的不均勻性，也是這種破壞的主要原因。而在對砌體結構進行震害預測時，主要考慮了墻體強度、面積率及構造柱等因素的影響，所以墻體成為判斷砌體結構破壞程度的主要依據之一。

2)洞口間墻和窗下墻的破壞。洞口間墻和窗下墻通常是在外縱墻上開洞形成的，這樣一來墻體被削弱，在地震過程中，由于受彎剪作用影響發生震害，出現貫穿的斜裂縫或X形裂縫。當墻體高寬比較大時，墻體會形成較陡的斜裂縫，上側的墻體有沿裂縫下滑的趨勢，使承載力降低，在余震中也容易發生倒塌。

3)樓蓋和屋蓋的破壞。樓蓋和屋蓋是傳遞水平地震力的主要構件，其剛度大小對房屋的抗震性能有很大影響。尤其是對于早期的砌體建筑，樓蓋和屋蓋大多采用預制空心板，這種形式中，板和板之間、板和墻體之間的拉結不夠牢固，導致整體性較差，當地震發生時，常出現樓板滑落、折斷現象。

4)樓梯間的破壞。樓梯間是砌體結構中的薄弱環節，而它作為結構上下層的交通聯系部分，在地震發生時是主要的疏散逃生通道，承擔著舉足輕重的作用。而在以往的抗震規范中，并沒有對樓梯間的設計給予更多更詳細的要求。汶川地震發生以后，我們發現有許多砌體房屋的樓梯間遭到嚴重破壞和倒塌，沒能完成它作為抗震安全島的使命。2010規范修訂時，人們意識到樓梯間問題的嚴重性，加強了對樓梯間的構造要求。

5)縱橫墻交接處的破壞。地震發生時在縱橫墻交接處會產生豎向裂縫，一旦地震烈度較高，就會發生縱橫墻脫開、外閃的情況，此類破壞通常是由于縱橫墻交接處或轉角處砌筑接槎不良導致的，所以施工質量是保證砌體結構整體性和抗震性能的關鍵之一。

6)凸出屋面部分的破壞。凸出屋面部分(如樓梯間，小塔樓等)和女兒墻，在地震時受鞭梢效應的影響震害情況較重。女兒墻在房屋頂部，約束較少，而且在結構轉角處受到扭轉作用，極易破壞，雖然其對主體結構影響不大，但容易發生墜落造成傷害。

2.2 底部框架砌體房屋

底部框架砌體房屋是指結構底層或底部兩層采用鋼筋混凝土框架形式，而上部采用砌體形式的建筑。這類結構的底部能夠提供大空間，上部各層采用較多的縱橫墻，適合于底層設置商店、餐廳等，上部為住宅、旅館等建筑。它相比于整體框架—抗震墻結構來說更經濟，更符合我國早期的經濟水平。

該結構的上下組成材料不同，造成了它在抗震性能方面表現較差。其底部剛度較小、上部剛度較大，在地震發生時，變形常常集中在底部，使其產生過大的側移而發生破壞，甚至倒塌。

2.3 框架結構

框架結構，由于其自重輕，空間分割靈活，利于安排較大空間，采用現澆鋼筋混凝土形式結構整體性好，空間剛度較大等優越的綜合性能在我國城市建設中得到了廣泛的應用。對于框架結構，在地震發生時的主要震害特征有以下幾點：

1)框架柱的破壞。

由于樓板和填充墻的作用，框架梁和屋蓋的實際剛度增加，在實際地震中，很少發生預期理想的總體屈服機制，無法做到延性框架所要求的“強柱弱梁”，而是柱端形成了塑性鉸破壞。框架柱的柱頭或柱腳通常出現混凝土壓潰酥碎，鋼筋屈服，并產生很大位移，喪失承載能力。尤其當框架柱截面較小、配筋量偏少時，更容易發生此類破壞。考慮到這種破壞形式，規范總是對框架柱的柱頭、柱腳等薄弱部位加強構造措施，2010規范在修訂時，不僅提高了構造要求，更是在對框架構件進行抗震計算時，提高了構件的組合內力設計值調整系數，由此可見對框架結構抗震性能的重視。

2)薄弱層的破壞。

為了滿足經濟需要，對于一些鋼筋混凝土框架結構房屋，通常將首層設為商鋪，設置了部分砌體隔墻，而二層卻將層高加大且布置空曠，這樣一來首層抗側剛度較大，二層剛度較小，形成了相對薄弱層。在地震作用時，由于剛度沿高度方向突變，破壞集中在薄弱樓層發生，對抗震不利。框架結構的震害預測通常需要計算結構的延伸率。如若薄弱層沒有加強，縱使其他部位抗震性能再好，也不能減輕建筑的破壞程度。所以加強薄弱層的抗震，對減輕框架結構的震害程度非常重要。

3)樓梯的破壞。

現澆在框架結構中的樓梯在地震中參與地震力的分配，其作用相當于一個“K”形支撐，當層間位移發生時，一個梯板受拉另一個受壓，梯梁受力復雜復合空間彎、剪、扭綜合作用，而發生破壞。其表現形式多為梯板在1/3至跨中位置斷裂，梯梁在中部破壞。由于樓梯間承擔著危險時刻的逃生作用，所以人們逐漸認識到加強樓梯間抗震性能的重要性。汶川大地震發生后，人們更是注意到了這點。2010規范在修訂時，將這一認識轉化成了具體條文要求，這在以前的抗震規范中是沒有的。

4)圍護結構和填充墻的破壞。

由于框架結構屬柔性結構，在地震作用下會產生較大的水平位移，若結構防震縫寬度不夠，或兩建筑相距較近，則兩側的單元在地震時就會發生碰撞，造成圍護結構和填充墻的破壞倒塌。

2.4 單層鋼筋混凝土柱工業廠房

單層鋼筋混凝土柱工業廠房(以下簡稱單層廠房)跨度大，空間布置比較靈活，室內外高差較小，便于大型機械的進出，能承受較大的荷載，所以在工業設計中普遍采用這種形式，也是目前城市中廠房的主要形式。和其他結構形式相比，單層工業廠房的震害較輕。通過調研發現，在7度地震作用下，廠房的主體結構和支撐體系基本完好，圍護結構局部發生開裂;8度地震作用下，主體結構開始出現開裂破壞，有一些甚至出現嚴重損壞，支撐系統會出現有些桿件壓屈或節點拉脫，圍護結構嚴重開裂，山墻頂部會出現外閃倒塌;9度地震作用下，震害情況加劇，主體結構嚴重破壞，屋蓋系統出現坍塌，支撐構件大多數壓屈，節點拉脫，圍護墻體大面積倒塌。

3 結語

一般來說結構發生破壞的主要原因有以下幾點：

1)結構體系不明確。有些房屋采用混合的結構形式，而不同的結構形式在材料性質和振動特性上差別很大，容易在地震時各個擊破，造成嚴重破壞;2)結構不規則。結構布置不規則將導致建筑的剛度和質量分布不均，在地震時易發生扭轉破壞;3)其他因素。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］ 王燕紅，靳長青，楊歡歡.淺析08版抗震規范修訂細要［J］.科技天地，2003，33(12)：26-28.

［3］ 魏惠芳.新抗震規范特點及性能化抗震設計方法探討［J］.甘肅科技，2005，21(4)：100-102.

［4］ 常建蘭.平面不規則砌體結構房屋震害情況評估［J］.山西建筑，2011，37(33)：37-38.