淺析鋼筋混凝土框架結構建筑的震害及其措施研究

王昌麗 杜清雅

【摘要】地震的發生無法預先預料，一旦發生將會給社會帶來嚴重的危害；筆者參照相關資料，對發生地震災害地區的房屋的鋼筋混凝土框架結構進行了分析，闡述了發生地震之后的房屋鋼筋混凝土框架結構的具體情況，并在此基礎上提出了提高房屋鋼筋混凝土框架結構的加固措施，從抗震對策的角度上制定了有效的措施，以此將鋼筋混凝土框架結構的抗震性能全面提高。

【關鍵詞】 鋼筋混凝土框架結構；地震；加固

一、多高層鋼筋混凝土建筑的主要震害特征

1、結構布置不合理引起的震害

1）結構平面不對稱造成的震害

結構平面不對稱有兩種情況，一是結構平面形狀的不對稱，如L形、Z形平面等；二是結構的平面形狀對稱但結構的剛度分布不對稱，這往往是樓梯間或抗震墻布置不對稱造成[1]。

2）防震縫寬度不足產生的震害

一些高層建筑由于預留的防震縫寬度不足，出現了房屋相互碰撞而引起損壞的現象。

2、框架結構的震害

框架結構的震害主要是由于強度和延性不足引起，一般規律是：柱的震害重于梁，角柱的震害重于下端。因此，可以歸納為框架柱和節點的破壞，其主要形式如下：

1）框架柱

框架柱結構的震害主要有彎曲破壞、剪切破壞和壓彎破壞。彎曲破壞主要表現為上下柱端出現水平裂縫和斜裂縫（也有交叉裂縫），混凝土局部壓碎，柱端形成塑性鉸。嚴重混凝土剝落，箍筋外鼓崩斷，柱筋屈曲。剪切破壞表現為柱子在往復水平地震剪力作用下，出現斜裂縫或交叉裂縫，裂縫寬度比較大，箍筋屈服崩斷，以修難復，屬于脆性破壞。壓彎破壞表現為柱子在軸力和變號彎矩作用下，混凝土壓碎剝落，主筋壓曲成燈籠狀。柱子軸壓比過大，主筋不足，箍筋過稀等都會導致這種破壞。破壞大多出現在梁底與柱頂交接處。這是一種脆性破壞，較難修復[2]。需要注意的是，箍筋在施工時由于端部接口處彎曲角度不足，使箍筋端部接口僅錨固在柱混凝土保護層中，在地震的反復作用下，混凝土保護層剝落、箍筋迸開失效，使柱混凝土和縱向鋼筋得不到約束，從而導致柱子破壞。

從破壞的位置分析則主要有角柱破壞、短柱破壞和柱牛腿破壞。角柱破壞是由于雙向受彎、受剪。加上扭轉作用，震害比內柱嚴重。有的上、下柱身錯動，鋼筋由柱內拔出。短柱破壞是當柱高小于4倍柱截面高度（H/hc≤4）時，形成短柱。短柱剛度大，易產生剪切破壞。柱牛腿破壞則是牛腿外側混凝土壓碎，預埋件拔出，柱邊混凝土拉裂，其主要原因是由水平力引起的。

2）梁柱節點

節點破壞的主要原因是節點的受剪承載力不足，約束箍筋太少，梁筋錨固長度不夠以及施工質量差所引起的。節點核心區產生的對角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落，接點內箍筋很少或沒有放箍筋時，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。梁筋錨固破壞是梁縱向鋼筋錨固長度不足，從節點內被拔出，將混凝土拉裂。裝配式框架構件連接處容易發生脆性斷裂，特別是用坡口焊接鋼筋處容易拉斷，預制構件接縫處后澆混凝土開裂或散落。

二、震害原因分析

1、設計方面的原因

結構選型不合理，出現平、立面不規則的結構布置；未按強柱弱梁的抗震概念進行設計，柱子斷面小、材料強度低、層剛度弱、實際軸壓比超限；施工混凝土強度低，往往形成薄弱層，大震下彈塑性變形過大，形成層間屈服機制，從而造成框架柱壓潰、折斷、傾斜及節點破壞等，或造成整幢房屋或房屋底層的壓扁、傾斜、平移等整體破壞。

規范中對填充墻的豎向布置并無量化的規定，導致結構設計人員無章可循。即使在汶川地震后的建筑抗震設計規范局部修訂版中，也僅提出了如下要求“框架結構的圍護墻和隔墻，應考慮其設置對結構抗震的不利影響，避免不合理設置而導致主體結構的破壞。”雖然作為新增的強制性條文列入規范，但設計人員在執行過程中仍存在很大的主觀性。

2、施工方面的原因

施工單位偷工減料，施工方法不當，澆注混凝土強度不足，梁柱配筋不足。特別是框架柱子的混凝土強度及配筋不足，實際軸壓比往往超限，柱抗彎、抗剪、抗拔能力差，是造成整幢房屋傾倒、傾斜、壓扁及柱子折斷、壓潰的重要原因。柱箍筋彎鉤不是135度，大部分為90度，箍筋錨固差，加上無加密區等，對柱子混凝土約束很差，造成柱子壓屈、壓潰、剪切破壞等。柱局部抗壓抗剪十分薄弱，大震下局部柱壓潰或折斷，造成整幢房屋傾倒或傾斜。

三、從建筑結構減輕地震災害

1、隔震技術在建筑結構中的應用。

隔震技術是國際上熱門的工程抗震新技術。它通過把隔震消能裝置（如橡膠隔震墊）安放在結構物底部和基礎（或底部柱頂）之間，把上部結構和基礎“隔開”。這樣，改變了結構的動力特性和動力作用，明顯地減輕結構物的地震反應，達到“以柔克剛”的效果。國內外大量的試驗和工程實踐證明，隔震體系一般可使結構水平地震加速度反應下降60%左右，從而消除或有效減輕結構的地震損壞，提高建筑物及其內部人員的安全性。隔震體系具有很大的垂直承載力（50T～2000T）及很大的垂直壓縮剛度，而其水平變形剛度較小（0.25kN/mm～1.8kN/mm），水平極限變位值較大（10～50cm），它具有足夠大的初始剛度，以抵抗風荷載和輕微地震，當強地震發生時，又能自由柔性滑動，而變形過大時，剛度回升，具有保護和限位作用，鋼板夾層橡膠隔震墊具有較大的復位能力，在多次地震中自動瞬時復位。

2、建筑結構消能減震技術的應用。

結構消能減震技術的方法是指在結構的某些部位（如支撐、剪力墻、節點、連接縫或連接件等）設置消能阻尼裝置或元件，通過消能裝置產生摩擦非線性滯回變形耗能來耗散或吸收地震能量以減小主體結構的水平和豎向地震反應，從而避免結構產生破壞或倒塌，以達到減震抗震的目的。如油、金屬等，制成減震阻尼器，附加到建筑上。而阻尼能夠將地震的動能轉化為熱能，消耗地震的能量，減小地震對建筑的影響。 這種方法主要用于高層或超高層建筑。

3、合理的建筑設計，也可提高建筑結構的安全可靠性其實從建筑設計的角度出發，在正確的抗震理論指導下，依據合理的設計原則，同樣可以提高甚至保證建筑結構的安全可靠性。這些原則包括結構構件應具備足夠大的承載能力；結構應具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉和位移；結構應具有足夠大的延性和耗能能力，這一點對結構在強震作用下的安全性尤為重要。延性是指構件和結構屈服后，具有承載力不降低或基本不降低、且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大，說明塑性變形能力大，強度或承載力的降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結構倒塌。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家標準，GB 50011-2010，抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]馮遠，克艱，宜豐.汶川地震災害引發建筑結構設計者的思考[J].建筑結構，2008，38（7）：25-27. 許凱明工程師，1976.11