地震帶民用建筑由磚混向框架發展的必要趨勢

徐淵

摘 要：中國地處環太平洋板塊、歐亞板塊和印度洋板塊的交接區域，地殼活動相對劇烈，沿著板塊的接觸面平行或近平行分布若干條地震帶，對我國的西南、西北和華北地區造成極大的地震威脅，如1976年的唐山地震、2008年的汶川地震等，造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。根據分析，建筑結構失穩是造成人員傷亡和經濟損失的主要原因。所以，應該對當前主流的磚混結構和框架結構進行對比，分析其結構性能，特別是抗震性能的優劣，探討地震帶民用建筑的合理建筑結構類型。

關鍵詞：地震帶；民用建筑；磚混結構；框架結構

中圖分類號： U445 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）04-70-2

1 地震造成的房屋結構的主要破壞類型

當前的理論界將震級大于五級的地震稱為破壞性地震，將會造成建筑物的嚴重破壞或人員的重大傷亡。根據對地震破壞形式的分析，其對房屋結構的破壞類型如下：

1.1 地基失效

所謂地基失效是指由于地震活動導致地面出現裂縫、山體滑坡等地質災害，對建筑物的地基造成直接破壞，導致其承載力部分或全部喪失，進行難以承受上部的建筑物載荷，造成建筑物的破壞[1]。該種破壞形式是大區域破壞，在地震造成的房屋破壞中相對較少，從建筑結構的角度難以實現有效的預防和處理，應該從建筑物的選址等方面進行預防，本文不做詳細論述。

1.2 震動作用

顧名思義，震動作用就是地震發生時，因其力學釋放產生的縱、橫波對地面建筑物造成的震動影響，這是地震中建筑物的主要破壞形式，造成大量房屋的倒塌，是地震造成的人員傷亡和財產損失的主要原因[2]。此方面，可以通過合理的房屋建筑結構設計進行建筑物的減震處理，增強對震動作用的抵御能力。

2 當前民用建筑的主要結構類型介紹

2.1 磚混結構

磚混結構是磚塊、混凝土、鋼筋組合而成的建筑結構形式。在結構當中，通過磚塊構筑整個建筑物的豎向墻體，起到垂向的力學傳遞和支撐作用[3]，混凝土、鋼筋等構成建筑物的屋面等平面構件，實現對橫向受力的承載。該種結構形式是較為傳統的建筑結構，大多適應于低樓層建筑的施工中，能夠大幅提升施工的效率，降低施工成本，因而在先進的建筑領域仍然有其應用市場，是重要的民用建筑結構類型。然而，磚混結構的抗震性能低于框架結構，需要進行特殊的設計和處理才能滿足抗震需要。此外，磚混結構的部分墻體為承重墻，進行裝修或建筑物內部空間重新劃分時應該加以注意，避免因觸及承重墻的修改導致建筑物的結構受到影響。

2.2 框架結構

所謂框架結構是指通過梁柱、樓板等構成建筑物的承載主體，實現對建筑物自重和使用中的載荷的負擔的結構類型。它通過鉸接或焊接等形式將梁、柱和樓板連接在一起，形成統一的力學整體，能夠較好的抵御垂向和橫向的力學作用。在構成框架之后，通過磚塊等進行墻體的施工，起到空間隔絕和防護的效果。由于建筑結構的主體是框架，因而，磚墻不具備支撐作用，能夠進行較大幅度的調整而無需考慮承重因素，所以，框架結構在建筑施工中的應用日漸廣泛，成為重要的工程結構類型。當前，主要的框架結構根據材料的不同可以細分為混凝土框架結構和鋼框架結構兩種，在具體的材料選擇、施工工藝上有一定的區別，但是其建筑結構沒有發生本質變化。

3 磚混結構和框架結構兩者之間的對比分析

3.1 負荷承載方面的比較

當前，磚混結構的承重主要依靠磚墻進行，混凝土樓板與磚墻的連接性較弱，導致結構的整體性相對較差，對于側向負荷的承載能力相對較低，受到側向力學作用時，容易發生結構的失穩。與之相比，框架結構采用鉸接或焊接手段進行梁、柱和樓板等連接，形成連接較為緊密的統一結構體，能夠對垂向和側向的負荷給予較好的承載[4]。由此可見，就結構特性而言，框架結構的負載能力要優于磚混結構。

3.2 力學傳遞方面的比較

就力學傳遞而言，兩種結構的傳遞形式大致相似，磚混結構是通過樓板將建筑物上部的載荷傳遞到承重墻上，由其向下垂直傳遞到地基。框架結構則是通過樓板將力作用到結構梁上面，之后通過與梁鉸接或焊接的柱進行力學傳遞，最終傳送到建筑物基礎。

3.3 空間改造方面的比較

兩者相比，主要的區別在于磚墻的作用，磚混結構中，磚墻是重要的力學傳遞載體；而框架結構中，磚墻僅僅起到空間隔斷和圍砌的作用，不參與主要的負荷承載。這導致進行空間改造時，磚混結構的建筑物需要考慮墻體的承重需要，不能進行隨意改造，否則將影響建筑物的結構，造成結構破壞。該方面，框架結構具有極強的靈活性，能夠對大多數的磚墻進行靈活改造，無需考慮承重問題。因而，就空間改造的靈活性而言，框架結構要好于磚混結構。

3.4 材料方面的比較

磚混結構的材料主體為磚塊，輔助以混凝土和鋼筋等，其主體仍然為最為常見的紅磚。近些年，隨著制磚工藝的改進，空心磚、黏土磚等新型磚材的問世，但是仍然沒有改變磚塊的形態和基礎性質。而框架結構的主要材料可以分為兩類，傳統的框架結構為鋼筋和混凝土，通過不同的澆筑方法形成形狀、性能各異的建筑構件。近些年，隨著鋼材冶煉技術的發展，各類耐候鋼材、特性鋼材相繼面世，推動了鋼框架結構的發展，導致框架結構的材料除了常規的混凝土以外，還包含相應的鋼材。

3.5 空間結構方面的比較

整體來看，受到承載力的限制，磚混結構的空間高度應該維持在5m以下，跨度也應該相對縮小，不能超過樓板的承載能力，這導致空間結構受到限制，房屋空間相對較小。該方面，框架結構具有一定的優勢，高度能夠達到6m，其開間進深也有所拓展，實現房建的空間拓展，能夠較好的體現建筑的設計意圖。

3.6 適用建筑范圍的比較

一般來說，磚混結構以6層及以下的低樓層建筑為主，框架結構則應用于高層建筑。總體來說，框架結構的適應性好于磚混結構，具有較為廣闊的應用和發展前景。

3.7 抗震性能方面的比較

抗震性能是地震帶范圍內民用建筑應該重點考慮的方面，直接關系到建筑住戶的生命和財產安全，必須高度重視，從建筑物的結構入手，選擇高抗震性能的結構作為建筑的主要結構類型。具體到磚混結構和框架結構，磚混結構的承載主體為墻體，與樓板通過上層自重進行結合，能夠較好的抵御垂向壓力，但是對側向震動的抵御能力不足，在地震中極易受到沖擊而發生結構破壞。與之相比，框架結構的抗震性能則相對較好，它通過鉸接或焊接方式將梁、柱和樓板進行連接，形成較為緊密的連接體，能夠實現垂向和側向的力學抵抗。通過對地震中遭受破壞的建筑進行分析也得出同樣的結論：磚混結構的房屋樓板破壞最為嚴重，出現承重墻斜裂縫問題；框架結構僅發現大梁開裂和墻體裂縫問題，由于大多數墻體不參與承載，因而對結構的力學性能影響不大。綜上可知，框架結構在抗震性能方面要優于磚混結構。

4 民用建筑結構從磚混向框架發展分析

民用建筑是人們日常生活的主要場所，其首要功能是安全性，應該給予人們應有的安全保護。如果建筑結構的設計不合理，類型選擇不當，將導致民用建筑在抵御外部沖擊時發生結構失穩，造成嚴重的繼發性災害，非但起不到應有的防護作用，反而成為人們逃生和救援的主要阻礙。具體到地震帶的民用建筑，其最大的安全威脅來自隨時有可能發生的地震，應該從建筑物力學性能，特別是抗震性能入手，選擇合適的建筑結構，實現對地震的有效抵御。根據上文敘述可知，在該方面，框架結構要優于磚混結構。磚混結構受到材料脆性和砌筑形式的影響，在抗剪、抗拉及抗彎等方面表現較差，難以實現同等條件下的有效抗震[5]。而且，隨著社會的發展，建筑物的層數增加，向著高層建筑方向發展，對支撐力和抗震性能的要求大幅提升。綜合上述方面的考慮，磚混向著框架發展已經成為地震帶民用建筑的結構發展趨勢，具有發展的必要性。

5 結束語

總體來說，作為相對先進的建筑結構形式，框架結構在適用范圍、力學性能和抗震能力等方面都優于磚混結構，能夠更好的滿足社會的發展和人們的安全需求，因而，建筑結構從磚混向框架發展是行業發展的必然結果。

參 考 文 獻

[1] 王永亮，楊巧紅，何忠茂，等.7·22地震農村混合結構和磚混結構抗震性能分析[J].四川建筑科學研究，2015，41（4）：66-69.

[2] 閆培雷，孫柏濤，王明振.蘆山7.0級地震蘆陽鎮的建筑物震害[J].土木工程學報，2014（11）：39-44.

[3] 楊永強，公茂盛，謝禮立，等.蘆山M7.0級地震中磚混結構民居震害特征分析[J].建筑結構，2014（18）：68-70.

[4] 陳志城.5.12汶川大地震磚混結構震害調查及分析[J].江蘇商報·建筑界，2013（15）：7-9.

[5] 張穎博.汶川地震建筑震害特征分析及設計建議[J].山西建筑，2011，37（4）：38-39.