鋼筋混凝土框架結構地震災害分析

（商丘工學院土木工程學院 河南 商丘 476000）

鋼筋混凝土框架結構地震災害分析

董文龍 王鵬博

（商丘工學院土木工程學院 河南 商丘 476000）

在所有自然災害中，地震影響力最為嚴峻，而且很難進行提前預測。地震具有非常強的毀滅性，對人類生命財產造成極大損害，而且這種影響是大范圍的。就目前情況來看，地震出現頻率逐漸頻繁，而且造成的損失也更巨大。基于此，相關部門不但要進一步完善對地震預防體制的建設，同時還需加強各工程抗震結構的監督，確保在地震來臨時將損失降到最低。

框架結構；混凝土；震害分析

引言：發生在2011年3月11日的日本本州東海岸附近的地震，級別為9級，一切發生的太過突然，讓人措手不及。本次地震中心在仙臺港向東130公里處，深度高達24.4公里，相應的烈度范圍在3-7度之間，其中7度在我國等同于12度。地震發生之后，到處都是遇難者，至今為止仍有不少人員還處于失蹤狀態，這次地震給日本經濟帶來了嚴重損失。日本的建筑物在搭建時采用鋼筋混凝土結構，具有不錯的抗震能力，但面對如此強大的地震，即使震度在6-7度范圍內的地區房屋也遭受到不同程度的破壞，甚至有些出現嚴重坍塌現象。

一、框架結構房屋的損壞情況

在地震過后統計發現，本次地震房屋遭到破壞的數量高達13萬棟，有大約18000棟呈現完全毀滅狀態，而且發現全部塌落的房屋普遍位于沿海地區。隨后日本相關部門專門圍繞在本次地震中涉及到的房屋采取了安全估量，估量結果為賀川市大約有76棟房屋完全不滿足評價標準，屬于危險性建筑。仙臺市青葉區有52棟，而且各自擁有的框架結構型房屋為25棟和18棟。

對于框架結構的建筑而言，到底是那部分構件出現問題引發最終損壞的，相關部門從所有受損房屋中抽出一部分進行檢查，表1給出了具體的檢查結果。從表中可明顯看出，非結構構件引發的破壞占比非常高，相比之下梁柱破壞卻比較小。

表1 受損框架結構中不同構件損壞情況

二、典型地震破壞形式

鋼筋混凝土結構具有非常良好的抗震性能，能夠有效抵御地震帶來的破壞力。但實際中仍不可避免有部分房屋出現損壞，究其原因發現是因為非結構構件出現損壞。具體破壞原因有以下幾種：

1、結構方面的破壞

(1)房屋層間垮塌

該種情況下，柱子絕大部分均會出現折斷現象，而且填充墻發生坍塌，但其余結構均可保持相對完好的狀態，這種局部的塌落在一定程度上促使房屋整體塌落。在本次地震中，中間層發生坍塌現象，導致有山墻出現明顯的洞口，2層支撐墻體的柱子將出現比較明顯的剪切變形，最終給3層的柱子也帶來不利影響。

(2)房屋部分垮塌

由于房屋的部分遭到嚴重破壞，致使一側出現明顯壓扁現象，柱子的承受力也將嚴重下降，而且填充墻也普遍都被破壞。對側的柱子由于不存在坍塌情況，相應的填充墻也僅僅是出現裂縫。

(3)房屋整體垮塌

這種情況一般都是填充墻幾乎無一幸免，致使底部柱子遭到嚴重破壞，房屋出現明顯壓扁狀態，很難在繼續發揮其承載的作用。通常將這種情況視為強梁弱柱的情況。就像仙臺市若林區房屋結構，先是首層出現塌落，壓扁柱子，最終引發上層塌落。

2、梁柱構件的破壞

梁柱破壞是最常見的一種構件破壞形式，其中一般柱子受到的影響比較大，對于柱子而言，端位置和身體處最為敏感，容易遭到破壞。其中前者的外在表現為頂端出現裂縫，致使外部的保護層出現非常明顯的脫落現象。且還有更嚴重的情況，即縱向鋼筋容易出現壓曲現象，并且核心位置的混凝土也極有可能出現崩潰。相比之下，后者一般體現為出現斜裂縫，外層混凝土脫落。當破壞更嚴重時則直接表現為柱子從中部出現斷裂。

3、填充墻的破壞

填充墻普遍是由加氣混凝土等多種原料混合在一起制作而成的，其中應用比較廣泛的墻體屬ALC。該類型一般都具有相對比較高的抗震性能，但由于本次地震的特殊性，使得不少墻體普遍出現損壞現象，最明顯的外在體現即為出現各種形狀的裂縫，包括豎向的、斜向的。對于破壞不很明顯的表現為失去外層保護層，而破壞相對嚴重的則直接體現為墻整體坍塌。對于消費者而言，面對這種情形普遍都存在恐懼心，基于此一定要對其重視。

4、其它震害

另外還不可避免的會出現很多其他類型的震害，一般體現在非結構構件上，如門窗等。

三、地震災害分析

對于上面講述的鋼筋混凝土整體架構的典型震害等問題，我們展開以下詳細的分析：

1、梁端構建的塑性鉸落后于柱端，并沒有出現典型的破壞制度，正是由于框架結構的失穩才導致結構坍塌：只要是出現坍塌類的建筑物，“強梁弱柱”為必然現象。

具體機理為：第一、柱體橫截面面積遠遠小于梁體的橫截面面積，導致兩者承載力差距較大，由于壓力值過大導致其結構被破壞；第二、通常在實際設計中設計師一般將配筋數量和鋼筋的強度設計的比較低，也正是由于其不高出梁，導致柱子很容易受到剪切、彎曲等應力的影響；第三、忽略了對現澆樓板的考慮，實踐表明，其良好與否在一定程度上直接決定梁的強度和剛度。

2、由于剛度發生變化導致結構更加薄弱，容易使變形集中在一起，給房屋帶來致命一擊，引發難以承受的后果。

一旦剛度出現不均衡現象，結構也必然會遭到嚴重損壞，可將其具體原因歸結為在豎向上存在非常不合理的布置，而且變形一般也發生在樓層最弱區域。就拿大型建筑物物來舉例，學校教室等建筑類型在最初布局時會盡可能擴大跨度的空間，這種結構就很容易引發剛度變形，使建筑物的抗震能力的嚴重下降。

3、構件自身的問題

遇到地震災害時，構件自身出現問題也將導致非常嚴重的后果，很多部件配筋不足，也有可能強度達不到要求，比如：柱端箍筋數量偏少，導致其自身結構不穩定，難以抵抗巨大的壓力。另外，功能性需求迫使其轉化為短柱，使其剪切破壞嚴重。出現地震時，很多建筑物的主體結構問題不大，不過輔助性結構破壞非常嚴重，深入研究發現其可能的原因為主體結構與輔助結構之間脫節、連接的關鍵部位并沒有實施更加有效的強化措施。

四、總結

近年來，破壞性地震的發生促使人們不斷進行框架結構抗震性能的研究及提升，本文以日本地震為例，詳細分析框架結構在震后的典型震害，期望形成對鋼筋混凝土框架結構在地震下倒塌機理更深刻的認知，凝練出鋼筋混凝土框架結構具有普遍指導意義的抗倒塌加固設計方法。

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1007-6344（2017）06-0324-01

董文龍（1988.02-)，男，漢族，河南省商丘人，（碩士、教師、助教），研究方向：橋梁與隧道工程結構。

王鵬博（1994.03-），男，河南省臨潁人，學士，研究方向：鋼筋混凝土框架結構地震災害分析。