城市常見結(jié)構(gòu)類型震害分析

陳玲飛 魯國保

(1.臺(tái)州市名泰建設(shè)工程有限公司，浙江臺(tái)州 317500; 2.浙江綠城六和建筑設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也發(fā)生了很大的變化。在我國，對(duì)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(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土柱的單層工業(yè)廠房等，不同的結(jié)構(gòu)形式在地震作用下的震害現(xiàn)象和原因也是各不相同的。

2 常見結(jié)構(gòu)震害

2.1 多層砌體結(jié)構(gòu)

多層砌體結(jié)構(gòu)是我國近幾十年民用建筑的主要結(jié)構(gòu)類型，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，砌體結(jié)構(gòu)在我國住宅建筑中的比例高達(dá)80%，在整個(gè)建筑業(yè)中約占60%～70%。對(duì)于砌體房屋，震害特征主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)墻體的破壞。砌體結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件就是墻體，所以墻體抗震性能的好壞就直接影響著結(jié)構(gòu)的安全與否。當(dāng)墻體受到地震力作用時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)與水平線呈45°角的斜裂縫，隨著地震的往復(fù)作用，開裂墻體沿裂縫滑移、錯(cuò)位、剝落，最終喪失承載力。還有一些墻體會(huì)在房屋底層或過梁上方產(chǎn)生水平通縫，這主要是由于墻體水平縫砂漿強(qiáng)度較低，在地震作用下，墻體產(chǎn)生整體彎曲和水平錯(cuò)動(dòng)造成的。砌體結(jié)構(gòu)的不均勻性，也是這種破壞的主要原因。而在對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行震害預(yù)測(cè)時(shí)，主要考慮了墻體強(qiáng)度、面積率及構(gòu)造柱等因素的影響，所以墻體成為判斷砌體結(jié)構(gòu)破壞程度的主要依據(jù)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(fā)生震害，出現(xiàn)貫穿的斜裂縫或X形裂縫。當(dāng)墻體高寬比較大時(shí)，墻體會(huì)形成較陡的斜裂縫，上側(cè)的墻體有沿裂縫下滑的趨勢(shì)，使承載力降低，在余震中也容易發(fā)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(gòu)件，其剛度大小對(duì)房屋的抗震性能有很大影響。尤其是對(duì)于早期的砌體建筑，樓蓋和屋蓋大多采用預(yù)制空心板，這種形式中，板和板之間、板和墻體之間的拉結(jié)不夠牢固，導(dǎo)致整體性較差，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，常出現(xiàn)樓板滑落、折斷現(xiàn)象。

4)樓梯間的破壞。樓梯間是砌體結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，而它作為結(jié)構(gòu)上下層的交通聯(lián)系部分，在地震發(fā)生時(shí)是主要的疏散逃生通道，承擔(dān)著舉足輕重的作用。而在以往的抗震規(guī)范中，并沒有對(duì)樓梯間的設(shè)計(jì)給予更多更詳細(xì)的要求。汶川地震發(fā)生以后，我們發(fā)現(xiàn)有許多砌體房屋的樓梯間遭到嚴(yán)重破壞和倒塌，沒能完成它作為抗震安全島的使命。2010規(guī)范修訂時(shí)，人們意識(shí)到樓梯間問題的嚴(yán)重性，加強(qiáng)了對(duì)樓梯間的構(gòu)造要求。

5)縱橫墻交接處的破壞。地震發(fā)生時(shí)在縱橫墻交接處會(huì)產(chǎn)生豎向裂縫，一旦地震烈度較高，就會(huì)發(fā)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(zhuǎn)角處砌筑接槎不良導(dǎo)致的，所以施工質(zhì)量是保證砌體結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能的關(guān)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(shí)受鞭梢效應(yīng)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處受到扭轉(zhuǎn)作用，極易破壞，雖然其對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響不大，但容易發(fā)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)來說更經(jīng)濟(jì)，更符合我國早期的經(jīng)濟(jì)水平。

該結(jié)構(gòu)的上下組成材料不同，造成了它在抗震性能方面表現(xiàn)較差。其底部剛度較小、上部剛度較大，在地震發(fā)生時(shí)，變形常常集中在底部，使其產(chǎn)生過大的側(cè)移而發(fā)生破壞，甚至倒塌。

2.3 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)，由于其自重輕，空間分割靈活，利于安排較大空間，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土形式結(jié)構(gòu)整體性好，空間剛度較大等優(yōu)越的綜合性能在我國城市建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，在地震發(fā)生時(shí)的主要震害特征有以下幾點(diǎn)：

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(shí)際剛度增加，在實(shí)際地震中，很少發(fā)生預(yù)期理想的總體屈服機(jī)制，無法做到延性框架所要求的“強(qiáng)柱弱梁”，而是柱端形成了塑性鉸破壞?？蚣苤闹^或柱腳通常出現(xiàn)混凝土壓潰酥碎，鋼筋屈服，并產(chǎn)生很大位移，喪失承載能力。尤其當(dāng)框架柱截面較小、配筋量偏少時(shí)，更容易發(fā)生此類破壞。考慮到這種破壞形式，規(guī)范總是對(duì)框架柱的柱頭、柱腳等薄弱部位加強(qiáng)構(gòu)造措施，2010規(guī)范在修訂時(shí)，不僅提高了構(gòu)造要求，更是在對(duì)框架構(gòu)件進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，提高了構(gòu)件的組合內(nèi)力設(shè)計(jì)值調(diào)整系數(shù)，由此可見對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的重視。

2)薄弱層的破壞。

為了滿足經(jīng)濟(jì)需要，對(duì)于一些鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，通常將首層設(shè)為商鋪，設(shè)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(cè)剛度較大，二層剛度較小，形成了相對(duì)薄弱層。在地震作用時(shí)，由于剛度沿高度方向突變，破壞集中在薄弱樓層發(fā)生，對(duì)抗震不利?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的震害預(yù)測(cè)通常需要計(jì)算結(jié)構(gòu)的延伸率。如若薄弱層沒有加強(qiáng)，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(qiáng)薄弱層的抗震，對(duì)減輕框架結(jié)構(gòu)的震害程度非常重要。

3)樓梯的破壞。

現(xiàn)澆在框架結(jié)構(gòu)中的樓梯在地震中參與地震力的分配，其作用相當(dāng)于一個(gè)“K”形支撐，當(dāng)層間位移發(fā)生時(shí)，一個(gè)梯板受拉另一個(gè)受壓，梯梁受力復(fù)雜復(fù)合空間彎、剪、扭綜合作用，而發(fā)生破壞。其表現(xiàn)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(dān)著危險(xiǎn)時(shí)刻的逃生作用，所以人們逐漸認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)樓梯間抗震性能的重要性。汶川大地震發(fā)生后，人們更是注意到了這點(diǎn)。2010規(guī)范在修訂時(shí)，將這一認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化成了具體條文要求，這在以前的抗震規(guī)范中是沒有的。

4)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻的破壞。

由于框架結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，在地震作用下會(huì)產(chǎn)生較大的水平位移，若結(jié)構(gòu)防震縫寬度不夠，或兩建筑相距較近，則兩側(cè)的單元在地震時(shí)就會(huì)發(fā)生碰撞，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻的破壞倒塌。

2.4 單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房

單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房(以下簡稱單層廠房)跨度大，空間布置比較靈活，室內(nèi)外高差較小，便于大型機(jī)械的進(jìn)出，能承受較大的荷載，所以在工業(yè)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)形式相比，單層工業(yè)廠房的震害較輕。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在7度地震作用下，廠房的主體結(jié)構(gòu)和支撐體系基本完好，圍護(hù)結(jié)構(gòu)局部發(fā)生開裂;8度地震作用下，主體結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)開裂破壞，有一些甚至出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，支撐系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)有些桿件壓屈或節(jié)點(diǎn)拉脫，圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重開裂，山墻頂部會(huì)出現(xiàn)外閃倒塌;9度地震作用下，震害情況加劇，主體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，屋蓋系統(tǒng)出現(xiàn)坍塌，支撐構(gòu)件大多數(shù)壓屈，節(jié)點(diǎn)拉脫，圍護(hù)墻體大面積倒塌。

3 結(jié)語

一般來說結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1)結(jié)構(gòu)體系不明確。有些房屋采用混合的結(jié)構(gòu)形式，而不同的結(jié)構(gòu)形式在材料性質(zhì)和振動(dòng)特性上差別很大，容易在地震時(shí)各個(gè)擊破，造成嚴(yán)重破壞;2)結(jié)構(gòu)不規(guī)則。結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則將導(dǎo)致建筑的剛度和質(zhì)量分布不均，在地震時(shí)易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞;3)其他因素。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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

［3］ 魏惠芳.新抗震規(guī)范特點(diǎn)及性能化抗震設(shè)計(jì)方法探討［J］.甘肅科技，2005，21(4)：100-102.

［4］ 常建蘭.平面不規(guī)則砌體結(jié)構(gòu)房屋震害情況評(píng)估［J］.山西建筑，2011，37(33)：37-38.