地震災(zāi)害對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響及借鑒意義

蘇 志 章

(山西省中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

地震災(zāi)害對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響及借鑒意義

蘇 志 章

(山西省中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

對近年來我國大地震的震級、場地與結(jié)構(gòu)震害特點進行了概述，通過調(diào)查與分析建筑結(jié)構(gòu)倒塌破壞的共性原因，提出了一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的建議，以提高我國建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

地震，結(jié)構(gòu)，建筑，破壞

對于結(jié)構(gòu)工程師而言，借鑒和汲取已建成建筑物遭受地震災(zāi)害的經(jīng)驗和教訓(xùn)是十分重要的。我國早期的建筑由于沒有經(jīng)驗，抗震設(shè)計不完善，1976年唐山大地震以及“5·12”汶川大地震給我國造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。本文對近年來的震害進行分析整理，總結(jié)經(jīng)驗，希望對結(jié)構(gòu)工程師進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計、更深刻的理解規(guī)范規(guī)程帶來一定幫助。

1 近年來我國大地震的概況

表1不完全統(tǒng)計了我國近年來對建筑影響較大的地震，并綜合了多層和高層建筑遭受的主要震害特點。

表1 我國近年來大地震概況

2 震級、場地與結(jié)構(gòu)震害

1)地震對建筑物的破壞程度，首先取決于地震所釋放的能量大小(通常所說的震級)，同時和震源的深淺程度、建筑物與震中的距離以及建筑物所處的場地性質(zhì)有關(guān)。2)地震對建筑物的破壞還和建筑物本身動力特性有關(guān)。通常，震級小、震源深、離震中距離遠的地方，建筑物遭到破壞的可能性小。但是大量震害表明，對于樓層較高的建筑遭受震害的范圍比樓層較低的要大一些。3)場地性質(zhì)對建筑物的震害程度有很大影響。例如1976年的唐山地震和“5·12”汶川地震都出現(xiàn)了大面積的砂土液化造成建筑物沉陷和開裂。

3 建筑結(jié)構(gòu)倒塌破壞調(diào)查與分析

對1976年唐山地震、“5·12”汶川地震和玉樹地震中倒塌的建筑物調(diào)查發(fā)現(xiàn)，倒塌的共性問題存在以下幾點：1)建筑材料質(zhì)量低劣未達到國家相應(yīng)規(guī)范的要求，施工質(zhì)量參差不齊造成建筑物安全性存在隱患。許多倒塌的建筑系計劃經(jīng)濟時代的產(chǎn)物，業(yè)主、設(shè)計、施工等各方均代表國家，缺乏有效的相互制約，一味追求經(jīng)濟效益和工程進度，對工程質(zhì)量往往并不苛求，偷工減料時有發(fā)生。2)抗震構(gòu)造措施不規(guī)范，抗震意識沒有深入人心。受當?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣的影響和經(jīng)濟條件的限制，農(nóng)村村民住宅和鄉(xiāng)村公共設(shè)施長期以來不設(shè)防。普遍缺乏抗震構(gòu)造措施，導(dǎo)致這些建筑物的抗震性能極差，在震害后損毀嚴重。3)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案存在問題，導(dǎo)致建筑物先天不良、留下安全隱患。a.結(jié)構(gòu)剛度不足。歷次地震的經(jīng)驗，告訴我們框架結(jié)構(gòu)的破壞率相較于剪力墻結(jié)構(gòu)更高。主要原因是剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大，地震時它的變形相對于框架結(jié)構(gòu)更小，地震損壞也更小?？蚣芙Y(jié)構(gòu)變形大除了使自身容易破壞外，另一個嚴重的問題是使大量非結(jié)構(gòu)填充墻和飾面墻破壞，其修復(fù)費用可達原造價的60%以上，有時還會危及人員安全。b.結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不對稱布置引起的扭轉(zhuǎn)，會加劇結(jié)構(gòu)的破壞。地震本身是多方向的，存在扭轉(zhuǎn)分量，而目前尚未有實測資料，也無法計算。如果結(jié)構(gòu)本身剛度不均勻，將加劇扭轉(zhuǎn)作用。扭轉(zhuǎn)是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的重要原因，由于無法預(yù)見和計算，減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量不均勻和剛度不均勻、加強結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和抗扭能力成為減少震害的重要措施。c.結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則或承載力不均勻造成的薄弱層破壞。震區(qū)許多倒塌的建筑將底層作為商業(yè)或車庫使用，使得樓層底部空曠形成結(jié)構(gòu)的軟弱層。軟弱層的位移變形大、應(yīng)力集中，底層的柱承受不了大的變形或承載力不足導(dǎo)致破壞。d.結(jié)構(gòu)相互碰撞造成破壞。在震區(qū)中相鄰結(jié)構(gòu)碰撞造成的震害十分普遍，主要是在設(shè)置溫度縫或抗震縫時，縫寬度過小，地震搖晃使距離過近的結(jié)構(gòu)碰撞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷。例如，唐山地震中，北京雖然烈度不高，但是在一些高層建筑上，發(fā)生了多起因碰撞而結(jié)構(gòu)損傷的震害。e.短柱、角柱以及強梁弱柱造成的柱破壞。歷次震害及模擬實驗表明，鋼筋混凝土短柱在反復(fù)荷載作用下抗剪承載力顯著降低，多數(shù)出現(xiàn)剪切破壞。當長短不同柱子協(xié)同工作時，一般短柱先破壞，使長柱負擔荷載加大，然后長柱隨之破壞。角柱的破壞，通常是由于設(shè)計時，未考慮建筑物結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性和角柱的不利位置導(dǎo)致角柱配筋不足，柱端混凝土壓酥破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由于設(shè)計不當造成強梁弱柱，往往造成塑性鉸出現(xiàn)在柱端、破壞。在1976年唐山大地震后，石油規(guī)劃設(shè)計院曾對48棟發(fā)生破壞的框架結(jié)構(gòu)做出調(diào)查統(tǒng)計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凡是具有現(xiàn)澆板的框架，由于梁和現(xiàn)澆板的共同作用，大大增強了梁的承載能力。其地震破壞均產(chǎn)生在柱子上，結(jié)構(gòu)多有倒塌；而沒有樓板的空曠框架(化工設(shè)備間)，裂縫出現(xiàn)在梁上，框架結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)倒塌。

4 針對我國歷次震害的經(jīng)驗和教訓(xùn)提出建議

地震的發(fā)生給我國震區(qū)帶來了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，但也為人類認知地震現(xiàn)象與規(guī)律，改進和完善現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范提供了難得的機遇。1)應(yīng)對工程中的材料和施工問題而采取的質(zhì)量控制手段。a.加強對建筑材料的質(zhì)量控制。對此建設(shè)單位應(yīng)加強對采購人員的培訓(xùn)和管理，嚴格規(guī)范其行為，杜絕因個人利益而不顧材料質(zhì)量安全的現(xiàn)象發(fā)生。同時，在進行材料的選購時，派遣專人進行審查和監(jiān)督，保證所選材料達到工程質(zhì)量標準。對于不滿足規(guī)定的材料進行嚴肅處理，確保工程質(zhì)量的安全可靠。b.加強施工隊伍的建設(shè)。工程建設(shè)單位應(yīng)通過培訓(xùn)教育的方式，加強施工人員專業(yè)素質(zhì)和安全意識。同時應(yīng)加強工程管理，讓施工人員嚴格按照建筑工程標準進行操作，做到施工規(guī)范化，整體化，切實保證建筑工程的施工質(zhì)量。2)對廣大人民進行宣傳教育，提高人們對地震的安全意識和重視程度。對于偏遠的山區(qū)和經(jīng)濟落后農(nóng)村，希望國家能夠出臺相應(yīng)的政策，幫助并保護貧困地區(qū)的孩子能夠在安全的校舍內(nèi)讀書上學(xué)。3)嚴格把控圖紙質(zhì)量，設(shè)計安全可靠的結(jié)構(gòu)方案。由于地震的不可預(yù)見性及地震作用的不確定性，作為結(jié)構(gòu)工程師要重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震設(shè)計環(huán)節(jié)，積極的吸取震害中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，研究設(shè)計對策和措施。同時通過理論研究和工程實踐相結(jié)合，深入施工現(xiàn)場，豐富自身的工程經(jīng)驗，努力做出優(yōu)質(zhì)、安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

5 結(jié)語

本文對我國近年來重大的地震災(zāi)害進行了歸納，分析了建筑物因地震導(dǎo)致倒塌、破壞的原因，并提出了相應(yīng)的建議和解決措施。為建筑行業(yè)的工作者提供了參考性的意見，希望能夠為我國建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提高產(chǎn)生積極的作用。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 方鄂華.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] 王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.

On influence of seismic disasters on structural design and its reference

Su Zhizhang

(ShanxiZhongfangSenteArchitecturalEngineeringInstitute,Taiyuan030001,China)

The paper surveys the magnitude and seismic features for the sites and structures of the earthquakes in China, and points out some suggestions for the architectural structural design according to the investigation and analysis of the common reasons for the collapses and damages of the architectural structures, so as to improve the anti-seismic performance for the architectural structure in China.

earthquake, structure, architecture, damage

2015-05-26

蘇志章(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)22-0047-02

TU352

A