地震帶民用建筑由磚混向框架發(fā)展的必要趨勢(shì)

徐淵

摘 要：中國地處環(huán)太平洋板塊、歐亞板塊和印度洋板塊的交接區(qū)域，地殼活動(dòng)相對(duì)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(duì)我國的西南、西北和華北地區(qū)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(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。根據(jù)分析，建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。所以，應(yīng)該對(duì)當(dāng)前主流的磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，分析其結(jié)構(gòu)性能，特別是抗震性能的優(yōu)劣，探討地震帶民用建筑的合理建筑結(jié)構(gòu)類型。

關(guān)鍵詞：地震帶；民用建筑；磚混結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）04-70-2

1 地震造成的房屋結(jié)構(gòu)的主要破壞類型

當(dāng)前的理論界將震級(jí)大于五級(jí)的地震稱為破壞性地震，將會(huì)造成建筑物的嚴(yán)重破壞或人員的重大傷亡。根據(jù)對(duì)地震破壞形式的分析，其對(duì)房屋結(jié)構(gòu)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(dòng)導(dǎo)致地面出現(xiàn)裂縫、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)建筑物的地基造成直接破壞，導(dǎo)致其承載力部分或全部喪失，進(jìn)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(qū)域破壞，在地震造成的房屋破壞中相對(duì)較少，從建筑結(jié)構(gòu)的角度難以實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)防和處理，應(yīng)該從建筑物的選址等方面進(jìn)行預(yù)防，本文不做詳細(xì)論述。

1.2 震動(dòng)作用

顧名思義，震動(dòng)作用就是地震發(fā)生時(shí)，因其力學(xué)釋放產(chǎn)生的縱、橫波對(duì)地面建筑物造成的震動(dòng)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(cái)產(chǎn)損失的主要原因[2]。此方面，可以通過合理的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行建筑物的減震處理，增強(qiáng)對(duì)震動(dòng)作用的抵御能力。

2 當(dāng)前民用建筑的主要結(jié)構(gòu)類型介紹

2.1 磚混結(jié)構(gòu)

磚混結(jié)構(gòu)是磚塊、混凝土、鋼筋組合而成的建筑結(jié)構(gòu)形式。在結(jié)構(gòu)當(dāng)中，通過磚塊構(gòu)筑整個(gè)建筑物的豎向墻體，起到垂向的力學(xué)傳遞和支撐作用[3]，混凝土、鋼筋等構(gòu)成建筑物的屋面等平面構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)橫向受力的承載。該種結(jié)構(gòu)形式是較為傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，大多適應(yīng)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(jìn)的建筑領(lǐng)域仍然有其應(yīng)用市場(chǎng)，是重要的民用建筑結(jié)構(gòu)類型。然而，磚混結(jié)構(gòu)的抗震性能低于框架結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)和處理才能滿足抗震需要。此外，磚混結(jié)構(gòu)的部分墻體為承重墻，進(jìn)行裝修或建筑物內(nèi)部空間重新劃分時(shí)應(yīng)該加以注意，避免因觸及承重墻的修改導(dǎo)致建筑物的結(jié)構(gòu)受到影響。

2.2 框架結(jié)構(gòu)

所謂框架結(jié)構(gòu)是指通過梁柱、樓板等構(gòu)成建筑物的承載主體，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物自重和使用中的載荷的負(fù)擔(dān)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)一的力學(xué)整體，能夠較好的抵御垂向和橫向的力學(xué)作用。在構(gòu)成框架之后，通過磚塊等進(jìn)行墻體的施工，起到空間隔絕和防護(hù)的效果。由于建筑結(jié)構(gòu)的主體是框架，因而，磚墻不具備支撐作用，能夠進(jìn)行較大幅度的調(diào)整而無需考慮承重因素，所以，框架結(jié)構(gòu)在建筑施工中的應(yīng)用日漸廣泛，成為重要的工程結(jié)構(gòu)類型。當(dāng)前，主要的框架結(jié)構(gòu)根據(jù)材料的不同可以細(xì)分為混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)兩種，在具體的材料選擇、施工工藝上有一定的區(qū)別，但是其建筑結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生本質(zhì)變化。

3 磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)兩者之間的對(duì)比分析

3.1 負(fù)荷承載方面的比較

當(dāng)前，磚混結(jié)構(gòu)的承重主要依靠磚墻進(jìn)行，混凝土樓板與磚墻的連接性較弱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體性相對(duì)較差，對(duì)于側(cè)向負(fù)荷的承載能力相對(duì)較低，受到側(cè)向力學(xué)作用時(shí)，容易發(fā)生結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。與之相比，框架結(jié)構(gòu)采用鉸接或焊接手段進(jìn)行梁、柱和樓板等連接，形成連接較為緊密的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體，能夠?qū)Υ瓜蚝蛡?cè)向的負(fù)荷給予較好的承載[4]。由此可見，就結(jié)構(gòu)特性而言，框架結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力要優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)。

3.2 力學(xué)傳遞方面的比較

就力學(xué)傳遞而言，兩種結(jié)構(gòu)的傳遞形式大致相似，磚混結(jié)構(gòu)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?？蚣芙Y(jié)構(gòu)則是通過樓板將力作用到結(jié)構(gòu)梁上面，之后通過與梁鉸接或焊接的柱進(jìn)行力學(xué)傳遞，最終傳送到建筑物基礎(chǔ)。

3.3 空間改造方面的比較

兩者相比，主要的區(qū)別在于磚墻的作用，磚混結(jié)構(gòu)中，磚墻是重要的力學(xué)傳遞載體；而框架結(jié)構(gòu)中，磚墻僅僅起到空間隔斷和圍砌的作用，不參與主要的負(fù)荷承載。這導(dǎo)致進(jìn)行空間改造時(shí)，磚混結(jié)構(gòu)的建筑物需要考慮墻體的承重需要，不能進(jìn)行隨意改造，否則將影響建筑物的結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)破壞。該方面，框架結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的靈活性，能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)的磚墻進(jìn)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(jié)構(gòu)要好于磚混結(jié)構(gòu)。

3.4 材料方面的比較

磚混結(jié)構(gòu)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(jìn)，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(tài)和基礎(chǔ)性質(zhì)。而框架結(jié)構(gòu)的主要材料可以分為兩類，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)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(gòu)件。近些年，隨著鋼材冶煉技術(shù)的發(fā)展，各類耐候鋼材、特性鋼材相繼面世，推動(dòng)了鋼框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展，導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)的材料除了常規(guī)的混凝土以外，還包含相應(yīng)的鋼材。

3.5 空間結(jié)構(gòu)方面的比較

整體來看，受到承載力的限制，磚混結(jié)構(gòu)的空間高度應(yīng)該維持在5m以下，跨度也應(yīng)該相對(duì)縮小，不能超過樓板的承載能力，這導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)受到限制，房屋空間相對(duì)較小。該方面，框架結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢(shì)，高度能夠達(dá)到6m，其開間進(jìn)深也有所拓展，實(shí)現(xiàn)房建的空間拓展，能夠較好的體現(xiàn)建筑的設(shè)計(jì)意圖。

3.6 適用建筑范圍的比較

一般來說，磚混結(jié)構(gòu)以6層及以下的低樓層建筑為主，框架結(jié)構(gòu)則應(yīng)用于高層建筑?？傮w來說，框架結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性好于磚混結(jié)構(gòu)，具有較為廣闊的應(yīng)用和發(fā)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(nèi)民用建筑應(yīng)該重點(diǎn)考慮的方面，直接關(guān)系到建筑住戶的生命和財(cái)產(chǎn)安全，必須高度重視，從建筑物的結(jié)構(gòu)入手，選擇高抗震性能的結(jié)構(gòu)作為建筑的主要結(jié)構(gòu)類型。具體到磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，磚混結(jié)構(gòu)的承載主體為墻體，與樓板通過上層自重進(jìn)行結(jié)合，能夠較好的抵御垂向壓力，但是對(duì)側(cè)向震動(dòng)的抵御能力不足，在地震中極易受到?jīng)_擊而發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。與之相比，框架結(jié)構(gòu)的抗震性能則相對(duì)較好，它通過鉸接或焊接方式將梁、柱和樓板進(jìn)行連接，形成較為緊密的連接體，能夠?qū)崿F(xiàn)垂向和側(cè)向的力學(xué)抵抗。通過對(duì)地震中遭受破壞的建筑進(jìn)行分析也得出同樣的結(jié)論：磚混結(jié)構(gòu)的房屋樓板破壞最為嚴(yán)重，出現(xiàn)承重墻斜裂縫問題；框架結(jié)構(gòu)僅發(fā)現(xiàn)大梁開裂和墻體裂縫問題，由于大多數(shù)墻體不參與承載，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響不大。綜上可知，框架結(jié)構(gòu)在抗震性能方面要優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)。

4 民用建筑結(jié)構(gòu)從磚混向框架發(fā)展分析

民用建筑是人們?nèi)粘Ｉ畹闹饕獔?chǎng)所，其首要功能是安全性，應(yīng)該給予人們應(yīng)有的安全保護(hù)。如果建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理，類型選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致民用建筑在抵御外部沖擊時(shí)發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，造成嚴(yán)重的繼發(fā)性災(zāi)害，非但起不到應(yīng)有的防護(hù)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(shí)有可能發(fā)生的地震，應(yīng)該從建筑物力學(xué)性能，特別是抗震性能入手，選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震的有效抵御。根據(jù)上文敘述可知，在該方面，框架結(jié)構(gòu)要優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)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(xiàn)較差，難以實(shí)現(xiàn)同等條件下的有效抗震[5]。而且，隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物的層數(shù)增加，向著高層建筑方向發(fā)展，對(duì)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(fā)展已經(jīng)成為地震帶民用建筑的結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)，具有發(fā)展的必要性。

5 結(jié)束語

總體來說，作為相對(duì)先進(jìn)的建筑結(jié)構(gòu)形式，框架結(jié)構(gòu)在適用范圍、力學(xué)性能和抗震能力等方面都優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)，能夠更好的滿足社會(huì)的發(fā)展和人們的安全需求，因而，建筑結(jié)構(gòu)從磚混向框架發(fā)展是行業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。

參 考 文 獻(xiàn)

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