鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害分析

（商丘工學(xué)院土木工程學(xué)院 河南 商丘 476000）

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害分析

董文龍 王鵬博

（商丘工學(xué)院土木工程學(xué)院 河南 商丘 476000）

在所有自然災(zāi)害中，地震影響力最為嚴(yán)峻，而且很難進(jìn)行提前預(yù)測。地震具有非常強(qiáng)的毀滅性，對人類生命財產(chǎn)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(xiàn)頻率逐漸頻繁，而且造成的損失也更巨大?；诖耍嚓P(guān)部門不但要進(jìn)一步完善對地震預(yù)防體制的建設(shè)，同時還需加強(qiáng)各工程抗震結(jié)構(gòu)的監(jiān)督，確保在地震來臨時將損失降到最低。

框架結(jié)構(gòu)；混凝土；震害分析

引言：發(fā)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(fā)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(dá)24.4公里，相應(yīng)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(fā)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(tài)，這次地震給日本經(jīng)濟(jì)帶來了嚴(yán)重?fù)p失。日本的建筑物在搭建時采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有不錯的抗震能力，但面對如此強(qiáng)大的地震，即使震度在6-7度范圍內(nèi)的地區(qū)房屋也遭受到不同程度的破壞，甚至有些出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌現(xiàn)象。

一、框架結(jié)構(gòu)房屋的損壞情況

在地震過后統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，本次地震房屋遭到破壞的數(shù)量高達(dá)13萬棟，有大約18000棟呈現(xiàn)完全毀滅狀態(tài)，而且發(fā)現(xiàn)全部塌落的房屋普遍位于沿海地區(qū)。隨后日本相關(guān)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(jié)果為賀川市大約有76棟房屋完全不滿足評價標(biāo)準(zhǔn)，屬于危險性建筑。仙臺市青葉區(qū)有52棟，而且各自擁有的框架結(jié)構(gòu)型房屋為25棟和18棟。

對于框架結(jié)構(gòu)的建筑而言，到底是那部分構(gòu)件出現(xiàn)問題引發(fā)最終損壞的，相關(guān)部門從所有受損房屋中抽出一部分進(jìn)行檢查，表1給出了具體的檢查結(jié)果。從表中可明顯看出，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件引發(fā)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(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件損壞情況

二、典型地震破壞形式

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(xiàn)損壞，究其原因發(fā)現(xiàn)是因為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)損壞。具體破壞原因有以下幾種：

1、結(jié)構(gòu)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(xiàn)折斷現(xiàn)象，而且填充墻發(fā)生坍塌，但其余結(jié)構(gòu)均可保持相對完好的狀態(tài)，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(fā)生坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致有山墻出現(xiàn)明顯的洞口，2層支撐墻體的柱子將出現(xiàn)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(yán)重破壞，致使一側(cè)出現(xiàn)明顯壓扁現(xiàn)象，柱子的承受力也將嚴(yán)重下降，而且填充墻也普遍都被破壞。對側(cè)的柱子由于不存在坍塌情況，相應(yīng)的填充墻也僅僅是出現(xiàn)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(yán)重破壞，房屋出現(xiàn)明顯壓扁狀態(tài)，很難在繼續(xù)發(fā)揮其承載的作用。通常將這種情況視為強(qiáng)梁弱柱的情況。就像仙臺市若林區(qū)房屋結(jié)構(gòu)，先是首層出現(xiàn)塌落，壓扁柱子，最終引發(fā)上層塌落。

2、梁柱構(gòu)件的破壞

梁柱破壞是最常見的一種構(gòu)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(xiàn)為頂端出現(xiàn)裂縫，致使外部的保護(hù)層出現(xiàn)非常明顯的脫落現(xiàn)象。且還有更嚴(yán)重的情況，即縱向鋼筋容易出現(xiàn)壓曲現(xiàn)象，并且核心位置的混凝土也極有可能出現(xiàn)崩潰。相比之下，后者一般體現(xiàn)為出現(xiàn)斜裂縫，外層混凝土脫落。當(dāng)破壞更嚴(yán)重時則直接表現(xiàn)為柱子從中部出現(xiàn)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(yīng)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(xiàn)損壞現(xiàn)象，最明顯的外在體現(xiàn)即為出現(xiàn)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(xiàn)為失去外層保護(hù)層，而破壞相對嚴(yán)重的則直接體現(xiàn)為墻整體坍塌。對于消費(fèi)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(xiàn)很多其他類型的震害，一般體現(xiàn)在非結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，如門窗等。

三、地震災(zāi)害分析

對于上面講述的鋼筋混凝土整體架構(gòu)的典型震害等問題，我們展開以下詳細(xì)的分析：

1、梁端構(gòu)建的塑性鉸落后于柱端，并沒有出現(xiàn)典型的破壞制度，正是由于框架結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)才導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌：只要是出現(xiàn)坍塌類的建筑物，“強(qiáng)梁弱柱”為必然現(xiàn)象。

具體機(jī)理為：第一、柱體橫截面面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于梁體的橫截面面積，導(dǎo)致兩者承載力差距較大，由于壓力值過大導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)被破壞；第二、通常在實際設(shè)計中設(shè)計師一般將配筋數(shù)量和鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計的比較低，也正是由于其不高出梁，導(dǎo)致柱子很容易受到剪切、彎曲等應(yīng)力的影響；第三、忽略了對現(xiàn)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(qiáng)度和剛度。

2、由于剛度發(fā)生變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(fā)難以承受的后果。

一旦剛度出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)也必然會遭到嚴(yán)重?fù)p壞，可將其具體原因歸結(jié)為在豎向上存在非常不合理的布置，而且變形一般也發(fā)生在樓層最弱區(qū)域。就拿大型建筑物物來舉例，學(xué)校教室等建筑類型在最初布局時會盡可能擴(kuò)大跨度的空間，這種結(jié)構(gòu)就很容易引發(fā)剛度變形，使建筑物的抗震能力的嚴(yán)重下降。

3、構(gòu)件自身的問題

遇到地震災(zāi)害時，構(gòu)件自身出現(xiàn)問題也將導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，很多部件配筋不足，也有可能強(qiáng)度達(dá)不到要求，比如：柱端箍筋數(shù)量偏少，導(dǎo)致其自身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，難以抵抗巨大的壓力。另外，功能性需求迫使其轉(zhuǎn)化為短柱，使其剪切破壞嚴(yán)重。出現(xiàn)地震時，很多建筑物的主體結(jié)構(gòu)問題不大，不過輔助性結(jié)構(gòu)破壞非常嚴(yán)重，深入研究發(fā)現(xiàn)其可能的原因為主體結(jié)構(gòu)與輔助結(jié)構(gòu)之間脫節(jié)、連接的關(guān)鍵部位并沒有實施更加有效的強(qiáng)化措施。

四、總結(jié)

近年來，破壞性地震的發(fā)生促使人們不斷進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)抗震性能的研究及提升，本文以日本地震為例，詳細(xì)分析框架結(jié)構(gòu)在震后的典型震害，期望形成對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震下倒塌機(jī)理更深刻的認(rèn)知，凝練出鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有普遍指導(dǎo)意義的抗倒塌加固設(shè)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(jié)構(gòu)。

王鵬博（1994.03-），男，河南省臨潁人，學(xué)士，研究方向：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害分析。