結(jié)合地震下的土木工程災(zāi)害看抗震設(shè)計

張藍月

（西南科技大學(xué)　四川省綿陽市　621000）

1　地震下的土木工程災(zāi)害

今年來，國內(nèi)外地震頻發(fā)，因地震造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失數(shù)以萬計，而地震作為一種與地球內(nèi)部構(gòu)造，尤其是與地標(biāo)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的自然現(xiàn)象，并不能直接地導(dǎo)致災(zāi)害。災(zāi)害具有四個特性：①對象性，災(zāi)害事件僅針對人類及其聚居群落或社會，換言之，沒有人類就沒有災(zāi)害；②損失性，災(zāi)害的結(jié)果往往是生命財產(chǎn)、資源環(huán)境的損失；③閾值性，當(dāng)且僅當(dāng)損失超過了承載體的承受能力，導(dǎo)致這種損失的事件才能被稱為災(zāi)害；④突發(fā)性，正應(yīng)其突發(fā)性，因來不及反應(yīng)與處理，所以對人類的損失往往更大。換言之，其抗災(zāi)能力小于地震致災(zāi)體的作用，就會破壞或倒塌，從而變?yōu)橹聻?zāi)體。在地震下，土木工程失效是導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失的重要因素。總之，地震下的土木工程災(zāi)害指由土木工程原因?qū)е鹿こ淌?、失穩(wěn)而引發(fā)的災(zāi)害。

2　抗震設(shè)計

2.1　地震下土木工程抗災(zāi)能力不足的原因

2.1.1結(jié)構(gòu)承載力不足

地震作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力，在與干擾力、阻尼力等其他荷載組合下，超出結(jié)構(gòu)承載力使結(jié)構(gòu)破壞。據(jù)國內(nèi)外破壞性地震的調(diào)查資料，95%以上的人員傷亡和建筑物破壞都是由于這類破壞。這類破壞的根本原因是：①抗震、減震設(shè)計不合理；②由于經(jīng)濟條件的限制和對地震危險的誤判，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不夠；③施工質(zhì)量不滿足要求。

2.1.2場地、地基破壞

地震時，首先是場地和地基受到破壞，如滑坡、坍塌、地面裂縫和地基失效等，從而引起建筑物的破壞。這類破壞相較于前者，數(shù)量很少，且具有區(qū)域性，不過其修復(fù)和加固的難度很大。這類破壞的根本原因是：①場地選擇不合理；②地基處理不合理。

2.1.3次生災(zāi)害

地震造成的主要次生災(zāi)害有火災(zāi)、毒氣污染、滑坡、海嘯、泥石流等。由此引起的破壞也相當(dāng)嚴重，如1923年9月1日日本關(guān)東大地震，直接震倒13萬棟房屋，火災(zāi)燒毀了45萬棟。這類破壞往往無法控制，具有突發(fā)性，與地震致害體一起作用，對土木工程的抗災(zāi)能力提出了更高的要求。

2.2　抗震設(shè)計的部分改進建議

我國在地區(qū)方面對給定區(qū)域按照其一定時間內(nèi)可能經(jīng)受的地震影響強弱的劃分了地震區(qū)劃，并按國家規(guī)定權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(qū)抗震設(shè)計依據(jù)的地震烈度。第一階段設(shè)計師多遇地震下的承載力驗算和彈性變形計算，第二階段設(shè)計是罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算。抗震設(shè)計包含了抗震概念設(shè)計，抗震計算和抗震措施三個方面，這其中包含了諸多的規(guī)范要求，筆者僅就目前常用的建筑結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計提出建議。

2.2.1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

地震作用下，框架房屋主要表現(xiàn)為樓體傾斜、局部倒塌、框架柱節(jié)點破壞、框架填充墻病害等，雖然建筑物在地震中出現(xiàn)傾斜、倒塌等震害，但梁柱的整體連接作用依然較強。未倒塌的框架結(jié)構(gòu)房屋，由于梁柱連接的核心區(qū)的配筋不足或者是柱端箍筋加密不夠等，造成了梁柱節(jié)點的嚴重破壞，節(jié)點處的混凝土脫落，鋼筋外露、房屋整體發(fā)生傾斜，充填的墻體開裂倒塌。

由其震害特征可知，梁柱節(jié)點、填充墻是框架結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。針對梁柱節(jié)點，因“強柱弱梁”的原理，可考慮使用清華大學(xué)馮鵬教授研究的起波鋼筋和復(fù)材約束芯柱，既能滿足增強節(jié)點，又能滿足梁柱的要求；針對填充墻，可考慮兩種方式：①增強填充墻的剛度，使其抗剪能力增強，成為抗震的一道防線；②減少填充墻的剛度，使其對框架整體的剛度受填充墻剛度的影響減小。

2.2.2多層磚混結(jié)構(gòu)

地震作用下，除整體倒塌外，房屋主要有以下震害特征：樓梯間頂層墻體破壞，主要原因是頂層樓梯間墻的計算高度比普通層大造成自身穩(wěn)定性差，且凸出屋面樓梯間存在鞭梢效應(yīng)，凸出部分又缺少加強整體性的構(gòu)造連接措施。此外，樓蓋及屋蓋的預(yù)制板之間及預(yù)制板與順板向的梁之間出現(xiàn)裂縫較多。由其震害特征可知，墻體破壞較為嚴重，可考慮使用新型墻體，如FRP加固墻，用CFRP對砌體墻體可能產(chǎn)生的裂縫處外貼加固。

2.3.2底框磚混結(jié)構(gòu)

砌體房屋的底層設(shè)計為框架結(jié)構(gòu)（或底層落地墻體較少），這種柔性底層建筑的底層與上部各樓層的抗側(cè)剛度差別較大。震后，由于縱向剛度小于橫向剛度，出現(xiàn)房屋沿縱向傾斜變形，底層框架破壞部位集中在梁柱節(jié)點區(qū)，柱兩端出現(xiàn)塑性鉸破壞，使得底層框架節(jié)點失效毀壞，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)整體傾斜倒塌，有的底層框架節(jié)點失效使得上部結(jié)構(gòu)整體下沉。由其震害特征可知，上剛下柔的結(jié)構(gòu)使其薄弱層易破壞，現(xiàn)行抗震規(guī)范也限制了這種結(jié)構(gòu)形式在高烈度區(qū)的使用，使用時應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗震墻，使底層形成具有二道防線的框架抗震墻體系，有利于改善底層的抗震能力。

3　結(jié)語

地震只是致災(zāi)體，而非災(zāi)害，只有當(dāng)土木工程這個承災(zāi)體無法承受地震作用時，災(zāi)害才會產(chǎn)生，所以只有提升土木工程的抗災(zāi)能力，才能夠遏制災(zāi)害的發(fā)生，減輕生命財產(chǎn)的損失。這需要從事土木工程領(lǐng)域教學(xué)、研究、設(shè)計、施工、使用、維護的科研人員和工程技術(shù)人員的全體努力，終有一天，人類不再畏懼地震，只將其視為一種自然現(xiàn)象，而非災(zāi)害。