變形飽和倒塌機(jī)理在瀘定震害分析中的應(yīng)用

郭 迅

（防災(zāi)科技學(xué)院中國(guó)地震局建筑物破壞機(jī)理與防御重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 三河 065201）

0 引言

2022年9月5日12點(diǎn)52分，四川省瀘定縣發(fā)生MS6.8地震，震中位于瀘定縣磨西鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為29.59°N，102.08°E，震源深度16km。地震造成93人遇難，25人失聯(lián)，420人受傷，房屋損壞5萬(wàn)余間。極震區(qū)烈度為Ⅸ度，面積280km2。本次地震獲取了豐富的強(qiáng)震記錄，距震中較近的磨西鎮(zhèn)和得妥鎮(zhèn)獲得的多個(gè)強(qiáng)震記錄顯示地面峰值加速度介于0.5～1.0g，而且以高頻為主。

這次地震中房屋的破壞特點(diǎn)與21世紀(jì)以來(lái)川滇地區(qū)發(fā)生的若干次地震非常相似［1-8］。比如在城鎮(zhèn)，底商多層房屋倒塌或破壞比例最高，其次是用于學(xué)校和辦公的多層框架房屋破壞顯著，在極震區(qū)有很多砌體房屋和構(gòu)造特別的框架結(jié)構(gòu)房屋沒有任何損傷。設(shè)計(jì)、施工及建筑材料相同的多層房屋抗震表現(xiàn)有天壤之別，這說明我們還沒有把握結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的規(guī)律，具體體現(xiàn)在對(duì)地震致災(zāi)機(jī)理，特別是結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理認(rèn)識(shí)不清。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，我們需要從震害中反思既往認(rèn)識(shí)的不足，不斷改進(jìn)，徹底地認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)地震破壞或倒塌機(jī)理。瀘定地震產(chǎn)生了大量的“站立廢墟”，這些處于臨界倒塌狀態(tài)的房屋提供了絕佳的倒塌機(jī)理分析環(huán)境，遠(yuǎn)勝過那些構(gòu)件堆疊的廢墟。極震區(qū)的每一棟建筑，無(wú)論壞與不壞，都相當(dāng)于一次成功的原型結(jié)構(gòu)抗震實(shí)驗(yàn)，值得深入總結(jié)分析。

本文評(píng)述了“弱柱強(qiáng)梁”理論的不足，深入闡述了基于實(shí)際震害總結(jié)提煉的“變形飽和”理論的含義，并嘗試用“變形飽和”理論解釋震害現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)好及表現(xiàn)差的代表性案例。

1 “強(qiáng)柱弱梁”倒塌機(jī)理評(píng)述

所謂機(jī)理就是指機(jī)制和原因。結(jié)構(gòu)倒塌（破壞）機(jī)理是要闡明地震作用下結(jié)構(gòu)中各相關(guān)要素間如何相互作用。地震作用初始，結(jié)構(gòu)是什么狀態(tài)，接近倒塌又是什么狀態(tài)。結(jié)構(gòu)作為柱、墻、梁、樓板、節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)等諸多構(gòu)件的集合體，除整體失穩(wěn)外，結(jié)構(gòu)倒塌或破壞總是表現(xiàn)為個(gè)別或部分構(gòu)件先破壞。構(gòu)件的破壞原因或模式不外乎拉、壓、彎、剪、扭、受壓失穩(wěn)或局部屈曲等。這就是機(jī)理分析所應(yīng)遵循的邏輯思路。

目前世界各國(guó)關(guān)于結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理的主流認(rèn)識(shí)是“弱柱強(qiáng)梁”［9］，然而，這一認(rèn)識(shí)在震害實(shí)踐中既不能解釋建筑為什么倒、也不能回答建筑為什么不倒?！叭踔鶑?qiáng)梁”學(xué)說是20世紀(jì)70年代新西蘭學(xué)者R.Park和T.Paulay［10-12］建立的，他們觀察了1967年Venezuela地震和1971年San Fernando地震的震害，認(rèn)為結(jié)構(gòu)某一層的柱上、下端同時(shí)出現(xiàn)塑性鉸，以致形成層屈服機(jī)制而倒塌。后來(lái)又出現(xiàn)兩個(gè)被誤認(rèn)為是弱底層層屈服機(jī)制的案例。一個(gè)是1990年菲律賓地震中一個(gè)外表呈底層層屈服機(jī)制的框架結(jié)構(gòu)［11］，另一個(gè)是1989年Loma Prieta地震中一個(gè)框架結(jié)構(gòu)底層層屈服破壞模式［13］，這就更堅(jiān)定了人們對(duì)“弱柱強(qiáng)梁”學(xué)說的信心。為了克服層屈服機(jī)制，需要在梁端形成鉸而不是柱端，即通過“強(qiáng)柱弱梁”形成抗倒塌能力更強(qiáng)的整體屈服機(jī)制［11］。該方法放棄了結(jié)構(gòu)以彈性方式抵抗地震作用，特別強(qiáng)調(diào)通過罕遇地震作用下構(gòu)件出現(xiàn)塑性變形實(shí)現(xiàn)良好的延性。強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)方法也稱為能力設(shè)計(jì)法（Capacity Design），其要點(diǎn)有兩條：其一是設(shè)定合理的結(jié)構(gòu)整體屈服機(jī)制，比如“強(qiáng)柱弱梁”就優(yōu)于“弱柱強(qiáng)梁”；其二是通過合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)確保設(shè)定的屈服部位（俗稱塑性鉸）有足夠的延性。然而無(wú)論是“弱柱強(qiáng)梁”還是“強(qiáng)柱弱梁”，不但在震害實(shí)踐中與事實(shí)相差甚遠(yuǎn)，在理論上也難以自圓其說。比如R.Park指出：在強(qiáng)烈地震作用下，如果按照彈性理論計(jì)算，結(jié)構(gòu)受到的地震力比設(shè)計(jì)地震力可能高出4～5倍，但施工良好的結(jié)構(gòu)仍然可以有“令人驚奇的良好表現(xiàn)”，這要?dú)w功于因構(gòu)件中出現(xiàn)可以耗能的塑性鉸而使結(jié)構(gòu)所具有的延性［10］。然而，事實(shí)上構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸就意味著結(jié)構(gòu)破壞，就談不上表現(xiàn)良好，其說法自相矛盾。綜合大量的震害實(shí)例看，無(wú)論“弱柱強(qiáng)梁”還是“強(qiáng)柱弱梁”都是不成立的，主要理由有三點(diǎn)：（1）同一樓層的構(gòu)件均等地抵抗地震作用，這是蘊(yùn)含其中的一個(gè)重要前提，這與實(shí)際嚴(yán)重不符，真實(shí)結(jié)構(gòu)是剛度很大和很小的構(gòu)件在同一樓層“混搭”；（2）只要一部分梁上有半高或全高的填充墻，梁端就難以出現(xiàn)塑性鉸，忽略梁上填充墻的約束作用明顯是錯(cuò)誤的；（3）結(jié)構(gòu)在倒塌前變形很大，經(jīng)歷彈性、強(qiáng)化、塑性變形和失效等階段，而實(shí)際上直到臨界倒塌時(shí)刻變形量都很小，沒有強(qiáng)化和塑性變形階段。另外，如果把多層框架結(jié)構(gòu)倒塌歸因于柱鉸層屈服機(jī)制，那么倒塌后形成機(jī)制的那一層各個(gè)柱上下端都能發(fā)現(xiàn)塑性鉸，可事實(shí)并不是這樣。

倒塌機(jī)理認(rèn)識(shí)的偏差導(dǎo)致相似的震害反復(fù)出現(xiàn)，缺少符合震害實(shí)際的倒塌機(jī)理成為制約抗震設(shè)計(jì)水平提高的最大障礙［8，14-15］。

2 “變形飽和”倒塌機(jī)理

結(jié)構(gòu)倒塌（破壞）機(jī)理的認(rèn)識(shí)是一個(gè)關(guān)鍵而艱難的課題，需要對(duì)地震和結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位、全過程、全要素地分析，而不能孤立地、靜止地、片面地看問題。具體而言，以多層建筑為例，要考察抗側(cè)力構(gòu)件由上到下的變化、地震剪力由上到下的累加；地震作用一般由小到大再到小，同一樓層中抗側(cè)力構(gòu)件先經(jīng)由彈性階段的剪力按剛度比例分配，進(jìn)而部分構(gòu)件率先達(dá)到承載力極限而失效；地震作用下，不僅僅是通常意義上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抵抗，而各式各樣所謂的“非結(jié)構(gòu)構(gòu)件”，如滿砌的橫向填充墻、半高或全高但開洞的縱向填充墻，甚至門框、窗框等構(gòu)件都以不同形式參與工作，影響結(jié)構(gòu)的抗震能力和破壞模式。

2008年汶川地震后，作者在探討漩口中學(xué)教學(xué)樓倒塌機(jī)理時(shí)，堅(jiān)定了“弱柱強(qiáng)梁”不成立的看法，取而代之提出了“變形飽和”理論。

漩口中學(xué)位于汶川地震的震中映秀鎮(zhèn)，學(xué)校僅有的三棟單面外廊式混凝土框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓全部倒塌，而相鄰的內(nèi)廊式框架結(jié)構(gòu)辦公樓及多棟砌體結(jié)構(gòu)教工住宅均未倒塌，這表明單面外廊式框架結(jié)構(gòu)存在某種抗震缺陷。為了重現(xiàn)教學(xué)樓倒塌過程，按1／4比例設(shè)計(jì)制作了該結(jié)構(gòu)沿縱向兩跨的模型［16］。圖1為模型的正面和側(cè)面。為真實(shí)再現(xiàn)結(jié)構(gòu)各要素的作用，按照原型設(shè)置了滿砌的橫向填充墻、縱向半高的窗下墻。窗下墻頂設(shè)置了配筋的壓頂。二層以上的半高墻顯然會(huì)約束梁端成鉸行為，另外在模型縱向端部設(shè)置一段短墻模擬鄰跨對(duì)柱的約束作用。

圖1 單面外廊框架結(jié)構(gòu)模型Fig.1 RC frame model with one side corridor

給模型基底輸入峰值為0.96g的臥龍地震動(dòng)（含X、Y和Z方向），破壞情形如圖2a所示。盡管模型結(jié)構(gòu)沒有倒塌，但底層的A柱破壞非常嚴(yán)重。剪切裂縫貫穿內(nèi)外，柱身縱向呈腰鼓狀，A柱頂端下沉、梁下彎，幾乎要塌下來(lái)。此時(shí)同一軸線上沒有填充墻約束的B柱和C柱外觀尚完整，遠(yuǎn)未達(dá)到端部成鉸的狀態(tài)。精密位移測(cè)試表明，柱上端樓板僅沿縱向有位移且幅值很小，這是因?yàn)闄M向和扭轉(zhuǎn)變形被滿砌的橫墻約束住了。圖2b是通過擬靜力實(shí)驗(yàn)［17］獲得的A柱和B柱的力-位移曲線。A柱對(duì)應(yīng)的曲線陡、高、窄，我們稱之為硬脆構(gòu)件；B柱對(duì)應(yīng)的曲線緩、低、寬，我們稱之為弱延構(gòu)件?！岸浮币馕吨鴦偠却?，“高”意味著極限承載力高，“窄”意味著脆性強(qiáng)；反之則反。由于樓板僅沿縱向平動(dòng)，各柱分擔(dān)的剪力就與其側(cè)向剛度成比例，多次模型實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示A柱分擔(dān)的剪力為B柱的5～8倍，我們稱之為內(nèi)力凝聚現(xiàn)象。

洋桔梗的最佳定植時(shí)機(jī)是幼苗具有4片真葉，第5片真葉未完全長(zhǎng)出前[3]。洋桔梗不同品種對(duì)高溫的反應(yīng)差異很大，即使同一品種的不同個(gè)體對(duì)高溫的反應(yīng)也不同。日本瀧井公司根據(jù)洋桔梗不同品種自然花期的早晚將洋桔梗分為早生、中生、中晚生、晚生4個(gè)類型。根據(jù)閩西北氣溫、光照等氣候特征，建議早生品種選擇在10—11月栽培；中生品種選在9—4月栽植；晚生品種選擇在較熱的季節(jié)栽培；中晚生品種適應(yīng)性較強(qiáng)。由于各地小氣候和設(shè)施情況不同，在盡可能保證設(shè)施內(nèi)夜間溫度能控制在5 ℃左右的前提下，結(jié)合經(jīng)濟(jì)價(jià)值選擇適栽時(shí)間，洋桔梗最佳栽培時(shí)間見表1。

圖2a中A柱已經(jīng)達(dá)到極限承載力，但是其側(cè)向變形量很?。▽娱g位移角不超過1%），我們稱A柱達(dá)到了變形飽和狀態(tài)。A柱的承重失效將觸發(fā)結(jié)構(gòu)整體倒塌。該模型展示的是窗下墻約束的柱與自由變形柱的混搭，工程中還有一種較普遍的做法是窗下墻＋窗間墻約束的柱與自由變形柱的混搭，內(nèi)力凝聚現(xiàn)象更顯著。

圖2 約束不同的構(gòu)件在同一層混搭時(shí)的破壞及力-位移關(guān)系Fig.2 Damage pattern and force-displacement relationship of members with or without restraint under mixing and matching

因此，給“變形飽和”定義如下：兩類構(gòu)件同層混搭，硬脆構(gòu)件內(nèi)力高倍凝聚，側(cè)移很小時(shí)（相對(duì)柱端或梁端成鉸而言）就發(fā)生脆性破壞并觸發(fā)倒塌。就構(gòu)件而言，把因內(nèi)力凝聚后側(cè)移很小時(shí)就達(dá)到承載力極限并發(fā)生脆性破壞的狀態(tài)稱為“變形飽和”狀態(tài)。

至此外廊式教學(xué)樓的倒塌原因可以做如下解釋：因?yàn)椴痪庠O(shè)置的填充墻造成柱抗側(cè)剛度出現(xiàn)顯著差異，進(jìn)而導(dǎo)致地震剪力高倍凝聚，剛度大的構(gòu)件率先達(dá)到變形飽和并觸發(fā)了結(jié)構(gòu)整體倒塌。相反，內(nèi)廊式辦公樓對(duì)應(yīng)的各個(gè)柱被約束的程度大體相當(dāng)，避免了內(nèi)力凝聚，沒有構(gòu)件達(dá)到變形飽和狀態(tài)，因而沒有倒塌，砌體結(jié)構(gòu)教工住宅也是同理。大量的震害和實(shí)驗(yàn)顯示，保證構(gòu)件內(nèi)力分配均衡是抗御倒塌最關(guān)鍵的因素。

對(duì)比“弱柱強(qiáng)梁”和“變形飽和”理論可以發(fā)現(xiàn)，全過程、全要素地分析多層房屋倒塌原因，結(jié)果應(yīng)該是這樣的：以剪力最大的底層為例，橫墻因不開洞，所以剛度大、承載力高，約束了樓板既不能沿橫向運(yùn)動(dòng)也不能扭轉(zhuǎn)，只能沿縱向發(fā)生平動(dòng)（建筑功能要求各道縱墻都開洞因而剛度?。?，這就導(dǎo)致支撐樓板的柱或墻在縱向按剛度大小成比例地分配地震剪力，被縱向半高或全高但開洞的填充墻約束的柱分擔(dān)的剪力是自由柱的若干倍，率先發(fā)生脆性剪切破壞，既喪失了承重能力，又喪失對(duì)橫墻的扶壁作用，這時(shí)如果地震還沒停止，結(jié)構(gòu)沿縱向的抗力是最弱的，很容易沿縱向觸地，這是地震現(xiàn)場(chǎng)最常見的倒塌模式。某些廢墟外觀可見的上下端都成“鉸”的自由柱容易使人迷惑，以為結(jié)構(gòu)是因柱鉸層屈服機(jī)制倒塌，實(shí)際上柱上下端成鉸僅僅是倒塌的結(jié)果，而不是原因。

以“強(qiáng)柱弱梁”為標(biāo)志的延性設(shè)計(jì)法強(qiáng)調(diào)：結(jié)構(gòu)所遭遇的地震力大無(wú)妨，結(jié)構(gòu)要確保不發(fā)生構(gòu)件剪切破壞和節(jié)點(diǎn)撕裂以及延性不足的柱鉸層屈服機(jī)制破壞，但可以出現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁型整體屈服機(jī)制。以均衡內(nèi)力為標(biāo)志的“抗變形飽和設(shè)計(jì)法”基于對(duì)實(shí)際震害正反兩方面表現(xiàn)的總結(jié)強(qiáng)調(diào)：只要樓層中抗側(cè)構(gòu)件內(nèi)力均衡分配，結(jié)構(gòu)就難以破壞。

變形飽和是從構(gòu)件本構(gòu)關(guān)系角度分析結(jié)構(gòu)的失效過程，回到震害現(xiàn)場(chǎng)看，那些在地震中表現(xiàn)好的房屋不具備變形飽和的條件，而表現(xiàn)不好的房屋很容易找到與變形飽和理論相符的地方。

弱柱強(qiáng)梁思想在誕生之初，針對(duì)理想的梁柱框架并且梁的剪跨比不大時(shí)可以勉強(qiáng)成立，比如1972年馬那瓜地震中美洲銀行大廈就是這種機(jī)制［18］。層高決定了柱的高度相對(duì)固定，柱截面較小時(shí)呈現(xiàn)為“弱柱”，節(jié)點(diǎn)水平平動(dòng)可以產(chǎn)生柱端塑性鉸，如果把柱截面加大以后，約束了節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，梁鉸也難以生成［19］。對(duì)于跨度較大的細(xì)長(zhǎng)梁，梁的變形以彈性為主，難以形成塑性鉸。然而如果短梁受到梁上填充墻約束的話，也難以形成鉸。上述起誤導(dǎo)作用的兩個(gè)震害案例［11，13］中看到的柱鉸只是被動(dòng)破壞的結(jié)果，而不是結(jié)構(gòu)倒塌的原因，從地震作用的全過程看，與自由柱混搭的“硬脆”構(gòu)件先發(fā)生脆性剪切破壞引起承重失衡，上部結(jié)構(gòu)的重力轉(zhuǎn)而壓到橫向墻柱上面，缺少扶壁支撐的橫向構(gòu)件出平面倒塌，這才導(dǎo)致外表可見到的“柱鉸”層屈服機(jī)制。

3 典型結(jié)構(gòu)震害原因分析

以下選取瀘定地震中的4個(gè)案例，用變形飽和理論解釋結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)。

3.1 磨西鎮(zhèn)瑪吉阿媽民宿震害分析

磨西鎮(zhèn)瑪吉阿媽民宿位于Ⅸ度區(qū)，如圖3a和圖3b所示，建筑為四層，底層幾近倒塌，其他各層基本完好?，F(xiàn)場(chǎng)勘查確認(rèn)底層為框架和砌體混雜結(jié)構(gòu)，上部各層為純砌體結(jié)構(gòu)。圖3c為其底層平面圖，其A軸和B軸為空曠的框架，C軸為帶構(gòu)造柱、開窗洞的砌體墻，①軸及⑤軸B～C間為帶構(gòu)造柱的砌體墻。盡管底層地震剪力最大，但其作為接待大廳十分空曠，抗側(cè)構(gòu)件最少。由于橫墻少，對(duì)扭轉(zhuǎn)的約束弱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)有少許順時(shí)針扭轉(zhuǎn)。底層震害最嚴(yán)重的部位是C軸的窗間墻和⑤軸的墻，圖3b顯示C軸窗間墻除通透的X形裂縫外，還有沿縱向10cm的移位?？傮w看，底層樓板仍以縱向平動(dòng)為主，根據(jù)擬靜力實(shí)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范［17，20-21］給定的參數(shù)可以計(jì)算，A、B、C軸在縱向按剛度大小分配的內(nèi)力相對(duì)值如圖3d所示，C軸分擔(dān)的剪力是A、B軸的4倍多，C軸墻體因內(nèi)力凝聚而出現(xiàn)嚴(yán)重的剪切破壞。以抗剪承載力最高的構(gòu)件為基準(zhǔn)進(jìn)行歸一化，定義歸一化剪力為：

圖3 磨西鎮(zhèn)瑪吉阿媽民宿震害原因分析Fig.3 Damage analysis of Maji'ama homestay inn in Moxi Town

式中，Q為各軸線上構(gòu)件承擔(dān)的水平剪力；fv為砌體抗剪強(qiáng)度；A為構(gòu)件橫截面面積。圖3e和圖3f為計(jì)算得到的力-位移曲線C軸墻體超過了變形飽和點(diǎn)，A、B軸因剛度小，分擔(dān)的剪力很小，沒有出現(xiàn)明顯的柱上下端塑性鉸，A、B軸柱的強(qiáng)度儲(chǔ)備還遠(yuǎn)未發(fā)揮。

瑪吉阿媽民宿代表的是底層縱橫向都空曠、雙向都有“偏”的缺陷［7，8，13］。這類建筑通常為單一業(yè)主所有，這在海螺溝（磨西鎮(zhèn)）、九寨溝等風(fēng)景區(qū)較常見。

3.2 磨西鎮(zhèn)大杉樹村汽修店震害分析

磨西鎮(zhèn)大杉樹村6組51號(hào)汽修店位于Ⅸ度區(qū)，如圖4a和圖4b所示，建筑主體為三層，局部四層，僅底層嚴(yán)重破壞?？辈榇_認(rèn)底層為框架和砌體混雜結(jié)構(gòu)且以砌體為主，上部各層為純砌體結(jié)構(gòu)。圖4c為其底層平面圖，在A軸和B軸上各道橫墻（柱）之間空曠，C軸為帶構(gòu)造柱開窗洞的砌體墻。①～⑥軸除④軸外都是帶構(gòu)造柱且不開洞的砌體墻。結(jié)構(gòu)橫向有平行的5道不開洞的墻體約束，樓板在橫向和扭轉(zhuǎn)方向都不會(huì)變形，只能發(fā)生縱向平動(dòng)。根據(jù)擬靜力實(shí)驗(yàn)及規(guī)范給定的參數(shù)［17，20-21］計(jì)算，A、B、C軸在縱向按剛度大小分配的內(nèi)力相對(duì)值計(jì)算結(jié)果如圖4d所示。C軸的剪力是A、B軸的4倍多，C軸出現(xiàn)了內(nèi)力凝聚現(xiàn)象，墻體因剪切而破碎解體（如圖4b所示）。圖4e和圖4f為計(jì)算得到的力-位移曲線，C軸墻體達(dá)到了變形飽和點(diǎn)，但由于樓板側(cè)移很小，各道橫墻沒有出現(xiàn)出平面變形的表現(xiàn)，④軸上的兩根混凝土柱上下端也未出現(xiàn)混凝土剝落。推測(cè)及觀察都表明A、B軸分擔(dān)的剪力很小。該結(jié)構(gòu)明顯地是因?yàn)閮?nèi)力在C軸凝聚，造成C軸墻體達(dá)到變形飽和并局部塌落。

圖4 磨西鎮(zhèn)大杉樹村6組51號(hào)汽修店震害原因分析Fig.4 Damage analysis of Car Repair Shop in Dashanshu Village，Moxi Town

汽修店橫向有多道平行的實(shí)體墻，僅在縱向有“偏”的缺陷。通常這類建筑底層每一開間為一個(gè)業(yè)主所有，用于經(jīng)商，這種情形在南方中小城鎮(zhèn)街道兩側(cè)十分普遍。

3.3 得妥鎮(zhèn)蔣家飯店震害分析

得妥鎮(zhèn)蔣家飯店位于Ⅸ度區(qū)，如圖5a和圖5b所示，建筑為三層，僅底層有破壞?，F(xiàn)場(chǎng)勘查確認(rèn)底層為框架和砌體混雜結(jié)構(gòu)，上部各層為砌體結(jié)構(gòu)。圖5c為其底層平面圖，其A軸和B軸為空曠的框架，C軸及①、④、⑤軸為帶構(gòu)造柱的砌體墻。結(jié)構(gòu)橫向有①、④、⑤軸3道不開洞的墻體約束，樓板在橫向和扭轉(zhuǎn)方向都不會(huì)變形，僅發(fā)生縱向平動(dòng)。根據(jù)擬靜力實(shí)驗(yàn)及規(guī)范給定的參數(shù)［17，20-21］計(jì)算，A、B、C軸在縱向按剛度大小分配的內(nèi)力相對(duì)值如圖5d所示，C軸的剪力是A、B軸的5倍多，C軸出現(xiàn)了內(nèi)力凝聚現(xiàn)象并出現(xiàn)較嚴(yán)重的剪切破壞。圖5e和圖5f為計(jì)算得到的力-位移曲線，C軸墻體接近了變形飽和點(diǎn)，但此時(shí)樓板側(cè)移還很小，A、B軸分擔(dān)的剪力也很小，它們的強(qiáng)度儲(chǔ)備尚未發(fā)揮。

圖5 得妥鎮(zhèn)蔣家風(fēng)味飯店震害原因分析Fig.5 Damage analysis of Jiangjia Restaurant in Detuo Town

蔣家飯店建筑代表底層空曠且存在“偏”的缺陷，但由于樓層較少，地震荷載總量有限，構(gòu)件盡管有內(nèi)力凝聚現(xiàn)象但尚未達(dá)到飽和點(diǎn)，所以破壞并不嚴(yán)重。

3.4 貢嘎山寄宿學(xué)校震害分析

磨西鎮(zhèn)貢嘎山寄宿學(xué)校位于Ⅸ度區(qū)，如圖6a和圖6b所示，建筑為三層，各層內(nèi)外均完好。經(jīng)勘查確認(rèn)結(jié)構(gòu)為有圈梁和構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)，是典型的內(nèi)廊式辦公建筑，縱橫向均衡對(duì)稱布置多道實(shí)體墻，雙向各軸線剛度和抗側(cè)承載力差異很小。根據(jù)擬靜力實(shí)驗(yàn)及規(guī)范給定的參數(shù)［17，20-21］計(jì)算，A、B、C和D軸在縱向按剛度大小分配的內(nèi)力相對(duì)值如圖6d所示。各軸剪力大體一致，沒有內(nèi)力凝聚現(xiàn)象，橫向受力和變形也類似。圖6e和圖6f為計(jì)算得到的力-位移曲線，表明各軸分擔(dān)的剪力均未達(dá)到承載力極限，縱橫向構(gòu)件均未達(dá)到變形飽和點(diǎn)，地震停止后結(jié)構(gòu)構(gòu)件按彈性模式回到初始點(diǎn)，沒有任何裂縫或殘余變形。

圖6 貢嘎山寄宿制學(xué)校宿舍震害原因分析Fig.6 Damage analysis of Gonggashan school building in Moxi Town

貢嘎山寄宿學(xué)校建筑代表雙向均沒有“偏”的缺陷且有完善圈梁構(gòu)造柱的建筑。與前述3個(gè)案例不同，該案例表明只要避免內(nèi)力在少數(shù)構(gòu)件上凝聚，就很難有構(gòu)件達(dá)到變形飽和點(diǎn)，結(jié)構(gòu)即使遭遇很強(qiáng)的地震作用，也能確保不損傷。這種抵抗超設(shè)防烈度的策略不是依靠構(gòu)件的塑性變形或延性，而是依靠均衡的內(nèi)力分配，而均衡的內(nèi)力需要合理的抗側(cè)構(gòu)件布置，避免剛度在樓層中前后或左右的顯著不均衡。

4 結(jié)論

以上分析表明，支配各國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的“弱柱強(qiáng)梁”倒塌理論在邏輯上和實(shí)踐中都不成立。通過大量的震害調(diào)查、模型實(shí)驗(yàn)及理論分析，總結(jié)出符合震害實(shí)踐的“變形飽和”理論，揭示了多層房屋地震倒塌（破壞）的真正原因，據(jù)此可設(shè)計(jì)出具有“七級(jí)不壞、八級(jí)不倒”抗震能力的多層建筑。

瀘定地震、汶川地震中實(shí)際震害現(xiàn)象可以很好地佐證本文結(jié)論，例如文中列舉的瀘定地震典型震例能夠很好地用“變形飽和”理論解釋，而“弱柱強(qiáng)梁”則行不通。“變形飽和”是理論層面的表現(xiàn)，實(shí)踐層面是結(jié)構(gòu)本身存在的不利于抗震的散、脆、偏、單四個(gè)方面的缺陷［14］。

柱鉸層屈服機(jī)制不是結(jié)構(gòu)倒塌前的臨界狀態(tài)，而是倒塌結(jié)果的體現(xiàn)。從震害實(shí)際看，延性意味著變形大且有破壞，原來(lái)預(yù)想的以小的破壞避免大的破壞（倒塌）實(shí)際是難以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際震害表明，即便是很強(qiáng)烈的地震，結(jié)構(gòu)連小的破壞都可以不出現(xiàn)，其中的技巧就是內(nèi)力均衡，即各構(gòu)件的內(nèi)力與其承載能力相匹配，并且結(jié)構(gòu)整體上沒有散、脆、偏、單等缺陷。