框架结构典型震害现象分析

杨宁

（天津城市建设学院，天津 300384）

近年来，我国地震频发，给灾区人民的生命及财产带来了很大的损失。因此，本文主要通过对汶川地震，青海玉树地震的资料进行分析，总结框架结构的典型震害现象以及破坏机理，继而可以采用较合理的结构抗震措施及整体结构体系，这样会减少地震带来的损失，具有重要的意义。

1 框架房屋整体震害

（1）结构形式的混用。震区的一些住宅，教学楼等一些老旧的建筑,有一些是采用框架—砌体的混合结构。这类结构的形式比较多，比如底框砖混结构，底层部分框架，部分砌体—上部砖混，以及部分框架—部分砖混。对于这样的混合结构，一般震害都是比较严重的。图1是一中学教学楼，结构形式混用，属于横墙较少的多层砌体房屋，抗震性能较差，这次地震砖混结构部分倒塌了，一起框架结构部分发生严重的破坏。

图1 结构形式混用的破坏

（2）结构布置不合理的震害。平面形状复杂，刚度中心与质量中心相差较远的房屋，地震时容易产生严重的扭转和应力集中破坏；里面凹凸严重，沿竖向刚度有突然变化的房屋，地震时容易产生薄弱层和变形集中破坏，图2为某磷化工厂的框架厂房，左边靠后部分布置了干燥塔筒体，安防在5.5m楼层标高处，开间和跨度均为8.5m。右边部分两跨，六个开间，总高度21.8m，在5.5、13.3、17.3、21.8m布置了楼屋盖。左右两边高差很大，并且没有设置变形缝，左右边纵向柱网未对齐，楼板沿平面不连续，属于平面和竖向严重不规则的结构体系，左边干燥塔筒体很重，且质量集中在5.5m楼层标高处，在地震作用下，左边底层地震剪力和变形远大于右边，将左右部分所有梁剪坏拉断，左边部分底层柱产生较大的倾斜，由于受到左边部分的影响，右边底层所有柱和梁破坏比较严重。

图2 某磷化工厂框架厂房破坏

（3）防震缝处碰撞震害。如果防震缝宽度不够，两侧的结构会在地震时相互碰撞产生震害。但是这种震害都不严重，震害现象一般是上重下轻。汶川地震中，在地震重灾区及一些地震烈度不大的对方都发生了这种震害现象。

2 结构构件的震害现象

汶川地震重灾区框架结构的梁柱破坏现象还是比较普遍的，柱子的破坏在柱顶、柱身、柱底的部位发生，有些柱子出现水平裂缝或者斜裂缝，部分钢筋保护层脱落，露出钢筋，还有出现混凝土脱落，主筋压曲外露，箍筋崩落等现象。

（1）柱剪切破坏。由于墙体或其它构件对柱子的约束作用，柱子的有效高度降低了很多，这样一来柱子的刚度就大大增加，在地震作用下吸收更多的能量，但柱子本身并不能抵抗这么多的能量，就表现出来为柱子的破坏比较严重并且多以剪切破坏为主。如图3，开窗导致墙体对对柱子的约束形成短柱，破坏严重,图4为映秀镇的一个建筑，楼梯平台梁对柱子的约束形成短柱，也是在地震的作用下破坏得比较严重。

图3 开窗形成短柱

图4 楼梯平台梁形成短柱

（2）柱剪压破坏。柱子截面过小，箍筋间距过大，导致其约束力不够，混凝土抗压强度不够，在地震作用下产生剪压破坏。图5为映秀某框架结构，柱端箍筋没有加密，混凝土被压碎，钢筋被剪弯，从而失去承载力。

（3）柱弯剪破坏。当短柱截面较大时，在水平地震作用下容易发生弯剪破坏,如图6所示。

图5 柱剪压破坏

图6 柱弯剪破坏

（4）柱压屈破坏。此种破坏一般发生在框架底层柱的柱头，由于上部重力荷载较大，柱截面过小，混凝土强度不够导致轴压比超限，同时箍筋加密不够导致约束力不够，在竖向地震荷载作用下混凝土压碎，受力钢筋压屈破坏。图7（a）为汉旺镇某框架结构底层柱，混凝土强度不够，导致混凝土压碎，钢筋屈服。图7(b)为都江堰某框架底层柱顶箍筋没有加密，导致混凝土压碎纵筋屈服。

图7 柱压屈破坏

（5）柱子压弯破坏。结构竖向荷载过大，柱截面过小，导致轴压比超限，在竖向荷载及弯矩的共同反复作用下，柱头容易发生压弯破坏，结果就是混凝土压碎，钢筋屈曲，如图8所示。

（6）柱端塑性铰破坏。框架结构柱顶或者柱底同时出现塑性铰，吸收较多的地震能量结构虽坏不倒，北川大酒店就是很好的例子,如图9所示。

图8 柱压弯破坏

图9 柱端塑性铰破坏

（7）梁剪切破坏。短梁易产生剪切破坏，一般表现为从梁端到梁中发展的斜裂缝。此种现象在都江堰的幸福小区里发现的比较多,如图10所示。

图10 梁剪切破坏

3 非结构构件的震害现象

（1）填充墙影响结构的刚度变化，从而引起填充墙的破坏。不论何种材料的填充墙，在构造上与框架结构联系在一起工作时，或多或少会改变结构的抗侧刚度。同时，由于填充墙的加入，有可能使一个规整结构的质量中心与刚度中心发生偏移，在地震作用下产生较大的扭矩。从汶川地震中可以看出，填充墙的破坏还是比较严重的，如图11所示。因此，不仅要加强填充墙与主体之间的拉结措施，还要考虑底层填充墙与结构构件在同一水准下的抗震设计。

图11 填充墙的破坏

（2）填充墙造成框架柱的附加作用，使框架柱出现柱铰现象。在同一结构层内，由于填充墙分布形式的不同，使得水平地震剪力的分配也发生了变化，造成同一层内框架柱的水平受力不同而出现“柱铰”破坏现象。在汶川地震中几乎看不到“强柱弱梁”的梁铰机制，几乎都是“柱铰”机制，如图12所示。造成这种破坏的原因是多方面的，其中之一就是没有将填充墙纳入到整个结构系统考虑，主要是因为填充墙能够增加结构的层刚度，同时也能增加框架梁的抗弯刚度及受弯承载力。

图12 柱铰破坏

（3）开洞的填充墙可能对框架柱造成“短柱”效应。填充墙的布置使其临近的框架柱的计算高度减少，形成“短柱”，这样在水平地震力的作用下容易发生塑性铰破坏。如图13所示。

图13 实心砖填充墙窗洞之间框架短柱破坏

4 结语

地震灾难主要来自房屋以及工程结构的破坏及倒塌，防止房屋及工程结构的倒塌是减少人员伤亡和经济损失的重要途径。一方面，应该明确地震设防的目标是防止倒塌，以保证人员安全。另外一方面，应该切实将抗震设防贯穿与规划、工程选址、工程设计、工程施工、质量监管以及竣工验收、工程维护的全过程。

汶川地震中，虽然框架结构的房屋表现不错，但是也暴漏了一些重要的问题。

（1）在汶川地震中，出现了明显的，大量的“柱铰”破坏机制，这与抗震规范中的“梁铰”破坏机制明显不符。怎么样能切实实现概念设计的理念，切实做到结构在平面和立面上的几何尺寸、质量、刚度、延性等对称、均匀、规整，避免突变，减少“柱铰”机制出现的可能性，防止局部非线性变形集中而导致破坏，使结构实际地震表现尽量实现抗震设计规范的目标。这其中还有很多问题需要深入研究。

（2）有些框架结构在设计上存在较大的不均匀性，从而造成楼层的的局部薄弱环节，不能发挥结构整体的抗震能力，从而产生破坏和倒塌，怎样避免房屋总体机制和楼层机制也是需要研究的问题。

（3）在汶川地震中也发现了一些施工质量的问题，还有一些材料也存在着缺陷。例如框架节点箍筋的设置存在有严重的缺陷，箍筋间距过大或者箍筋过细，在一些混凝土中骨料都是一些大粒径的卵石等，都是混凝土的强度没有办法保证，由这些问题产生的后果都很严重，应该引起我们的重视。所以，这些都是以后应该加强监管的方面，坚决杜绝这种现象的发生。

[1]温增平，徐超，陆鸣，等.汶川地震重灾区典型钢筋混凝土框架结构震害现象[J].北京工业大学学报，2009，35（6）:753-760.

[2]邵立群，李辉，陈文元.5.12汶川大地震中钢筋混凝土框，排架房屋震害现象的调查分析[J].工业建筑，2009，39（1）:20-24.

[3]肖伦斌.汶川地震框架填充墙的震害现象分析[J].四川建筑科学研究，2009，35（5）:162-164.