城市常见结构类型震害分析

2012-08-15陈玲飞鲁国保

山西建筑 2012年26期

关键词：楼梯间砌体框架结构

陈玲飞鲁国保

(1.台州市名泰建设工程有限公司，浙江台州 317500; 2.浙江绿城六和建筑设计有限公司，浙江杭州 310007)

1 概述

城市作为人类聚居地，随着国民经济的发展，也发生了很大的变化。在我国，对于中小城市来说，目前城市中主要的建筑形式为多层砌体结构，钢筋混凝土结构和混凝土柱的单层工业厂房等，不同的结构形式在地震作用下的震害现象和原因也是各不相同的。

2 常见结构震害

2.1 多层砌体结构

多层砌体结构是我国近几十年民用建筑的主要结构类型，据不完全统计，砌体结构在我国住宅建筑中的比例高达80%，在整个建筑业中约占60%～70%。对于砌体房屋，震害特征主要表现在以下几个方面：

1)墙体的破坏。砌体结构的承重构件就是墙体，所以墙体抗震性能的好坏就直接影响着结构的安全与否。当墙体受到地震力作用时，通常会出现与水平线呈45°角的斜裂缝，随着地震的往复作用，开裂墙体沿裂缝滑移、错位、剥落，最终丧失承载力。还有一些墙体会在房屋底层或过梁上方产生水平通缝，这主要是由于墙体水平缝砂浆强度较低，在地震作用下，墙体产生整体弯曲和水平错动造成的。砌体结构的不均匀性，也是这种破坏的主要原因。而在对砌体结构进行震害预测时，主要考虑了墙体强度、面积率及构造柱等因素的影响，所以墙体成为判断砌体结构破坏程度的主要依据之一。

2)洞口间墙和窗下墙的破坏。洞口间墙和窗下墙通常是在外纵墙上开洞形成的，这样一来墙体被削弱，在地震过程中，由于受弯剪作用影响发生震害，出现贯穿的斜裂缝或X形裂缝。当墙体高宽比较大时，墙体会形成较陡的斜裂缝，上侧的墙体有沿裂缝下滑的趋势，使承载力降低，在余震中也容易发生倒塌。

3)楼盖和屋盖的破坏。楼盖和屋盖是传递水平地震力的主要构件，其刚度大小对房屋的抗震性能有很大影响。尤其是对于早期的砌体建筑，楼盖和屋盖大多采用预制空心板，这种形式中，板和板之间、板和墙体之间的拉结不够牢固，导致整体性较差，当地震发生时，常出现楼板滑落、折断现象。

4)楼梯间的破坏。楼梯间是砌体结构中的薄弱环节，而它作为结构上下层的交通联系部分，在地震发生时是主要的疏散逃生通道，承担着举足轻重的作用。而在以往的抗震规范中，并没有对楼梯间的设计给予更多更详细的要求。汶川地震发生以后，我们发现有许多砌体房屋的楼梯间遭到严重破坏和倒塌，没能完成它作为抗震安全岛的使命。2010规范修订时，人们意识到楼梯间问题的严重性，加强了对楼梯间的构造要求。

5)纵横墙交接处的破坏。地震发生时在纵横墙交接处会产生竖向裂缝，一旦地震烈度较高，就会发生纵横墙脱开、外闪的情况，此类破坏通常是由于纵横墙交接处或转角处砌筑接槎不良导致的，所以施工质量是保证砌体结构整体性和抗震性能的关键之一。

6)凸出屋面部分的破坏。凸出屋面部分(如楼梯间，小塔楼等)和女儿墙，在地震时受鞭梢效应的影响震害情况较重。女儿墙在房屋顶部，约束较少，而且在结构转角处受到扭转作用，极易破坏，虽然其对主体结构影响不大，但容易发生坠落造成伤害。

2.2 底部框架砌体房屋

底部框架砌体房屋是指结构底层或底部两层采用钢筋混凝土框架形式，而上部采用砌体形式的建筑。这类结构的底部能够提供大空间，上部各层采用较多的纵横墙，适合于底层设置商店、餐厅等，上部为住宅、旅馆等建筑。它相比于整体框架—抗震墙结构来说更经济，更符合我国早期的经济水平。

该结构的上下组成材料不同，造成了它在抗震性能方面表现较差。其底部刚度较小、上部刚度较大，在地震发生时，变形常常集中在底部，使其产生过大的侧移而发生破坏，甚至倒塌。

2.3 框架结构

框架结构，由于其自重轻，空间分割灵活，利于安排较大空间，采用现浇钢筋混凝土形式结构整体性好，空间刚度较大等优越的综合性能在我国城市建设中得到了广泛的应用。对于框架结构，在地震发生时的主要震害特征有以下几点：

1)框架柱的破坏。

由于楼板和填充墙的作用，框架梁和屋盖的实际刚度增加，在实际地震中，很少发生预期理想的总体屈服机制，无法做到延性框架所要求的“强柱弱梁”，而是柱端形成了塑性铰破坏。框架柱的柱头或柱脚通常出现混凝土压溃酥碎，钢筋屈服，并产生很大位移，丧失承载能力。尤其当框架柱截面较小、配筋量偏少时，更容易发生此类破坏。考虑到这种破坏形式，规范总是对框架柱的柱头、柱脚等薄弱部位加强构造措施，2010规范在修订时，不仅提高了构造要求，更是在对框架构件进行抗震计算时，提高了构件的组合内力设计值调整系数，由此可见对框架结构抗震性能的重视。

2)薄弱层的破坏。

为了满足经济需要，对于一些钢筋混凝土框架结构房屋，通常将首层设为商铺，设置了部分砌体隔墙，而二层却将层高加大且布置空旷，这样一来首层抗侧刚度较大，二层刚度较小，形成了相对薄弱层。在地震作用时，由于刚度沿高度方向突变，破坏集中在薄弱楼层发生，对抗震不利。框架结构的震害预测通常需要计算结构的延伸率。如若薄弱层没有加强，纵使其他部位抗震性能再好，也不能减轻建筑的破坏程度。所以加强薄弱层的抗震，对减轻框架结构的震害程度非常重要。

3)楼梯的破坏。

现浇在框架结构中的楼梯在地震中参与地震力的分配，其作用相当于一个“K”形支撑，当层间位移发生时，一个梯板受拉另一个受压，梯梁受力复杂复合空间弯、剪、扭综合作用，而发生破坏。其表现形式多为梯板在1/3至跨中位置断裂，梯梁在中部破坏。由于楼梯间承担着危险时刻的逃生作用，所以人们逐渐认识到加强楼梯间抗震性能的重要性。汶川大地震发生后，人们更是注意到了这点。2010规范在修订时，将这一认识转化成了具体条文要求，这在以前的抗震规范中是没有的。

4)围护结构和填充墙的破坏。

由于框架结构属柔性结构，在地震作用下会产生较大的水平位移，若结构防震缝宽度不够，或两建筑相距较近，则两侧的单元在地震时就会发生碰撞，造成围护结构和填充墙的破坏倒塌。

2.4 单层钢筋混凝土柱工业厂房

单层钢筋混凝土柱工业厂房(以下简称单层厂房)跨度大，空间布置比较灵活，室内外高差较小，便于大型机械的进出，能承受较大的荷载，所以在工业设计中普遍采用这种形式，也是目前城市中厂房的主要形式。和其他结构形式相比，单层工业厂房的震害较轻。通过调研发现，在7度地震作用下，厂房的主体结构和支撑体系基本完好，围护结构局部发生开裂;8度地震作用下，主体结构开始出现开裂破坏，有一些甚至出现严重损坏，支撑系统会出现有些杆件压屈或节点拉脱，围护结构严重开裂，山墙顶部会出现外闪倒塌;9度地震作用下，震害情况加剧，主体结构严重破坏，屋盖系统出现坍塌，支撑构件大多数压屈，节点拉脱，围护墙体大面积倒塌。