浅谈钢筋混凝土框架结构的震害分析

拜合提亚尔•海如勒 李守恒 买尔旦.赛皮丁

摘要:本文归纳了汶川地震中钢筋混凝土框架结构震害的典型特征，并分析了其破坏的原因。

关键词:钢筋混凝土框架结构震害分析

Abstract：The article concludes the typical damage of RC frame structure in the Wenchuan earthquake and analyses the reasons.

Key words：reinforced concreteframe structureseismic damage analysis

中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：

一．前言

通过对汶川地震中建筑震害资料的调查和分析，发现钢筋混凝土框架结构表现了较强的抗震能力，但仍存在一些明显的典型震害特征。本文归纳了钢筋混凝土框架结构各种典型震害特征，并对其原因进行分析， 指出在目前国内抗震规范的指导下，保证“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震准则的实现。

二．钢筋混凝土框架结构震害特征

钢筋混凝土框架结构广泛用于办公楼，医院，学校，商店，住宅等房屋建筑，也用于工业厂房。框架结构是由梁柱通过刚性节点连接形成的整体受力骨架，通常为整体现浇，也有梁柱现浇，预制楼板加现浇叠合层。为满足建筑使用空间的分割需要，常采用砌体或砌块做内外填充墙，也有采用轻质隔墙。

框架结构同时承受竖向荷载和水平地震作用。尽管框架结构的形式简单，可较好地满足使用要求，但其整体抗侧刚度较小，抗震储备能力较小，震害重于框架剪力墙结构和剪力墙结构。汶川地震中框架结构的主要震害特征有：

2.1 填充墙破坏甚至倒塌

在框架结构的受力分析和设计中，填充墙仅作为荷载考虑。实际上，砖砌体填充墙具有一定的刚度，地震时承受地震剪力；但砖砌体尤其是空心砖砌体填充墙的承载力低，变形能力小，地震作用下填充墙首先开裂破坏，加上填充墙面外地震作用，可能造成填充墙倒塌。

对于框架结构，当遭遇烈度为设防烈度水平，发生填充墙开裂和损坏，但主体结构基本无损害，可以认为达到了抗震设防目标。尽管如此，填充墙的破坏对用户会造成很大的心理影响，认为结构不安全，影响灾后安置。从汶川地震中砖砌体填充墙的震害可知，加强其与主体结构的拉结，设置水平配筋增加其变形能力，以适应框架结构变形较大的受力特征，可以减轻填充墙的震害，尤其是可以避免填充墙倒塌破坏而造成人员伤亡。

2.2 填充墙沿高度不连续造成薄弱层破坏或倒塌

在框架结构的受力分析和设计中，一般不考虑填充墙的结构受力作用，仅作为荷载考虑。但（空心）砖砌体（砌块）填充墙本身具有较大的刚度，影响主体框架结构实际平面刚度分布和竖向刚度分布，造成结构实际地震力分布与框架结构计算地震力分布存在较大差异。同时，填充墙具有一定的承载力，其结构作用还将改变框架结构的层承载力分布，即结构的实际层承载力分布与框架结构的层承载力分布存在很大差异。这两方面的差异使得填充墙布置较少的楼层成为薄弱层，在地震作用下薄弱层发生很大的集中变形，从而改变框架结构的侧移变形模式；且会因薄弱层的承载力不足而引起严重破坏，甚至倒塌。这种情况多数出现在底商住宅的框架结构中，或底部有大空间需要的框架结构中。

2.3 填充墙平面布置不均匀造成结构扭转震害

举北川某饭店例子，二层产生平面扭转震害，其原因是底层纵向结构多于二层，二层成为薄弱层。二层一侧为大饭厅，室内无填充墙，另一侧为小饭厅，有较多横向填充墙，二层的刚度中心与质量中心不重合，产生平扭偶联效应，导致二层大餐厅一侧的框架柱形成柱铰层机制，侧移变形大，而二层小餐厅一侧的框架柱也产生一定程度的破坏，但由于室内填充墙的帮助，层间侧移较小。

2.4 同层框架柱抗侧刚度不等造成破坏

对于在平坦地面建造的建筑，这种情况很小出现，但山地地区的建筑经常会遇到，有时因直接依山地高程变化也会使得柱长短不一，造成不同框架柱的地震剪力大小不一，引起破坏。对于这种情况，应根据实际结构建模进行抗震分析，减小同层框架柱抗侧刚度差异。

2.5 柱端形成塑性铰

“强柱弱梁” 屈服破坏机制是框架结构抗震设计所希望的。然而，汶川地震中框架结构很少见到框架梁端出铰，而是大量出现柱端塑性铰，其中有很多框架是按我国01版抗震规范设计的。举北川职教中心例子 ，由于框架结构抗震防线单一，相对于框剪结构和剪力墙结构，在遭遇超设防烈度地震时更容易倒塌，“柱铰机制”则使得倒塌率又进一步增大。“强柱弱梁”使框架结构有大的耗能能力，可以降低超设防烈度地震时的倒塌率，这是北川职教中心南倒塌的一个因素，另一个因素就是填充墙对框架结构承载力的贡献，并且填充墙也充当了框架结构的第一道抗震防线。

2.6 框架柱剪切破坏

“强剪弱弯” 是框架梁柱构件抗震设计的原则，对于框架柱尤为重要。由于抗震规范对框架柱“强剪弱弯”设计有明确的规定，且比较容易实现，汶川地震中因箍筋配置不足而发生框架柱剪切破坏的情况并不多。绵竹某框架结构底层框架柱配筋较少，箍筋弯钩锚固构造不合要求，造成柱端剪切破坏。此外，地震区大量采用的底框砖混结构，底框柱配箍往往不足，箍筋弯钩锚固构造不合要求，框架柱剪切破坏的情况也较多。另一种情况是填充墙剪切破坏对底框柱产生推剪作用，引起底框柱剪切破坏。

2.7 梁柱节点区破坏

“强节点弱构件” 也是框架结构设计的原则，目的是避免因节点破坏而使相关联的梁柱构件失去整体作用，充分保证梁柱构件的承载力和延性能够充分发挥，以实现预期的整体结构抗震能力。但是，由于框架梁柱节点是梁柱纵筋交汇锚固区域，同时又是梁柱端受力最大部位，规范要求的配筋构造措施有时难以落实，施工难度大，梁柱节点区箍筋配置不足，甚至偷工减料不配置箍筋的情况时有发现，造成节点区破坏。

2.8 楼梯破坏

框架结构楼梯间震害严重的原因：框架抗侧刚度小，而楼梯板类似斜撑，使楼梯间抗侧刚度大，地震剪力也大；楼梯间结构复杂，传力路径也复杂。楼梯震害主要有以下几方面：

上下梯段板交叉处梯梁和梯梁支座剪扭破坏。

梯板受拉破坏或拉断。

（三）休息平台处短柱破坏。

结语：

综上所述，本文对汶川地震中钢筋混凝土框架结构震害进行了归纳及分析，并提出了其主要的破坏原因。通过以上钢筋混凝土框架结构的震害分析可知，合理布置结构构件和采取必要的抗震措施，是达到较好抗震效果的前提条件，是保证人民财产安全的必要手段。

参考文献：

[1] 梁觉锦· 钢筋混凝土框架结构震害分析与震后修复加固方法探析[J]·建筑工程·2010,8；第177页

[2] GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S]