地震灾害对结构设计的影响及借鉴意义

苏 志 章

(山西省中方森特建筑工程设计研究院，山西 太原 030001)

地震灾害对结构设计的影响及借鉴意义

苏 志 章

(山西省中方森特建筑工程设计研究院，山西 太原 030001)

对近年来我国大地震的震级、场地与结构震害特点进行了概述，通过调查与分析建筑结构倒塌破坏的共性原因，提出了一些建筑结构设计的建议，以提高我国建筑结构的抗震性能。

地震，结构，建筑，破坏

对于结构工程师而言，借鉴和汲取已建成建筑物遭受地震灾害的经验和教训是十分重要的。我国早期的建筑由于没有经验，抗震设计不完善，1976年唐山大地震以及“5·12”汶川大地震给我国造成了巨大的人员伤亡和财产损失。本文对近年来的震害进行分析整理，总结经验，希望对结构工程师进行结构抗震设计、更深刻的理解规范规程带来一定帮助。

1 近年来我国大地震的概况

表1不完全统计了我国近年来对建筑影响较大的地震，并综合了多层和高层建筑遭受的主要震害特点。

表1 我国近年来大地震概况

2 震级、场地与结构震害

1)地震对建筑物的破坏程度，首先取决于地震所释放的能量大小(通常所说的震级)，同时和震源的深浅程度、建筑物与震中的距离以及建筑物所处的场地性质有关。2)地震对建筑物的破坏还和建筑物本身动力特性有关。通常，震级小、震源深、离震中距离远的地方，建筑物遭到破坏的可能性小。但是大量震害表明，对于楼层较高的建筑遭受震害的范围比楼层较低的要大一些。3)场地性质对建筑物的震害程度有很大影响。例如1976年的唐山地震和“5·12”汶川地震都出现了大面积的砂土液化造成建筑物沉陷和开裂。

3 建筑结构倒塌破坏调查与分析

对1976年唐山地震、“5·12”汶川地震和玉树地震中倒塌的建筑物调查发现，倒塌的共性问题存在以下几点：1)建筑材料质量低劣未达到国家相应规范的要求，施工质量参差不齐造成建筑物安全性存在隐患。许多倒塌的建筑系计划经济时代的产物，业主、设计、施工等各方均代表国家，缺乏有效的相互制约，一味追求经济效益和工程进度，对工程质量往往并不苛求，偷工减料时有发生。2)抗震构造措施不规范，抗震意识没有深入人心。受当地传统习惯的影响和经济条件的限制，农村村民住宅和乡村公共设施长期以来不设防。普遍缺乏抗震构造措施，导致这些建筑物的抗震性能极差，在震害后损毁严重。3)结构设计方案存在问题，导致建筑物先天不良、留下安全隐患。a.结构刚度不足。历次地震的经验，告诉我们框架结构的破坏率相较于剪力墙结构更高。主要原因是剪力墙结构刚度较大，地震时它的变形相对于框架结构更小，地震损坏也更小。框架结构变形大除了使自身容易破坏外，另一个严重的问题是使大量非结构填充墙和饰面墙破坏，其修复费用可达原造价的60%以上，有时还会危及人员安全。b.结构构件的不对称布置引起的扭转，会加剧结构的破坏。地震本身是多方向的，存在扭转分量，而目前尚未有实测资料，也无法计算。如果结构本身刚度不均匀，将加剧扭转作用。扭转是导致结构破坏的重要原因，由于无法预见和计算，减小结构质量不均匀和刚度不均匀、加强结构的抗扭刚度和抗扭能力成为减少震害的重要措施。c.结构竖向不规则或承载力不均匀造成的薄弱层破坏。震区许多倒塌的建筑将底层作为商业或车库使用，使得楼层底部空旷形成结构的软弱层。软弱层的位移变形大、应力集中，底层的柱承受不了大的变形或承载力不足导致破坏。d.结构相互碰撞造成破坏。在震区中相邻结构碰撞造成的震害十分普遍，主要是在设置温度缝或抗震缝时，缝宽度过小，地震摇晃使距离过近的结构碰撞，导致结构损伤。例如，唐山地震中，北京虽然烈度不高，但是在一些高层建筑上，发生了多起因碰撞而结构损伤的震害。e.短柱、角柱以及强梁弱柱造成的柱破坏。历次震害及模拟实验表明，钢筋混凝土短柱在反复荷载作用下抗剪承载力显著降低，多数出现剪切破坏。当长短不同柱子协同工作时，一般短柱先破坏，使长柱负担荷载加大，然后长柱随之破坏。角柱的破坏，通常是由于设计时，未考虑建筑物结构的不规则性和角柱的不利位置导致角柱配筋不足，柱端混凝土压酥破坏。框架结构由于设计不当造成强梁弱柱，往往造成塑性铰出现在柱端、破坏。在1976年唐山大地震后，石油规划设计院曾对48栋发生破坏的框架结构做出调查统计，结果发现，凡是具有现浇板的框架，由于梁和现浇板的共同作用，大大增强了梁的承载能力。其地震破坏均产生在柱子上，结构多有倒塌；而没有楼板的空旷框架(化工设备间)，裂缝出现在梁上，框架结构未出现倒塌。

4 针对我国历次震害的经验和教训提出建议

地震的发生给我国震区带来了巨大的人员伤亡和财产损失，但也为人类认知地震现象与规律，改进和完善现行建筑抗震设计规范提供了难得的机遇。1)应对工程中的材料和施工问题而采取的质量控制手段。a.加强对建筑材料的质量控制。对此建设单位应加强对采购人员的培训和管理，严格规范其行为，杜绝因个人利益而不顾材料质量安全的现象发生。同时，在进行材料的选购时，派遣专人进行审查和监督，保证所选材料达到工程质量标准。对于不满足规定的材料进行严肃处理，确保工程质量的安全可靠。b.加强施工队伍的建设。工程建设单位应通过培训教育的方式，加强施工人员专业素质和安全意识。同时应加强工程管理，让施工人员严格按照建筑工程标准进行操作，做到施工规范化，整体化，切实保证建筑工程的施工质量。2)对广大人民进行宣传教育，提高人们对地震的安全意识和重视程度。对于偏远的山区和经济落后农村，希望国家能够出台相应的政策，帮助并保护贫困地区的孩子能够在安全的校舍内读书上学。3)严格把控图纸质量，设计安全可靠的结构方案。由于地震的不可预见性及地震作用的不确定性，作为结构工程师要重视结构设计的抗震设计环节，积极的吸取震害中的经验和教训，研究设计对策和措施。同时通过理论研究和工程实践相结合，深入施工现场，丰富自身的工程经验，努力做出优质、安全的结构设计。

5 结语

本文对我国近年来重大的地震灾害进行了归纳，分析了建筑物因地震导致倒塌、破坏的原因，并提出了相应的建议和解决措施。为建筑行业的工作者提供了参考性的意见，希望能够为我国建筑结构抗震性能的提高产生积极的作用。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] 方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3] 王社良.抗震结构设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2008.

On influence of seismic disasters on structural design and its reference

Su Zhizhang

(ShanxiZhongfangSenteArchitecturalEngineeringInstitute,Taiyuan030001,China)

The paper surveys the magnitude and seismic features for the sites and structures of the earthquakes in China, and points out some suggestions for the architectural structural design according to the investigation and analysis of the common reasons for the collapses and damages of the architectural structures, so as to improve the anti-seismic performance for the architectural structure in China.

earthquake, structure, architecture, damage

2015-05-26

苏志章(1984- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)22-0047-02

TU352

A