钢筋混凝土框架结构地震灾害分析

2017-07-20

四川水泥 2017年6期

（商丘工学院土木工程学院河南商丘 476000）

钢筋混凝土框架结构地震灾害分析

董文龙王鹏博

（商丘工学院土木工程学院河南商丘 476000）

在所有自然灾害中，地震影响力最为严峻，而且很难进行提前预测。地震具有非常强的毁灭性，对人类生命财产造成极大损害，而且这种影响是大范围的。就目前情况来看，地震出现频率逐渐频繁，而且造成的损失也更巨大。基于此，相关部门不但要进一步完善对地震预防体制的建设，同时还需加强各工程抗震结构的监督，确保在地震来临时将损失降到最低。

框架结构；混凝土；震害分析

引言：发生在2011年3月11日的日本本州东海岸附近的地震，级别为9级，一切发生的太过突然，让人措手不及。本次地震中心在仙台港向东130公里处，深度高达24.4公里，相应的烈度范围在3-7度之间，其中7度在我国等同于12度。地震发生之后，到处都是遇难者，至今为止仍有不少人员还处于失踪状态，这次地震给日本经济带来了严重损失。日本的建筑物在搭建时采用钢筋混凝土结构，具有不错的抗震能力，但面对如此强大的地震，即使震度在6-7度范围内的地区房屋也遭受到不同程度的破坏，甚至有些出现严重坍塌现象。

一、框架结构房屋的损坏情况

在地震过后统计发现，本次地震房屋遭到破坏的数量高达13万栋，有大约18000栋呈现完全毁灭状态，而且发现全部塌落的房屋普遍位于沿海地区。随后日本相关部门专门围绕在本次地震中涉及到的房屋采取了安全估量，估量结果为贺川市大约有76栋房屋完全不满足评价标准，属于危险性建筑。仙台市青叶区有52栋，而且各自拥有的框架结构型房屋为25栋和18栋。

对于框架结构的建筑而言，到底是那部分构件出现问题引发最终损坏的，相关部门从所有受损房屋中抽出一部分进行检查，表1给出了具体的检查结果。从表中可明显看出，非结构构件引发的破坏占比非常高，相比之下梁柱破坏却比较小。

表1 受损框架结构中不同构件损坏情况

二、典型地震破坏形式

钢筋混凝土结构具有非常良好的抗震性能，能够有效抵御地震带来的破坏力。但实际中仍不可避免有部分房屋出现损坏，究其原因发现是因为非结构构件出现损坏。具体破坏原因有以下几种：

1、结构方面的破坏

(1)房屋层间垮塌

该种情况下，柱子绝大部分均会出现折断现象，而且填充墙发生坍塌，但其余结构均可保持相对完好的状态，这种局部的塌落在一定程度上促使房屋整体塌落。在本次地震中，中间层发生坍塌现象，导致有山墙出现明显的洞口，2层支撑墙体的柱子将出现比较明显的剪切变形，最终给3层的柱子也带来不利影响。

(2)房屋部分垮塌

由于房屋的部分遭到严重破坏，致使一侧出现明显压扁现象，柱子的承受力也将严重下降，而且填充墙也普遍都被破坏。对侧的柱子由于不存在坍塌情况，相应的填充墙也仅仅是出现裂缝。

(3)房屋整体垮塌

这种情况一般都是填充墙几乎无一幸免，致使底部柱子遭到严重破坏，房屋出现明显压扁状态，很难在继续发挥其承载的作用。通常将这种情况视为强梁弱柱的情况。就像仙台市若林区房屋结构，先是首层出现塌落，压扁柱子，最终引发上层塌落。

2、梁柱构件的破坏

梁柱破坏是最常见的一种构件破坏形式，其中一般柱子受到的影响比较大，对于柱子而言，端位置和身体处最为敏感，容易遭到破坏。其中前者的外在表现为顶端出现裂缝，致使外部的保护层出现非常明显的脱落现象。且还有更严重的情况，即纵向钢筋容易出现压曲现象，并且核心位置的混凝土也极有可能出现崩溃。相比之下，后者一般体现为出现斜裂缝，外层混凝土脱落。当破坏更严重时则直接表现为柱子从中部出现断裂。

3、填充墙的破坏

填充墙普遍是由加气混凝土等多种原料混合在一起制作而成的，其中应用比较广泛的墙体属ALC。该类型一般都具有相对比较高的抗震性能，但由于本次地震的特殊性，使得不少墙体普遍出现损坏现象，最明显的外在体现即为出现各种形状的裂缝，包括竖向的、斜向的。对于破坏不很明显的表现为失去外层保护层，而破坏相对严重的则直接体现为墙整体坍塌。对于消费者而言，面对这种情形普遍都存在恐惧心，基于此一定要对其重视。

4、其它震害

另外还不可避免的会出现很多其他类型的震害，一般体现在非结构构件上，如门窗等。

三、地震灾害分析

对于上面讲述的钢筋混凝土整体架构的典型震害等问题，我们展开以下详细的分析：

1、梁端构建的塑性铰落后于柱端，并没有出现典型的破坏制度，正是由于框架结构的失稳才导致结构坍塌：只要是出现坍塌类的建筑物，“强梁弱柱”为必然现象。

具体机理为：第一、柱体横截面面积远远小于梁体的横截面面积，导致两者承载力差距较大，由于压力值过大导致其结构被破坏；第二、通常在实际设计中设计师一般将配筋数量和钢筋的强度设计的比较低，也正是由于其不高出梁，导致柱子很容易受到剪切、弯曲等应力的影响；第三、忽略了对现浇楼板的考虑，实践表明，其良好与否在一定程度上直接决定梁的强度和刚度。

2、由于刚度发生变化导致结构更加薄弱，容易使变形集中在一起，给房屋带来致命一击，引发难以承受的后果。

一旦刚度出现不均衡现象，结构也必然会遭到严重损坏，可将其具体原因归结为在竖向上存在非常不合理的布置，而且变形一般也发生在楼层最弱区域。就拿大型建筑物物来举例，学校教室等建筑类型在最初布局时会尽可能扩大跨度的空间，这种结构就很容易引发刚度变形，使建筑物的抗震能力的严重下降。

3、构件自身的问题

遇到地震灾害时，构件自身出现问题也将导致非常严重的后果，很多部件配筋不足，也有可能强度达不到要求，比如：柱端箍筋数量偏少，导致其自身结构不稳定，难以抵抗巨大的压力。另外，功能性需求迫使其转化为短柱，使其剪切破坏严重。出现地震时，很多建筑物的主体结构问题不大，不过辅助性结构破坏非常严重，深入研究发现其可能的原因为主体结构与辅助结构之间脱节、连接的关键部位并没有实施更加有效的强化措施。