居民建筑的震害分析与设计方法

武琨璐

摘要： 为提高我国居民建筑的抗震能力，确保人员生命和财产安全，本文将对不同结构的居民建筑进行震害分析，总结其破坏特征和原理，提出针对性的设计方法，探索更加有效、经济性更强的抗震方法和技术，完善抗震设计规范，降低震害损失，为居民建筑抗震安全设计提供参考。

Abstract： In order to improve the seismic capacity of residential buildings in China and ensure the safety of lives and property， this paper analyzes the seismic damage of residential buildings with different structures， summarizes the characteristics and principles of their destruction， proposes specific design methods， and explores more effective and economical seismic methods and techniques to improve the seismic design specifications， reduce the loss of seismic damage and provide reference for the seismic design of residential buildings.

关键词： 居民建筑；震害；设计

Key words： residential building；seismic damage；design

中图分类号：U442.5+5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）06-0139-02

0 引言

建筑物倒塌是发生震害时导致人员伤亡的主要原因，常见的居民建筑结构包括砌体结构、框架结构、混合结构等，不同结构的建筑抗震安全水平也存在较大差异。同时，不论是何种建筑结构，楼梯间都很容易受到破坏。在以往的设计中，楼梯间设计常常被忽略，影响建筑结构的整体抗震能力。建立建筑结构模型，采取隔震技术，是现代居民建筑提高抗震能力的重要手段。

1 居民建筑隔震设计的重要性

地震是最严重的自然灾害之一，会造成严重的经济损失和人员伤亡。我国地理位置特殊，东临环太平洋地震带，南接欧亚地震带，地震灾害频发。分析地震造成伤害的原因，由于其本质上是能量的瞬间释放，本身并不会造成直接的伤害，地震中90%以上的人员伤亡和经济损失都是建筑物倒塌造成的，同时还增加了救援难度。因此，加强居民建筑的隔震设计刻不容缓。从整体上看，我国城市建筑和乡镇建筑抗震安全能力差异较大，楼梯间抗震安全性不足，建筑抗震能力较差。近年来，我国建筑抗震设计规范逐步发展和完善，通过采用隔震设计，极大地提高了房屋建筑抗震能力，保障了人民群众的生命财产安全。

2 居民建筑的震害分析

2.1 砌体结构

砌体结构是住宅、教育、工商业建筑常用结构，其优势在于造价适中、技术成熟，但由于其主要材料为烧制粘土砖，是一种脆性材料，抗震安全性不足，因此，在地震中通常破坏严重。在以往的地震中发现，砌体结构在遭遇震害时，容易出现严重的墙体开裂甚至坍塌，比较典型的如密集、贯通、巨大的“X”型裂缝，门窗洞口处裂缝比较密集，突出屋面严重坍塌，预制板偏移，楼梯间破坏等。在唐山地震调查中，发现未设置构造柱和圈梁的砌体结构基本都受到了严重破坏，造成了大量的人员伤亡。相反，严格按照“三水准”规范要求设计、施工质量较好的砌体结构建筑，破坏程度明显减轻。

2.2 框架结构

框架結构主要应用于灾区城镇建筑，由于造价略高于砌体结构，因此乡村建筑使用较少，在震害中，基本能够实现了抗震目标。在填充墙，尤其是弧形等不规则墙体，与梁、柱连结处容易出现裂缝、混凝土脱落、钢筋屈服等。框架结构的安全性高于砌体结构，与其较强的延性储备有关，一般建造时间较晚。影响框架结构抗震能力主要包括填充墙安全问题、“柱铰”代替“梁铰”问题、楼梯间安全性问题等。填充墙是抗震安全“第一道防线”，填充墙破坏，会对逃生人员造成伤害，同时修复难度较大。拉结钢筋设置的不合理甚至缺失，是填充墙破坏的主要原因。地震发生后，填充墙吸收了最大的地震能量，在地震剪力作用下，填充墙开裂，形成交叉斜裂缝或贯通斜缝，最终坍塌。根据框架结构建筑设计理念，强柱弱梁能够保证建筑遭到破坏时不至于坍塌，但在汶川地震中，柱先被破坏，设计效果并没有实现，主要是由于平面布置不合理、柱子截面偏小、承载力不足等。在地震中，楼梯间破坏也比较严重，阻塞了逃生通道。

2.3 混合结构

常见的混合结构包括底框结构、砖木结构等，底框结构功能比较复杂，通常为底部框架结构营造较大开间，上层砌体结构作为住宅用房。由于变换层间刚度，在遇到震害时，会放大薄弱层，导致其破坏严重。砖木结构在乡村比较常见，在地震中破坏要比其它结构形式建筑严重，主要是由于建造不规范，施工质量参差不齐，整体稳定性与牢固性较差，基本不具备抗震能力，墙体倒塌、木屋脱落现象普遍。

3 居民建筑的设计方法

3.1 砌体结构设计

预制板的使用和连接、外挑部分脱落、楼梯间的安全性是提高砌体结构建筑抗震安全性能的关键，在设计中，应注意降低房屋建筑总体高度；注重楼梯间结构整体计算，确保建筑主体结构与楼梯间非承重墙体连接紧实；在构造设计上，圈梁、构造柱、芯柱等设计应严格按照规范进行；多层和高层建筑，混凝土现浇板应作为优先选择，注意预制板之间连接，使其形成可靠的整体；在材料选择上，应保证砌筑材料的强度等。endprint

3.2 楼梯间安全设计

使用ETABS房屋结构分析设计软件，按照《建筑抗震设计规范》相关要求，建立建筑结构的实体模型对象，对结构进行分析和计算。分析数据，包括结构自振周期、结构底部剪力、层间位移角、框架柱内力、梯段应力等。混凝土框架本身刚度不足，如果楼梯间的设置位置不准确，会增加结构的扭转效应，影响结构的稳定性。层间位移角随楼层的增加而减小，第二层层间位移角最大，受楼梯间的影响，层间位移角明显减小，第二层减小幅度最大，在地震中，普通结构的二、三层很容易受到破坏，且破坏程度大于其它层。在进行楼梯间设计时，还应该分析框架柱内力，考虑示楼梯间的支撑作用，低估楼梯间柱子的内力会导致框架柱容易被破坏。从梯段应力上看，楼层越高，梯段应力越小，在一至三层都较大。在进行楼梯间设计时，应注意以下几点：①注意梯段的布置方向，强化对楼梯间的支撑作用；②合理设计楼梯间的布置位置，综合考虑自振周期和结构内力作用；③楼梯间改变了框架柱的内力分布，使楼梯间毗鄰的柱子更容易受到破坏，应加强设计；④分析层间位移角大小和内力分布，以六层建筑为例，第二层破坏最为严重，包括楼梯间，在设计时应充分考虑其震害特点。

3.3 隔震设计

隔震设计是一种新型的抗震技术，在建筑设计中应用已经比较成熟。隔震设计主要依靠在建筑物与上部结构之间，设计隔震层，阻止地震释放能量向建筑物传递，减轻地震反应，保证建筑物的安全。研究认为，隔震设计能够将水平地震加速度反应降低60%以上，使建筑物能够在地震后继续使用，在减轻竖向地震作用方面效果也比较明显。目前，常用的隔震装置包括摩擦滑移隔震器、夹层橡胶隔震器、滚动隔震装置等，在底层和多层建筑中应用效果更佳。在隔震层设计时，可以使用三种叠层橡胶支座，在地下室柱顶和首层板中间设置隔震层，每个柱子下设置一个隔震支座。强化细节设计，应断开地下室电梯井必须与上部结构，对地下室的楼梯和坡道进行特殊处理，采取防火措施，确保隔震层安全。计算隔震层的水平刚度、阻尼比等，一般认为，水平刚度越小，隔震效果越好，但同时隔震层的位移也会随之增加，在达到一定值时破坏隔震层。

4 结束语

综上所述，居民建筑中常见的砌体结构、框架结构、底框结构等具有不同的特点，例如，框架结构抗震安全性能更强，但填充墙容易被破坏，应引起重视；砌体结构倒塌和破坏严重，应注意合理布置圈梁和构造柱，底框结构薄弱层明显，受力体系复杂，抗震能力相对较弱等。在设计时，应砌体结构设计和楼梯间安全设计，采取隔震技术，做好抗震加固工作。

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