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关于汶川地震的一些反思
【摘 要】本文结合汶川地震中建筑震害的教训，系统的分析了地震中一些房屋倒塌的原因，并提出了提高建筑结构，尤其是砖混结构的整体抗震能力的途径，同时重点针对建筑结构抗倒塌能力，提出了建筑结构抗震设计中应注意的问题和改进建议。 【关键词】砖混结构、抗震设计、结构双向刚度，结构整体性
近期，汶川大地震牵动着全国各族人民的心，在大家为死难者哀悼的同时，也不禁思考，为什么我们的房屋一震就倒，死伤那么多人，特别一些砖混的建筑，倒塌率在90%以上。而在三水准的抗震设防要求中，是要求“小震不坏，中震可修，大震不倒”的。这些都引起我们结构同仁深深的思考。笔者从设计院出来后又从事房地产行业的设计研发工作，目前开发的项目为别墅，恰好就存在大量的砖混结构。地震发生后，很多业主非常关注我们砖混结构房屋的抗震设计。本着对业主负责的态度，本着对结构问题深究的态度，结合这次大地震的一些信息，与一些结构同仁进行了广泛的探讨研究。
1、本次地震官方数据称震级达到8.0级，局部烈度达到11度。远远超过当地国家现行规范的7度抗震设防标准。但震级过高，决不是房屋一震就倒的理由，这并不能掩饰我们抗震设计和施工中存在的问题。砖混结构的房屋虽然一般来说，抗震能力比框架，剪力墙结构较差，但是并非在技术上不能设计出符合抗震设防要求的建筑。在中国现在的经济条件下，在一些中小城市，在低层建筑中，砖混建筑由于造价较低，因而还将继续存在。经过充分的抗震设计与合格的施工，砖混结构也可以做到大震不倒。
2、地震抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用，在此前提下，才能以多余地震作用进行结构计算、构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒的目标。
所以建筑结构是否具有耐震能力，主要取决于结构所能吸收和消耗的地震能
量。结构抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。当结构承载力较小，但具有很大延性，所能吸收的能量多，虽然较早出现损坏，但能经受住较大的变形，避免倒塌。但是，仅有较大的承载力而无塑性变形能力的脆性结构，吸收的能量少，一旦遭遇超过设防烈度的地震作用时，很容易因脆性破坏使房屋造成倒塌。
从很多幸存者的描述来看，大部分造成重大伤亡的建筑就都是脆性破坏，在地震开始的数十秒甚至数秒就倒塌了。并且一旦倒塌，就是粉碎性的倒塌，很难给幸存者留下多少生存空间。经过正规抗震设计的建筑结构，就是最终倒塌，也绝对不会是如此快速的脆性破坏。退一步说，即使倒塌的时候人还没来得及跑，经过良好抗震设计的建筑结构，其倒塌后也不是如此彻底的倒塌，而仅仅是关键部分的损坏造成的整体侧倾，能保证尚未逃生的大部分人都能有生存空间。本次地震发生的汶川等地区，多采用无筋砖砌体墙和预制混凝土楼板。却很少设置钢筋混凝土的圈梁和构造柱来保证整体性和延性，这种结构形式最终导致了大量的死亡。因此，在砖混结构设计中，首先需设置足够多的钢筋混凝土的圈梁，构造柱，保证结构的整体性和延性，发挥整个结构耗散地震能量的作用，不至于产生脆性破坏。
3、震区的很多建筑中，预制楼板只是简单地搭在混凝土梁上，甚至直接搭在砖墙上。楼板之间、楼板和梁之间都没有专门连接。梁也只是简单地架在承重砖墙上，没有专门连接。这就如同积木垒成的建筑一般，水平地震作用下，结构很容易就散架而倒塌。相反，我们见到很多楼梯间的结构则是独立的，没有倒塌掉，恰巧在楼梯间的很多人都幸存了。现浇的楼梯间成为整个建筑中最安全的地方。在多高层建筑中，楼板对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼板相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼板使各抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接。所以在砖混建筑中，我们建议应取消预制混凝土楼板，采用现浇混凝土楼板。同时，楼板之间，楼板与梁，梁与承重墙应现浇连接成整体。
4、水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。
这次地震中，砖混结构损失最大，而在些砖混结构中，学校又是重灾区。这和学校的建筑平面布置有关。一般中小学的建筑平面设计，为保证教室有良好采光与通风，纵向设置了大量的采光窗（大的窗口、洞口），并为满足消防疏散安全的要求，纵向布置疏散走廊。由此造成结构设计布置上，横向设置抗震墙分割教室。纵向则开设大量洞口和走廊。这样当横波来时，这些被削弱了抵抗地震力的纵向墙体就很容易倒塌了。事实上也证明了这点。这场地震由附近的龙门山断裂带造成，是冲击断裂。从墙体裂缝来看，断裂爆发的巨大脉冲沿与断裂带垂直方向扩散，指向东北方。所以在这个地区，如果建筑物有很多垂直于断裂带的实体墙，即地震运动方向与横墙垂直，就很有可能不会垮。但如果地震运动方向与纵墙垂直，而纵墙的墙身被门窗开口所削弱，垮塌就不可避免了。因此，对于结构的布置，尽量采用双向承重的体系，同时应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。
作为结构工程师，在这次汶川大地震中，我们得到了太多的教训。在中国现在的经济条件下，砖混结构形式还将继续存在。但经过充分的抗震设计与质量合格的施工，砖混结构也可以做到大震不倒。在砖混设计中，应采取尽量双向承重的体系，双向均应具有足够的刚度，关键部位要设置足够的构造柱与圈梁，增强结构的整体性与延性。不采用预制楼板，用混凝土现浇楼板，并保证板与板，板与梁的连接性能。总之，我们应吸取前车之鉴，设计出合理、安全、经济、耐用的工程项目。
【参考文献】
1、砌体结构设计规范 GB 50003-2001. 北京：中国建筑工业出版社，2001 2、混凝土结构设计规范 GB 50010-2002. 北京：中国建筑工业出版社，2002 3、建筑抗震设计规范 GB 50011-2001. 北京：中国建筑工业出版社，2001 4、沈聚敏，周锡元. 抗震工程学. 北京：中国建筑工业出版社，2000 5、李国胜 混凝土结构设计禁忌及实例. 北京：中国建筑工业出版社，2007 6、郭继武 建筑抗震疑难释义. 北京：中国建筑工业出版社，2004
本文来源：https://www.wddqxz.cn/359353d2a100a6c30c22590102020740bf1ecd98.html
2022-05-26
