汶川地震后建筑抗震设计的思考 -论文发表

汶川地震后建筑抗震设计的思考
刘雁宁
(山西综合职业技术学院，山西，太原 030006)
摘要：本文首先对地震震区砌体结构建筑、钢筋混凝土框架结构建筑、钢结构建筑倒塌原因进行了分析，对建筑抗震设计基本要求（建筑的规则性要求、结构整体性要求、砌体结构楼梯间设计要求、防震缝设置问题、结构多道抗震防线要求）
进行了讨论，对我国建筑抗震设计规范的修订有参考意义。
关键词：抗震设计；建筑结构；倒塌分析
中图分类号：TU241 文献标识码：A
1976年唐山7.8级大地震造成直接经济损失120多亿元，房屋倒塌6384万m2；2008年汶川8.0级大地震直接经济损失超过一万亿元人民币，房屋倒塌15578万m2[1]。如此巨大损失的原因之一，是由于它们都发生在低烈度设防区，人们缺乏防震意识，灾区大量的农村住宅和城镇20世纪80年代以前的房屋均没考虑抗震设防，根本经不起如此大的地震。
1.建筑结构倒塌分析
通过对唐山、汶川地震的建筑震害相关资料的对比研究发现，建筑结构在地震作用下的倒塌过程大体可分为两类。第一类是建筑在竖向及水平地震作用和竖向荷载共同作用下，在地面运动的过程中发生倒塌；第二类是地震过程中部分竖向承重构件破坏，地震后由于破坏构件上部结构不能继续承受竖向荷载，而发生倒塌[2]。从倒塌的形式看可分为整体倒塌和局部破坏引起的连续倒塌两类。
1.1砌体结构建筑
砌体结构建筑的砌筑材料多为脆性材料，抗震性能较差，在地震中破坏最为严重，主要表现在墙体大量开裂、倒塌，预制板脱落等方面，裂缝集中出现在门窗洞日和楼梯间等位置，裂缝多呈典型X形贯通缝。
1.2钢筋混凝土框架结构建筑
钢筋混凝土框架结构建筑在地震中的破坏方式集中表现在填充墙和维护结构的大量开裂和坍塌，柱端及节点破坏也较为突出，大量框架结构破坏呈现“强梁弱柱”机制。
1.3钢结构建筑
钢结构建筑自重轻、强度大，抵御地震能力强，轻微破坏主要发生在围护结构和钢结构结合处等部分。
2抗震设计基本要求
2.1建筑的规则性要求
对于建筑方案的规则性，2008版《规范》做了补充规定:“建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门的研究和论证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案”。此规定为强制性条文，要求建筑师和结构师严格执行。
2.2结构整体性要求
结构的整体性除了与结构构件本身强度有关之外，主要取决于构件之间连接节点的构造设计。《规范》规定:对于钢筋混凝土构件，抗震设计应做到“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”砌体结构应设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱或采用配筋砌体；钢结构构件应避免局部失稳或整个构件失稳。本次修订吸取汉川地震中大量预制空心板楼、屋盖塌落造成人员伤亡的教训，特别强调:“多、高层的混凝土楼、屋盖宜优先采用现浇混凝土板。当采用混凝土预制装配式楼、屋盖，应从楼盖体系和构造上采取措施确保各预制板之问连接的整体性”。
2.3防震缝设置问题
2008版《规范》规定，“抗震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开”。正确理解本条规定应该是:建筑平、立面布置应尽可能规则，尽量避免采用抗震缝；如果必须留的话，宽度应该留够。有的工程技术人员在进行抗震设计时，往往碰到稍微不规则的结构就留缝，留的缝又不够宽；还有是在施工中，浇捣混凝土后的抗震缝两侧的模板没有拆除，或留下许多杂物堵塞，结果等于没留，地震时必然导致缝两侧的构件相互碰撞，严重的甚至引起连续倒塌[3]。
2.4结构多道抗震防线要求
2001版《规范》对结构体系提出了多道抗震防线的要求，对于在大震作用下结构抗倒塌具有重要意义。该要求的目的在于，当结构受到超过设防烈度的所谓“大震”作用时，作为第一道防线的某些构件，如:框排架结构的柱间支撑或柱子的翼墙、剪力墙结构的连梁等率先破坏，消耗了地震能量并改变了整体结构的动力特性，从而减低了地震力，保护了作为第一道防线的构件，如:框排架结构的柱子剪力墙结构的墙体，它们的存在避免了结构倒塌。砌体结构的构造柱、圈梁除作为砌体的约束构件可以提高墙体延性之外，也可视为第一道防线，在“大震”作用下，墙体可能严重破坏，但由于构造柱和圈梁的存在不会倒塌[4]。
2.5砌体结构楼梯间设计要求
楼梯间是建筑的出入口，也是地震时人群疏散的惟一通道。调查发现，由于设计和施工质量问题，可能使楼梯间倒塌破坏，造成严重伤亡和堵塞疏散通道，阻碍救生。由于楼梯间的山墙较高，钢筋混凝土楼梯构件的抗侧刚度较大，而且梯段平台与楼层存在错层，对山墙产生出平面的水平剪力，地震时最容易破坏。因此，对于楼梯间的抗震设计，2008版《规范》7.3.1条特别增加要求，“楼、电梯间四角，楼梯段上下端对应的墙体处；外墙四角和对应转角；错层部位横墙与外纵墙交接处，大房间内外墙交接处，较大洞口两侧”要设置构造柱；第7.3.8条要求，“装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接；突出屋面的楼、电梯间，构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，内外墙交接处应沿墙高每隔500mm设2φ6通长拉接钢筋”，这些都是保证楼梯间抗震安全的重要措施[5]。
3结束语
建筑抗震设计本质上仍是一种经验行为，因此，必须强调抗震概念设计和采用抗震措施在抗震设计中的重要性。合理的结构选型、规则对称的平立面布局、良好的构件连接和整体性、加强的抗震构造措施、严格的施工管理是提高建筑抗震能力的有效保障。另外，抗震设计规范应认真总结实践经验进行修订，其中，强柱弱梁理念的实现、建筑楼梯间和填充墙的设计、建筑规则性的把握、建筑场地勘查和选址、强化抗震措施要求等均是应予重视的实际问题。
参考文献
[1] 苏幼坡.唐山震后恢复重建过程及启示[R].汶川地震建筑震害调查与灾后重建分析报告.北京:中国建筑上业出版社，2008,432-441.
[2] 张敏政.从汶川地震看抗震设防和抗震设计[J]. 土木工程学报,2009,42(5):21-24.
[3] 王亚勇.汶川地震建筑震害启示——三水准设防和抗震设计基本要求[J].建筑结构学报,2008,29(4): 26-33.
[4] 王亚勇.汶川地震建筑震害启示——抗震概念设计[J].建筑结构学报,2008,29(4):20-25.
[5] 王亚勇.概论汶川地震后我国建筑抗震设计标准的修订[J].土木工程学报,2009,42(5):1-12.