从汶川地震谈建筑结构设计

发表时间:2011/4/11   来源:《价值工程》2011年4月上旬供稿   作者:陈雄光
[导读] 建筑结构关系到建筑的坚固程度,是建筑质量的保障
陈雄光 Chen Xiongguang(广东省潮州市建筑设计院,潮州 521000)
(Guangdong Chaozhou Architecture Design Institute,Chaozhou 521000,China)
摘要:建筑结构关系到建筑的坚固程度,是建筑质量的保障。每一个设计人员都应该引起足够重视。在设计工作中设计人员切实贯彻抗震规范的相关内容,保证结构方案的合理性和图纸的规范性。本文结合汶川大地震一些具体事例对建筑砌体结构设计进行进一步探讨。
Abstract: Building structure is related to the strength of construction, which is the guarantee of the quality of construction. Every designer should pay sufficient attention to it. Designers should implement the relevant elements of seismic code in the designing work, and ensure that the structure programme is rational and the drawing is normative. In this paper, design of masonry structure is discussed, combined with some specific cases in Wenchuan earthquake.
关键词:地震;结构设计;砌体结构
Key words: earthquake;structure design;masonry structure
中图分类号:TU3     文献标识码:A     文章编号:1006-4311(2011)10-0092-0
        0  引言
        08年汶川大地震给我们国家带来了巨大灾难,它夺去了近10万人生命,更将大多数建筑化为一片废墟,已经看不出来原来的结构,无数的画面震撼着人们的心灵。作为一名结构工程师,虽没有亲临现场,但根据多年从事建筑设计工作方面的经验,特从专业技术的角度对5.12地震造成大量房屋倒塌的原因进行分析,仅供参考。
        1  砌体结构在地震中的抗震性能表现
        首先我们看一下某大学土木工程系对汶川地震中某学校舍应急评估震损估计,如表1所示。
        本次汶川地震中该地区烈度为10~11度,从表中数据可以看出,砌体结构倒塌的超过20%,而框架结构没有倒塌现象。正是由于砌体结构的整体性差,抗震性能较低,才导致其在地震中的表现不尽如人意,故在今后的设计中笔者不推荐采用砌体结构。然而,由于有的建设方往往不太了解不同的结构形式在抗震性能上的差异,单一从经济角度考虑,会要求设计院采用砌体结构,对于这种情况建议设计人员应尽量向甲方说明情况,说服甲方从长远考虑,尽量不采用砌体结构形式。
       
        2  砌体结构的墙体破坏特征及结构设计中应注意的问题
        我们根据大部分的专家学者的研究可以发现,造成破坏教室窗间墙的形式是墙体出现了X型裂缝,特别是建筑物的第一层和第二层,大致上体现了剪切破坏的特征。究其原因,是因为在通常情况下,为了达到大空间的目的,教学楼在窗间墙上设立了较大跨度的梁,在地震力的作用之下,形成了一种复合力的状态,一旦墙体内部的主拉应变超过材料的极限拉应变,就会发生剪切破坏或沿着灰缝出现斜裂缝。因此,x形裂缝就会在地震力的作用下形成。我们从调研的结果来看,砌体结构教学楼之所以会倒塌,其主要原因是纵向窗间墙(作为主要的竖向受力构件)的失效,它承载着绝大多数的楼面,但是,窗间墙通常相对狭窄,墙体截面的惯性矩也相对较小,它本身平面内刚度也是很低的,因此,在地震发生的时候,也很容易使之遭到破坏,发生垮塌,致使上部大梁没有支撑,进而使结构的整体稳定受到影响,特别是对于又要有大开间的房屋来说,我们应尽量不去使用砌体结构。另外,从以往的设计工程实例来看,在电算结果中可以看出砌体结构的窗间墙往往是抗震的薄弱环节,这与这次地震中的实际情况是相符的。因此抗震规范7.1.6条规定了砌体墙段的局部尺寸值,如表2所示。
       
        为确保窗间墙宽度,设计人员要严格依据抗震规范的要求。然后,结构设计人员要与建筑专业进行联系,在其同意的情况下尽量的使窗间墙的尺寸加大,同时,在大跨度梁下添置扶壁柱,进而把窗间墙的稳定性提高。此外,对于表2注1的理解,某些结构设计人员通常认为只要添设了构造柱,就能够任意的减少窗间墙的尺寸,笔者对于这样的观点并不认可。因为从有关的研究资料中可以发现,墙体抗侧力的效果若想用构造柱来提高是有限度的,通常可以提高抗剪能力百分之十到二十左右,然后我们再从抗震规范条文解释7.1.6条“如果采用另设构造柱等措施,可适当放宽”来讲,在此规范内说的只是“适当放宽”,因此笔者认为,虽然在墙间添设了构造柱,但是,窗间墙的宽度也不可以过小。分析地震造成的损害来看,窗间墙的抗震性能的提高对于维护砌体结构的整体性起着至关重要的作用,所以,我们应该增设构造柱,然而,假如只是设计人员在窗间墙的有关部位添设了构造柱,这时,甲方可能会对其质问,因此,我们希望在此方面抗震规范可以提高其构造要求。
        3  预制楼板及构造柱连接对砌体整体性的影响分析
        本次地震当中制板的脱落造成人的伤害以及整体结构失去稳固的现象之所以严重,是有以下两方面的原因:第一,从整体性来看,预制板楼盖的结构本身就不是很好。第二,施工单位通常不能认真严格的依据图集上的连接方式进行施工,加之在施工验收的时候又不能很容易的检查板的连接。
        在此次的地震当中,对于年代相对很早的砌体结构建筑物来说,因为受到当时经济条件的约束不能设置构造柱,也有一些建筑物构造柱并未按照构造要求去设置箍筋,亦或是未依据图集去做造柱和墙体拉接,因此,在地震当中,纵横墙间咬合力很差,从而发生竖向裂缝,一部分纵横墙体脱开,更有甚者,纵横墙向外产生倾斜以致倒塌。从中可以看出,只有严格依据规范的要求去设置构造柱以及构造柱与墙体的拉接,才能使砌体结构的抗震性得到提高。
        4  结束语
        第一, 对于有条件的地区,我们不建议使用砌体结构。如果使用砌体结构,我们要严格依据规范要求去采取有效的抗震构造措施,以便使整体的抗震性能得到提高。第二,为确保抗侧刚度,在砌体结构设计的时侯,我们要把窗间墙的局部尺寸控制好。第三,由于预制楼板的抗震性能很差,同时其经济效益也不是很好,我们要尽量使用现浇楼和屋面板的做法。
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