框架結(jié)構(gòu)典型震害現(xiàn)象分析

楊寧

（天津城市建設(shè)學(xué)院，天津 300384）

近年來(lái)，我國(guó)地震頻發(fā)，給災(zāi)區(qū)人民的生命及財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了很大的損失。因此，本文主要通過(guò)對(duì)汶川地震，青海玉樹(shù)地震的資料進(jìn)行分析，總結(jié)框架結(jié)構(gòu)的典型震害現(xiàn)象以及破壞機(jī)理，繼而可以采用較合理的結(jié)構(gòu)抗震措施及整體結(jié)構(gòu)體系，這樣會(huì)減少地震帶來(lái)的損失，具有重要的意義。

1 框架房屋整體震害

（1）結(jié)構(gòu)形式的混用。震區(qū)的一些住宅，教學(xué)樓等一些老舊的建筑,有一些是采用框架—砌體的混合結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的形式比較多，比如底框磚混結(jié)構(gòu)，底層部分框架，部分砌體—上部磚混，以及部分框架—部分磚混。對(duì)于這樣的混合結(jié)構(gòu)，一般震害都是比較嚴(yán)重的。圖1是一中學(xué)教學(xué)樓，結(jié)構(gòu)形式混用，屬于橫墻較少的多層砌體房屋，抗震性能較差，這次地震磚混結(jié)構(gòu)部分倒塌了，一起框架結(jié)構(gòu)部分發(fā)生嚴(yán)重的破壞。

圖1 結(jié)構(gòu)形式混用的破壞

（2）結(jié)構(gòu)布置不合理的震害。平面形狀復(fù)雜，剛度中心與質(zhì)量中心相差較遠(yuǎn)的房屋，地震時(shí)容易產(chǎn)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力集中破壞；里面凹凸嚴(yán)重，沿豎向剛度有突然變化的房屋，地震時(shí)容易產(chǎn)生薄弱層和變形集中破壞，圖2為某磷化工廠的框架廠房，左邊靠后部分布置了干燥塔筒體，安防在5.5m樓層標(biāo)高處，開(kāi)間和跨度均為8.5m。右邊部分兩跨，六個(gè)開(kāi)間，總高度21.8m，在5.5、13.3、17.3、21.8m布置了樓屋蓋。左右兩邊高差很大，并且沒(méi)有設(shè)置變形縫，左右邊縱向柱網(wǎng)未對(duì)齊，樓板沿平面不連續(xù)，屬于平面和豎向嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，左邊干燥塔筒體很重，且質(zhì)量集中在5.5m樓層標(biāo)高處，在地震作用下，左邊底層地震剪力和變形遠(yuǎn)大于右邊，將左右部分所有梁剪壞拉斷，左邊部分底層柱產(chǎn)生較大的傾斜，由于受到左邊部分的影響，右邊底層所有柱和梁破壞比較嚴(yán)重。

圖2 某磷化工廠框架廠房破壞

（3）防震縫處碰撞震害。如果防震縫寬度不夠，兩側(cè)的結(jié)構(gòu)會(huì)在地震時(shí)相互碰撞產(chǎn)生震害。但是這種震害都不嚴(yán)重，震害現(xiàn)象一般是上重下輕。汶川地震中，在地震重災(zāi)區(qū)及一些地震烈度不大的對(duì)方都發(fā)生了這種震害現(xiàn)象。

2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的震害現(xiàn)象

汶川地震重災(zāi)區(qū)框架結(jié)構(gòu)的梁柱破壞現(xiàn)象還是比較普遍的，柱子的破壞在柱頂、柱身、柱底的部位發(fā)生，有些柱子出現(xiàn)水平裂縫或者斜裂縫，部分鋼筋保護(hù)層脫落，露出鋼筋，還有出現(xiàn)混凝土脫落，主筋壓曲外露，箍筋崩落等現(xiàn)象。

（1）柱剪切破壞。由于墻體或其它構(gòu)件對(duì)柱子的約束作用，柱子的有效高度降低了很多，這樣一來(lái)柱子的剛度就大大增加，在地震作用下吸收更多的能量，但柱子本身并不能抵抗這么多的能量，就表現(xiàn)出來(lái)為柱子的破壞比較嚴(yán)重并且多以剪切破壞為主。如圖3，開(kāi)窗導(dǎo)致墻體對(duì)對(duì)柱子的約束形成短柱，破壞嚴(yán)重,圖4為映秀鎮(zhèn)的一個(gè)建筑，樓梯平臺(tái)梁對(duì)柱子的約束形成短柱，也是在地震的作用下破壞得比較嚴(yán)重。

圖3 開(kāi)窗形成短柱

圖4 樓梯平臺(tái)梁形成短柱

（2）柱剪壓破壞。柱子截面過(guò)小，箍筋間距過(guò)大，導(dǎo)致其約束力不夠，混凝土抗壓強(qiáng)度不夠，在地震作用下產(chǎn)生剪壓破壞。圖5為映秀某框架結(jié)構(gòu)，柱端箍筋沒(méi)有加密，混凝土被壓碎，鋼筋被剪彎，從而失去承載力。

（3）柱彎剪破壞。當(dāng)短柱截面較大時(shí)，在水平地震作用下容易發(fā)生彎剪破壞,如圖6所示。

圖5 柱剪壓破壞

圖6 柱彎剪破壞

（4）柱壓屈破壞。此種破壞一般發(fā)生在框架底層柱的柱頭，由于上部重力荷載較大，柱截面過(guò)小，混凝土強(qiáng)度不夠?qū)е螺S壓比超限，同時(shí)箍筋加密不夠?qū)е录s束力不夠，在豎向地震荷載作用下混凝土壓碎，受力鋼筋壓屈破壞。圖7（a）為漢旺鎮(zhèn)某框架結(jié)構(gòu)底層柱，混凝土強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致混凝土壓碎，鋼筋屈服。圖7(b)為都江堰某框架底層柱頂箍筋沒(méi)有加密，導(dǎo)致混凝土壓碎縱筋屈服。

圖7 柱壓屈破壞

（5）柱子壓彎破壞。結(jié)構(gòu)豎向荷載過(guò)大，柱截面過(guò)小，導(dǎo)致軸壓比超限，在豎向荷載及彎矩的共同反復(fù)作用下，柱頭容易發(fā)生壓彎破壞，結(jié)果就是混凝土壓碎，鋼筋屈曲，如圖8所示。

（6）柱端塑性鉸破壞。框架結(jié)構(gòu)柱頂或者柱底同時(shí)出現(xiàn)塑性鉸，吸收較多的地震能量結(jié)構(gòu)雖壞不倒，北川大酒店就是很好的例子,如圖9所示。

圖8 柱壓彎破壞

圖9 柱端塑性鉸破壞

（7）梁剪切破壞。短梁易產(chǎn)生剪切破壞，一般表現(xiàn)為從梁端到梁中發(fā)展的斜裂縫。此種現(xiàn)象在都江堰的幸福小區(qū)里發(fā)現(xiàn)的比較多,如圖10所示。

圖10 梁剪切破壞

3 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的震害現(xiàn)象

（1）填充墻影響結(jié)構(gòu)的剛度變化，從而引起填充墻的破壞。不論何種材料的填充墻，在構(gòu)造上與框架結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起工作時(shí)，或多或少會(huì)改變結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。同時(shí)，由于填充墻的加入，有可能使一個(gè)規(guī)整結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心發(fā)生偏移，在地震作用下產(chǎn)生較大的扭矩。從汶川地震中可以看出，填充墻的破壞還是比較嚴(yán)重的，如圖11所示。因此，不僅要加強(qiáng)填充墻與主體之間的拉結(jié)措施，還要考慮底層填充墻與結(jié)構(gòu)構(gòu)件在同一水準(zhǔn)下的抗震設(shè)計(jì)。

圖11 填充墻的破壞

（2）填充墻造成框架柱的附加作用，使框架柱出現(xiàn)柱鉸現(xiàn)象。在同一結(jié)構(gòu)層內(nèi)，由于填充墻分布形式的不同，使得水平地震剪力的分配也發(fā)生了變化，造成同一層內(nèi)框架柱的水平受力不同而出現(xiàn)“柱鉸”破壞現(xiàn)象。在汶川地震中幾乎看不到“強(qiáng)柱弱梁”的梁鉸機(jī)制，幾乎都是“柱鉸”機(jī)制，如圖12所示。造成這種破壞的原因是多方面的，其中之一就是沒(méi)有將填充墻納入到整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)考慮，主要是因?yàn)樘畛鋲δ軌蛟黾咏Y(jié)構(gòu)的層剛度，同時(shí)也能增加框架梁的抗彎剛度及受彎承載力。

圖12 柱鉸破壞

（3）開(kāi)洞的填充墻可能對(duì)框架柱造成“短柱”效應(yīng)。填充墻的布置使其臨近的框架柱的計(jì)算高度減少，形成“短柱”，這樣在水平地震力的作用下容易發(fā)生塑性鉸破壞。如圖13所示。

圖13 實(shí)心磚填充墻窗洞之間框架短柱破壞

4 結(jié)語(yǔ)

地震災(zāi)難主要來(lái)自房屋以及工程結(jié)構(gòu)的破壞及倒塌，防止房屋及工程結(jié)構(gòu)的倒塌是減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的重要途徑。一方面，應(yīng)該明確地震設(shè)防的目標(biāo)是防止倒塌，以保證人員安全。另外一方面，應(yīng)該切實(shí)將抗震設(shè)防貫穿與規(guī)劃、工程選址、工程設(shè)計(jì)、工程施工、質(zhì)量監(jiān)管以及竣工驗(yàn)收、工程維護(hù)的全過(guò)程。

汶川地震中，雖然框架結(jié)構(gòu)的房屋表現(xiàn)不錯(cuò)，但是也暴漏了一些重要的問(wèn)題。

（1）在汶川地震中，出現(xiàn)了明顯的，大量的“柱鉸”破壞機(jī)制，這與抗震規(guī)范中的“梁鉸”破壞機(jī)制明顯不符。怎么樣能切實(shí)實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)的理念，切實(shí)做到結(jié)構(gòu)在平面和立面上的幾何尺寸、質(zhì)量、剛度、延性等對(duì)稱、均勻、規(guī)整，避免突變，減少“柱鉸”機(jī)制出現(xiàn)的可能性，防止局部非線性變形集中而導(dǎo)致破壞，使結(jié)構(gòu)實(shí)際地震表現(xiàn)盡量實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的目標(biāo)。這其中還有很多問(wèn)題需要深入研究。

（2）有些框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上存在較大的不均勻性，從而造成樓層的的局部薄弱環(huán)節(jié)，不能發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體的抗震能力，從而產(chǎn)生破壞和倒塌，怎樣避免房屋總體機(jī)制和樓層機(jī)制也是需要研究的問(wèn)題。

（3）在汶川地震中也發(fā)現(xiàn)了一些施工質(zhì)量的問(wèn)題，還有一些材料也存在著缺陷。例如框架節(jié)點(diǎn)箍筋的設(shè)置存在有嚴(yán)重的缺陷，箍筋間距過(guò)大或者箍筋過(guò)細(xì)，在一些混凝土中骨料都是一些大粒徑的卵石等，都是混凝土的強(qiáng)度沒(méi)有辦法保證，由這些問(wèn)題產(chǎn)生的后果都很嚴(yán)重，應(yīng)該引起我們的重視。所以，這些都是以后應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)管的方面，堅(jiān)決杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生。

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