框架結構典型震害現象分析

楊寧

（天津城市建設學院，天津 300384）

近年來，我國地震頻發，給災區人民的生命及財產帶來了很大的損失。因此，本文主要通過對汶川地震，青海玉樹地震的資料進行分析，總結框架結構的典型震害現象以及破壞機理，繼而可以采用較合理的結構抗震措施及整體結構體系，這樣會減少地震帶來的損失，具有重要的意義。

1 框架房屋整體震害

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

圖1 結構形式混用的破壞

（2）結構布置不合理的震害。平面形狀復雜，剛度中心與質量中心相差較遠的房屋，地震時容易產生嚴重的扭轉和應力集中破壞；里面凹凸嚴重，沿豎向剛度有突然變化的房屋，地震時容易產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樓層標高處，開間和跨度均為8.5m。右邊部分兩跨，六個開間，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，并且沒有設置變形縫，左右邊縱向柱網未對齊，樓板沿平面不連續，屬于平面和豎向嚴重不規則的結構體系，左邊干燥塔筒體很重，且質量集中在5.5m樓層標高處，在地震作用下，左邊底層地震剪力和變形遠大于右邊，將左右部分所有梁剪壞拉斷，左邊部分底層柱產生較大的傾斜，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，兩側的結構會在地震時相互碰撞產生震害。但是這種震害都不嚴重，震害現象一般是上重下輕。汶川地震中，在地震重災區及一些地震烈度不大的對方都發生了這種震害現象。

2 結構構件的震害現象

汶川地震重災區框架結構的梁柱破壞現象還是比較普遍的，柱子的破壞在柱頂、柱身、柱底的部位發生，有些柱子出現水平裂縫或者斜裂縫，部分鋼筋保護層脫落，露出鋼筋，還有出現混凝土脫落，主筋壓曲外露，箍筋崩落等現象。

（1）柱剪切破壞。由于墻體或其它構件對柱子的約束作用，柱子的有效高度降低了很多，這樣一來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，就表現出來為柱子的破壞比較嚴重并且多以剪切破壞為主。如圖3，開窗導致墻體對對柱子的約束形成短柱，破壞嚴重,圖4為映秀鎮的一個建筑，樓梯平臺梁對柱子的約束形成短柱，也是在地震的作用下破壞得比較嚴重。

圖3 開窗形成短柱

圖4 樓梯平臺梁形成短柱

（2）柱剪壓破壞。柱子截面過小，箍筋間距過大，導致其約束力不夠，混凝土抗壓強度不夠，在地震作用下產生剪壓破壞。圖5為映秀某框架結構，柱端箍筋沒有加密，混凝土被壓碎，鋼筋被剪彎，從而失去承載力。

（3）柱彎剪破壞。當短柱截面較大時，在水平地震作用下容易發生彎剪破壞,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。此種破壞一般發生在框架底層柱的柱頭，由于上部重力荷載較大，柱截面過小，混凝土強度不夠導致軸壓比超限，同時箍筋加密不夠導致約束力不夠，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）為漢旺鎮某框架結構底層柱，混凝土強度不夠，導致混凝土壓碎，鋼筋屈服。圖7(b)為都江堰某框架底層柱頂箍筋沒有加密，導致混凝土壓碎縱筋屈服。

圖7 柱壓屈破壞

（5）柱子壓彎破壞。結構豎向荷載過大，柱截面過小，導致軸壓比超限，在豎向荷載及彎矩的共同反復作用下，柱頭容易發生壓彎破壞，結果就是混凝土壓碎，鋼筋屈曲，如圖8所示。

（6）柱端塑性鉸破壞。框架結構柱頂或者柱底同時出現塑性鉸，吸收較多的地震能量結構雖壞不倒，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。短梁易產生剪切破壞，一般表現為從梁端到梁中發展的斜裂縫。此種現象在都江堰的幸福小區里發現的比較多,如圖10所示。

圖10 梁剪切破壞

3 非結構構件的震害現象

（1）填充墻影響結構的剛度變化，從而引起填充墻的破壞。不論何種材料的填充墻，在構造上與框架結構聯系在一起工作時，或多或少會改變結構的抗側剛度。同時，由于填充墻的加入，有可能使一個規整結構的質量中心與剛度中心發生偏移，在地震作用下產生較大的扭矩。從汶川地震中可以看出，填充墻的破壞還是比較嚴重的，如圖11所示。因此，不僅要加強填充墻與主體之間的拉結措施，還要考慮底層填充墻與結構構件在同一水準下的抗震設計。

圖11 填充墻的破壞

（2）填充墻造成框架柱的附加作用，使框架柱出現柱鉸現象。在同一結構層內，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生了變化，造成同一層內框架柱的水平受力不同而出現“柱鉸”破壞現象。在汶川地震中幾乎看不到“強柱弱梁”的梁鉸機制，幾乎都是“柱鉸”機制，如圖12所示。造成這種破壞的原因是多方面的，其中之一就是沒有將填充墻納入到整個結構系統考慮，主要是因為填充墻能夠增加結構的層剛度，同時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）開洞的填充墻可能對框架柱造成“短柱”效應。填充墻的布置使其臨近的框架柱的計算高度減少，形成“短柱”，這樣在水平地震力的作用下容易發生塑性鉸破壞。如圖13所示。

圖13 實心磚填充墻窗洞之間框架短柱破壞

4 結語

地震災難主要來自房屋以及工程結構的破壞及倒塌，防止房屋及工程結構的倒塌是減少人員傷亡和經濟損失的重要途徑。一方面，應該明確地震設防的目標是防止倒塌，以保證人員安全。另外一方面，應該切實將抗震設防貫穿與規劃、工程選址、工程設計、工程施工、質量監管以及竣工驗收、工程維護的全過程。

汶川地震中，雖然框架結構的房屋表現不錯，但是也暴漏了一些重要的問題。

（1）在汶川地震中，出現了明顯的，大量的“柱鉸”破壞機制，這與抗震規范中的“梁鉸”破壞機制明顯不符。怎么樣能切實實現概念設計的理念，切實做到結構在平面和立面上的幾何尺寸、質量、剛度、延性等對稱、均勻、規整，避免突變，減少“柱鉸”機制出現的可能性，防止局部非線性變形集中而導致破壞，使結構實際地震表現盡量實現抗震設計規范的目標。這其中還有很多問題需要深入研究。

（2）有些框架結構在設計上存在較大的不均勻性，從而造成樓層的的局部薄弱環節，不能發揮結構整體的抗震能力，從而產生破壞和倒塌，怎樣避免房屋總體機制和樓層機制也是需要研究的問題。

（3）在汶川地震中也發現了一些施工質量的問題，還有一些材料也存在著缺陷。例如框架節點箍筋的設置存在有嚴重的缺陷，箍筋間距過大或者箍筋過細，在一些混凝土中骨料都是一些大粒徑的卵石等，都是混凝土的強度沒有辦法保證，由這些問題產生的后果都很嚴重，應該引起我們的重視。所以，這些都是以后應該加強監管的方面，堅決杜絕這種現象的發生。

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