地震災害對結構設計的影響及借鑒意義

蘇 志 章

(山西省中方森特建筑工程設計研究院，山西 太原 030001)

地震災害對結構設計的影響及借鑒意義

蘇 志 章

(山西省中方森特建筑工程設計研究院，山西 太原 030001)

對近年來我國大地震的震級、場地與結構震害特點進行了概述，通過調查與分析建筑結構倒塌破壞的共性原因，提出了一些建筑結構設計的建議，以提高我國建筑結構的抗震性能。

地震，結構，建筑，破壞

對于結構工程師而言，借鑒和汲取已建成建筑物遭受地震災害的經驗和教訓是十分重要的。我國早期的建筑由于沒有經驗，抗震設計不完善，1976年唐山大地震以及“5·12”汶川大地震給我國造成了巨大的人員傷亡和財產損失。本文對近年來的震害進行分析整理，總結經驗，希望對結構工程師進行結構抗震設計、更深刻的理解規范規程帶來一定幫助。

1 近年來我國大地震的概況

表1不完全統計了我國近年來對建筑影響較大的地震，并綜合了多層和高層建筑遭受的主要震害特點。

表1 我國近年來大地震概況

2 震級、場地與結構震害

1)地震對建筑物的破壞程度，首先取決于地震所釋放的能量大小(通常所說的震級)，同時和震源的深淺程度、建筑物與震中的距離以及建筑物所處的場地性質有關。2)地震對建筑物的破壞還和建筑物本身動力特性有關。通常，震級小、震源深、離震中距離遠的地方，建筑物遭到破壞的可能性小。但是大量震害表明，對于樓層較高的建筑遭受震害的范圍比樓層較低的要大一些。3)場地性質對建筑物的震害程度有很大影響。例如1976年的唐山地震和“5·12”汶川地震都出現了大面積的砂土液化造成建筑物沉陷和開裂。

3 建筑結構倒塌破壞調查與分析

對1976年唐山地震、“5·12”汶川地震和玉樹地震中倒塌的建筑物調查發現，倒塌的共性問題存在以下幾點：1)建筑材料質量低劣未達到國家相應規范的要求，施工質量參差不齊造成建筑物安全性存在隱患。許多倒塌的建筑系計劃經濟時代的產物，業主、設計、施工等各方均代表國家，缺乏有效的相互制約，一味追求經濟效益和工程進度，對工程質量往往并不苛求，偷工減料時有發生。2)抗震構造措施不規范，抗震意識沒有深入人心。受當地傳統習慣的影響和經濟條件的限制，農村村民住宅和鄉村公共設施長期以來不設防。普遍缺乏抗震構造措施，導致這些建筑物的抗震性能極差，在震害后損毀嚴重。3)結構設計方案存在問題，導致建筑物先天不良、留下安全隱患。a.結構剛度不足。歷次地震的經驗，告訴我們框架結構的破壞率相較于剪力墻結構更高。主要原因是剪力墻結構剛度較大，地震時它的變形相對于框架結構更小，地震損壞也更小。框架結構變形大除了使自身容易破壞外，另一個嚴重的問題是使大量非結構填充墻和飾面墻破壞，其修復費用可達原造價的60%以上，有時還會危及人員安全。b.結構構件的不對稱布置引起的扭轉，會加劇結構的破壞。地震本身是多方向的，存在扭轉分量，而目前尚未有實測資料，也無法計算。如果結構本身剛度不均勻，將加劇扭轉作用。扭轉是導致結構破壞的重要原因，由于無法預見和計算，減小結構質量不均勻和剛度不均勻、加強結構的抗扭剛度和抗扭能力成為減少震害的重要措施。c.結構豎向不規則或承載力不均勻造成的薄弱層破壞。震區許多倒塌的建筑將底層作為商業或車庫使用，使得樓層底部空曠形成結構的軟弱層。軟弱層的位移變形大、應力集中，底層的柱承受不了大的變形或承載力不足導致破壞。d.結構相互碰撞造成破壞。在震區中相鄰結構碰撞造成的震害十分普遍，主要是在設置溫度縫或抗震縫時，縫寬度過小，地震搖晃使距離過近的結構碰撞，導致結構損傷。例如，唐山地震中，北京雖然烈度不高，但是在一些高層建筑上，發生了多起因碰撞而結構損傷的震害。e.短柱、角柱以及強梁弱柱造成的柱破壞。歷次震害及模擬實驗表明，鋼筋混凝土短柱在反復荷載作用下抗剪承載力顯著降低，多數出現剪切破壞。當長短不同柱子協同工作時，一般短柱先破壞，使長柱負擔荷載加大，然后長柱隨之破壞。角柱的破壞，通常是由于設計時，未考慮建筑物結構的不規則性和角柱的不利位置導致角柱配筋不足，柱端混凝土壓酥破壞。框架結構由于設計不當造成強梁弱柱，往往造成塑性鉸出現在柱端、破壞。在1976年唐山大地震后，石油規劃設計院曾對48棟發生破壞的框架結構做出調查統計，結果發現，凡是具有現澆板的框架，由于梁和現澆板的共同作用，大大增強了梁的承載能力。其地震破壞均產生在柱子上，結構多有倒塌；而沒有樓板的空曠框架(化工設備間)，裂縫出現在梁上，框架結構未出現倒塌。

4 針對我國歷次震害的經驗和教訓提出建議

地震的發生給我國震區帶來了巨大的人員傷亡和財產損失，但也為人類認知地震現象與規律，改進和完善現行建筑抗震設計規范提供了難得的機遇。1)應對工程中的材料和施工問題而采取的質量控制手段。a.加強對建筑材料的質量控制。對此建設單位應加強對采購人員的培訓和管理，嚴格規范其行為，杜絕因個人利益而不顧材料質量安全的現象發生。同時，在進行材料的選購時，派遣專人進行審查和監督，保證所選材料達到工程質量標準。對于不滿足規定的材料進行嚴肅處理，確保工程質量的安全可靠。b.加強施工隊伍的建設。工程建設單位應通過培訓教育的方式，加強施工人員專業素質和安全意識。同時應加強工程管理，讓施工人員嚴格按照建筑工程標準進行操作，做到施工規范化，整體化，切實保證建筑工程的施工質量。2)對廣大人民進行宣傳教育，提高人們對地震的安全意識和重視程度。對于偏遠的山區和經濟落后農村，希望國家能夠出臺相應的政策，幫助并保護貧困地區的孩子能夠在安全的校舍內讀書上學。3)嚴格把控圖紙質量，設計安全可靠的結構方案。由于地震的不可預見性及地震作用的不確定性，作為結構工程師要重視結構設計的抗震設計環節，積極的吸取震害中的經驗和教訓，研究設計對策和措施。同時通過理論研究和工程實踐相結合，深入施工現場，豐富自身的工程經驗，努力做出優質、安全的結構設計。

5 結語

本文對我國近年來重大的地震災害進行了歸納，分析了建筑物因地震導致倒塌、破壞的原因，并提出了相應的建議和解決措施。為建筑行業的工作者提供了參考性的意見，希望能夠為我國建筑結構抗震性能的提高產生積極的作用。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[2] 方鄂華.高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3] 王社良.抗震結構設計[M].武漢：武漢理工大學出版社，2008.

On influence of seismic disasters on structural design and its reference

Su Zhizhang

(ShanxiZhongfangSenteArchitecturalEngineeringInstitute,Taiyuan030001,China)

The paper surveys the magnitude and seismic features for the sites and structures of the earthquakes in China, and points out some suggestions for the architectural structural design according to the investigation and analysis of the common reasons for the collapses and damages of the architectural structures, so as to improve the anti-seismic performance for the architectural structure in China.

earthquake, structure, architecture, damage

2015-05-26

蘇志章(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)22-0047-02

TU352

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