建筑物抗震能力的影響因素分析

彭 麗 娟

(山西省地震局大同中心地震臺(tái)，山西 大同 037000)

地震是一種突然發(fā)生的、破壞力極強(qiáng)的自然災(zāi)害。大地震的發(fā)生，往往會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來重大影響。如2018年5月12日發(fā)生的汶川8.0級(jí)特大地震，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2008年9月25日12時(shí)，“5·12”汶川地震造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8 452億元。而建筑物的倒塌、損壞，往往是地震中造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的主要因素。因此，提高工業(yè)和民用建筑物的抗震能力，保護(hù)地震中人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，成為建筑工程師以及地震學(xué)專家們一直致力于研究的重要問題。本文將以建筑物的抗震能力為研究對(duì)象，對(duì)不同結(jié)構(gòu)建筑物的抗震能力差異進(jìn)行分析，并從建筑的選址、抗震設(shè)計(jì)、施工和管理控制、建筑材料的選用等方面對(duì)建筑物抗震能力的影響進(jìn)行分析研究，為提高建筑物的抗震能力提供參考。

1 不同結(jié)構(gòu)建筑抗震能力差異

在地震中，不同結(jié)構(gòu)建筑的抗震能力存在明顯差異。

1)砌體結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)建筑目前在我國農(nóng)村，特別是山區(qū)較為普遍，其抵抗地震災(zāi)害的能力較弱，在地震中容易發(fā)生屋面破壞和局部倒塌。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歷次6級(jí)以上的地震中，磚石房屋占到倒塌房屋總數(shù)的70%上下。底部框架砌體結(jié)構(gòu)房屋受到的破壞十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：建筑物四角墻面開裂及其所導(dǎo)致的部分倒塌；樓梯間承重墻產(chǎn)生開裂；內(nèi)外墻開裂，嚴(yán)重時(shí)縱橫墻拉脫；突出屋面的屋頂間等附屬結(jié)構(gòu)的破壞，以及墻體和其他部位常見的破壞等。在地震作用下，底部框架—抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的底層承受著上部磚房?jī)A覆力矩的作用，其外柱會(huì)出現(xiàn)受拉的狀況，尤其是會(huì)對(duì)底層橫墻較少的建筑造成特別嚴(yán)重的破壞。

2)磚混結(jié)構(gòu)。在我國，采用混磚結(jié)構(gòu)的建筑面積大、分布廣，數(shù)量多，城市的舊居民樓、舊辦公樓、小型廠房，以及村鎮(zhèn)的住宅、教學(xué)樓等大多采用這種結(jié)構(gòu)。由于建筑材料和連接方式，決定了這種結(jié)構(gòu)建筑的抗拉、抗剪強(qiáng)度較低，變形能力差，整體抗震性能較差。同時(shí)，由于這種建筑的設(shè)計(jì)追求大開間、大門洞、大懸挑，甚至通窗效果，導(dǎo)致其抗震能力較弱。在我國的歷次地震中，這類結(jié)構(gòu)建筑最容易遭受地震災(zāi)害，甚至是發(fā)生倒塌。抗震體系不完善，沒有圈梁或構(gòu)造柱，預(yù)制樓板沒有拉結(jié)等是導(dǎo)致倒塌的主要原因。通過合理設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱，保證結(jié)構(gòu)的整體性和側(cè)向承載力，這類建筑也能有效防御震害。

3)框架結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)主要由梁柱構(gòu)成，構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確、安裝制作方便，可以承受較大的整體變形，適合于建造20層以下的中低層建筑。在歷次地震中，框架結(jié)構(gòu)的建筑物所遭受的震害一般都不太嚴(yán)重，只有在遭遇到強(qiáng)震的時(shí)候，才會(huì)被嚴(yán)重?fù)p壞。其中容易被損毀的部位是建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻，尤其是圓形的填充墻最容易被破壞。部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程質(zhì)量差的框架結(jié)構(gòu)建筑物也可能遭受嚴(yán)重破壞，甚至直接倒塌。對(duì)于“強(qiáng)柱弱梁”型的框架結(jié)構(gòu)建筑物，由于樓板的支撐，以及在框架梁上增加砌體或填充墻等因素，增加了框架梁或屋蓋的實(shí)際剛度，因此在遭受地震時(shí)一般不容易被破壞。此外，還有錯(cuò)層結(jié)構(gòu)易造成短柱剪切破壞、異形柱端破壞。而且，這類建筑的震后修復(fù)工作量大，修復(fù)費(fèi)用高。

4)鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)建筑由于自身的重量較輕，而且具有良好的延性，抵御地震的能力比較強(qiáng)，受到的震害比較輕。其震害主要有：節(jié)點(diǎn)連接的破壞，構(gòu)件的破壞，以及結(jié)構(gòu)的整體倒塌等形式。總體來說，在場(chǎng)地和地震烈度相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)建筑物所受的震害要比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋所受的震害小得多，這在我國唐山的1976年7.8級(jí)大地震、墨西哥1985年8.1級(jí)地震和日本阪神1995年7.3級(jí)大地震中已得到證明。

2 影響建筑物抗震能力的因素

建筑的選址、設(shè)計(jì)、施工、建筑材料的選用等，都可能會(huì)影響到建筑的抗震能力。

1)建筑選址。由于斷層移位是引起地震的最大因素，而且這種斷層活動(dòng)在未來也有可能再次重復(fù)發(fā)生，因此，建筑物應(yīng)避開這些存在斷層移位的地質(zhì)危險(xiǎn)區(qū)，而且在危險(xiǎn)區(qū)兩側(cè)的一定范圍內(nèi)也不能規(guī)劃建設(shè)建筑物，更不能將建筑物直接跨建在危險(xiǎn)區(qū)上。同時(shí)，也要避免在沖積層、沼澤、坡地、河岸、池塘、懸崖等地質(zhì)條件不好的區(qū)域選址建設(shè)建筑物。在考慮建筑物選址時(shí)，必須把地質(zhì)條件作為一項(xiàng)重要的考量指標(biāo)，對(duì)擬選址地震的震向進(jìn)行充分的分析研究。從歷次發(fā)生的地震來看，在建筑物的走向與地震震向平行的情況下，建筑物更容易倒塌；而在建筑物走向與地震震向垂直的情況下，建筑物則一般不會(huì)倒塌。因此，建筑的走向必須要避免與地震的震向平行，要盡量使建筑的走向與地震震向垂直。

2)抗震設(shè)計(jì)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)拐鸬难芯恐鸩缴钊耄拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范日趨完善，在建筑的抗震設(shè)計(jì)中考慮的問題也日趨全面，人們對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)的要求也越來越高。我國不斷修訂完善GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范明確了建筑抗震設(shè)計(jì)有關(guān)要求。目前，在提高建筑結(jié)構(gòu)的延性方面，“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”等理念已被廣泛認(rèn)可。一般情況下,建筑物的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，以簡(jiǎn)單方正為上，外觀為不規(guī)則、一字型、L，T，U、十、雙塔、退縮造型的建筑,曲折變化的結(jié)構(gòu),耐震力較差，因?yàn)榘l(fā)生地震時(shí),這種建筑物的轉(zhuǎn)折處較多,若施工不良,易發(fā)生斷裂、倒塌。抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)，并有意識(shí)的加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，提高結(jié)構(gòu)的總體抗震性能。

3)施工和管理控制。建筑物的施工質(zhì)量應(yīng)把握“柱強(qiáng)梁弱”的原則,因?yàn)橛龅綇?qiáng)震時(shí),如果柱子不夠強(qiáng)韌,房子就容易坍塌,而橫梁則是慢慢被拉斷,可以為居民逃生爭(zhēng)取時(shí)間。提高混凝土墻和承重支柱的強(qiáng)度，把地基和接頭加深，在發(fā)生大地震的情況下,搖晃結(jié)構(gòu)體的壓力,很容易就能從橫梁轉(zhuǎn)移到直柱上,也能有效提高建筑物的抗震能力，保障建筑物的安全。墻、柱、梁、板是建筑物的骨骼,絕對(duì)不可任意改變。在施工中，可以在框架結(jié)構(gòu)中適當(dāng)增加設(shè)置剪力墻和支撐系統(tǒng)，將其作為二道防線，也可以通過改進(jìn)框架填充的構(gòu)造、改進(jìn)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造、改進(jìn)預(yù)制板的連接的構(gòu)造等措施，以及保證混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、處理好施工縫的設(shè)置與連接，并加強(qiáng)施工監(jiān)理和驗(yàn)收工作等，提高建筑的抗震能力。

4)建筑材料。從抗震角度考慮，建筑結(jié)構(gòu)在材料的選擇上應(yīng)盡量做到質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、材質(zhì)分布均勻，不同構(gòu)件之間的連接要具有良好的整體性、連續(xù)性及延展性，而且能盡可能地發(fā)揮材料的強(qiáng)度。在此情況下，不同材料結(jié)構(gòu)的抗震性能也不同：鋼結(jié)構(gòu)的耐震性較好、韌性較佳,最符合抗震材料的要求，但其造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用較高；現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體性好，造價(jià)低廉，有較大的抗側(cè)移剛度，并且可保證結(jié)構(gòu)具有良好的延性，但該材料在地震持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，構(gòu)件剛度會(huì)因裂縫的開展而遞減；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在地震的烈度不大時(shí)結(jié)構(gòu)不易被破壞，但是一旦混凝土開始?jí)核椋A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力就會(huì)急劇下降；裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大的弱點(diǎn)在于連續(xù)性和整體性較差;框架節(jié)點(diǎn)等預(yù)制構(gòu)件在接頭和連接點(diǎn)存在薄弱的部位，不宜在高烈度地區(qū)采用；磚造的建筑物抗震能力較差；木結(jié)構(gòu)的房子柔軟性佳,但在地震中易發(fā)生火災(zāi)事故。

3 結(jié)語

不同結(jié)構(gòu)建筑物的抗震能力存在明顯差異，建筑的選址、抗震設(shè)計(jì)、施工和管理控制、建筑材料的選用等因素都會(huì)對(duì)建筑物的抗震能力造成直接的影響。要減少地震災(zāi)害對(duì)建筑物產(chǎn)生的影響，減少損失，需要結(jié)合實(shí)際，選擇合適的方式來切實(shí)提高建筑物的抗震能力。