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1、从汶川地震谈建筑结构的设计和加固摘要：通过对多层砖混结构、框架结构、底框结构、单层工业厂房、钢结构等结构形式的建筑物在四川汶川地震中的震害调查,分析其破坏机理,并给出了一些设计建议。关键词：地震；结构；设计2008年5月12日,在我国四川省汶川县,发生了里氏8.0级,震中烈度为11度的大地震,多个省市受灾。地震中,各种结构形式的建筑物均有不同程度的破坏,对我国目前的抗震设计提出了新的要求。本文对各类结构形式建筑物的震害进行了调查,并对其破坏机理及抗震性能作了分析,同时指出了在设计中应当注意的一些问题。一、
2、地震中的震害现象及分析1.砌体结构砌体结构在此次地震中震害较为普遍,如图1所示,其中(a)为建筑物完全倒塌;(b)为窗间墙出现交叉斜裂缝；(c)为底层靠近基础顶部出现水平贯通裂缝；(d)为预制楼板掉落。对于没有设置圈梁、构造柱或是虽设有圈梁、构造柱但达不到规范要求的砖混结构在本次地震中破坏都比较严重；相反,按照规范要求设置了圈梁、构造柱的结构破坏相对较轻。图1砌体结构的震害出现上述震害现象是基于以下几点原因:(1)砌体结构是由砖、石等砌筑而成,砌块之间的粘接较差。地震时,在水平和竖向地震的共同作用下,砌块
3、之间的粘接容易被破坏,再加上没有合理的构造措施,不能够对砌体进行很好的约束,导致其整体性较差,出现粘结裂缝,严重时导致建筑物垮塌。(2)由于窗间墙的剪跨比小,砌体的抗剪能力较差以及抗剪强度不足,因此容易产生交叉的剪切裂缝。(3)部分砌体建筑物砂浆强度比较低,地震作用下底层受弯较大,导致底层砖墙水平灰缝开裂。(4)预制板和圈梁、构造柱、承重墙体之间没有进行可靠连接,在地震中,预制板和周边的构件连接处容易被拉开,导致楼板的破坏,进而使墙体在平面外失去有效约束,容易造成墙体外闪。已有的研究表明,设置圈梁和构造柱
4、,相当于对砌体施加了约束,可以提高砌体的变形能力和房屋的整体性,因此可以明显改善砌体结构的抗震性能；同时还可以使其抗剪强度提高10%-30%。2.框架结构在这次地震中,钢筋混凝土框架结构表现出比较好的抗震性能。说明结构设计中只要经过合理的抗震设计并采取妥善的抗震构造措施,在大震作用下可以保证不倒。此次地震中框架结构出现的典型震害如下图2所示。图2框架结构主要震害其中(a)为汉旺镇某框架砖填充墙的剪切破坏；(b)为楼梯踏步板破坏；(c)、(d)为框架柱和节点的震害；(e)为汉旺镇PICC大楼,屋顶塔楼的鞭梢
5、效应,顶部装饰物掉了一个。造成上述震害的主要原因有:(1)砖填充墙抗剪承载力低,变形能力小,墙体与框架缺乏有效的拉接,在往复变形时墙体易发生剪切破坏。由于框架变形属于剪切型,下部层间位移大,填充墙震害一般呈现下重上轻的现象。当框架结构采用砌体填充墙做围护结构时,应注意其应与柱子进行可靠连接,可采用贴砌围护墙或墙、柱柔性连接方案。(2)此次地震中,多个建筑物的楼梯出现受弯破坏,主要原因是配置的受弯钢筋不足。(3)柱子截面尺寸较小,且箍筋加密区、梁柱节点区配置的箍筋不符合规范要求,没有遵守强柱弱梁、强剪弱弯、
6、强节点、强锚固等设计原则。(4)地震作用时,建筑物顶部的突出部分由于刚度和质量较小在地震中瞬间产生较大的速度和位移,产生?鞭梢效应。出屋面的小房间或装饰部分最好不要做成砖混结构,可将框架柱延伸上去或做成轻型钢结构,以减小“鞭梢效应”造成结构破坏。3.底框架结构本次地震中底框结构破坏较多,，但按新规范设计的底框结构表现较好。调查某小区的底框结构,典型的破坏形式如图3所示：其中(a)、(b)部分底框结构底层有过大层间变形,框架部分的柱头柱脚破坏；(c)为二层砌体过渡层破坏。出现以上震害现象主要由于:(1)底框
7、结构上部砖混各层纵横墙较密,重量大且抗侧刚度大，底层框架抗侧刚度比上部小，整个结构?上刚下柔。地震时房屋的侧移集中发生在相对薄弱的底层,而上部其他各层的侧移很小,易引起底层的严重破坏。(2)底框结构是由两种承重体系组成的结构体系,其过渡层的受力复杂。第二层担负着上部的地震剪力,也担负着上部各层地震力对底层楼板的倾覆力矩,导致第二层层间位移增大,其墙体先于其他楼层破坏。建议在今后的设计中,应该对该类房屋的结构方案和结构布置进行严格的限制。房屋的底层沿纵横两方向均匀对称布置一定数量的抗震墙,以防刚度差异过大，
8、地震作用下两种结构衔接处应力集中发生破坏。图3底框架结构主要震害4.单层工业厂房单层工业厂房在此次地震中破坏比较严重,在绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂调查到比较典型的破坏现象如图4所示,其中,(a)为柱头及屋架联结的破坏；(b)屋架破坏；(c)天窗架破坏；(d)纵向地震作用下山墙、山尖外闪或局部塌落,抗风柱断裂；(e)外围护砖墙开裂外闪；(f)支撑破坏。图4东方汽轮机厂里的厂房震害上述震害出现的原因主要为:(1)柱头在强大的横向水平
