建筑结构的抗倒塌能力——汶川地震建筑震害的教训

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1、建筑结构学报/JournalofBuildingStructures,2008,29(4):42-50建筑结构的抗倒塌能力——汶川地震建筑震害的教训叶列平，曲哲，陆新征，冯鹏清华大学土木工程系，北京100084摘要：工程结构的抗震能力是社会抗震防灾系统的第一道防线。建筑物的倒塌是震害的根源，建筑物在地震中的破坏程度，大体决定了震害的严重程度。因此，建筑结构的抗震能力，特别是抗倒塌能力，对于社会整体抗震防灾非常重要。本文结合汶川地震中建筑震害的教训，运用系统科学的思想分析了提高建筑结构整体抗震能力的途径，重点针对建筑结构抗倒塌能力，提出了建筑结构抗震设计中应注意的问题

2、和改进建议。关键词：汶川地震；建筑震害；结构抗震体系；抗倒塌设计；鲁棒性；整体稳定性；整体牢固性在城市抗震防灾系统的等级序列中，建筑物和基础设施的抗震能力是抗震防灾的第一道防线。房屋建筑的倒塌与破坏是造成巨大灾难的根源，正如美国科罗拉多大学的一位专家曾经说过，“造成伤亡的是建筑物，而不是地震”。本文根据汶川地震中的典型建筑震害分析，用系统科学的思想分析了提高建筑结构整体抗震能力的途径，重点针对建筑结构抗倒塌能力，提出了建筑结构抗震设计中应注意的问题和改进建议。1汶川地震中建筑震害的基本特点汶川地震建筑震害表明，随着我国房屋建筑抗震安全储备与设计水平的提高（从74抗震

3、规范到89抗震规范再到01抗震规范），从80年代到90年代再到21世纪后，按照最新抗震标准设计建造的建筑物，其震害有明显减轻的趋势。符合89和01抗震规范的建筑，基本没有严重损坏或倒塌。对于体量不大、体型比较规则的，采用现浇钢筋混凝土框架、砖混结构等成熟结构体系的建筑物，当按89和01抗震规范进行设计，并保证施工质量时，总体上能够达到预期的抗震性能目标。这意味着良好的抗震设计和施工质量，完全能够有效的减少因建筑物震害产生的损失，特别是能够大量减少人员伤亡。相反，89抗震规范以前的建筑震害明显较重，特别是大量为采取抗震措施的砖混结构，在这次地震中震害十分严重。另一方面

4、，村镇建筑和农民自建住宅，由于缺乏必要的抗震知识和必要的技术指导，加之年久失修，震害也比较严重。图1和图2分别为安县秀水镇新旧两个街区的整体震害情况。图1安县秀水镇旧街道震害图2安县秀水镇新街道震害2汶川地震中主要结构形式的震害本文主要讨论建筑结构的抗倒塌能力，以下首先介绍汶川地震中主体结构损坏、严重破坏和倒塌的典型建筑震害。2.1砖混结构四川地震区砖混结构的数量很多，震害也非常严重。村镇的住宅、教学楼，城市的一些旧的居民楼、办公楼、小型厂房大多采用这种结构。在汶川地震中，大量砖混结构发生整体倒塌，甚至是粉碎性倒塌，建筑结构学报/JournalofBuildingS

5、tructures,2008,29(4):42-50造成了惨重的人员损失。图3为砖混结构的典型震害。蓥华中学教学楼右段倒塌南坝镇小学教学楼垮塌汉旺镇铁路货运站宿舍楼倒塌（左段为框架结构）图3砖混结构的震害对一些倒塌的砖混结构建筑的调查发现，倒塌的主要原因可以归结为两点，一是结构形式不合理，如教学楼大多采用纵墙承重、大开间、大开窗、外挑走廊；二是抗震构造措施严重不足，如预制楼板无拉结、无后浇叠合层，特别无构造柱，甚至没有圈梁。具有这两个特点的砌体结构大多在设防烈度地震下发生整体性倒塌，甚至是粉碎性倒塌，许多砖混教学楼的整体倒塌更成为震后社会各界关注的焦点，造成了严重的

6、社会影响（图4）。倒塌情况预制板无拉结无构造柱图4都江堰聚源中学教学楼然而震害调查中同时发现，一些按规范认真设计、结构形式和抗震构造措施合理的砖混结构房屋，抗震性能满足设防要求，见图5。事实上，1976年唐山地震以及上世纪末我国西部地区的多次地震震害都表[1][2][3]明，砖混结构中的现浇钢筋混凝土圈梁、构造柱对于结构在地震中保持整体性，避免发生整体倒塌具有非常重要的作用，特别是构造柱的作用尤为重要。只要构造措施得当，砖混结构完全可以实现预期的抗震设防目标。这次地震却重蹈了唐山地震惨烈震害的覆辙，很多是在结构体系和设计方面存在问题，具体原因将在下文详细讨论。江油县

7、雁门镇明德小学绿天电动源有限公司办公楼图5地震区完好保存的砖混结构2.2框架－砌体混合结构这类混合结构大致可以分为竖向混合（如底部框架－上部砖混的结构）和水平混合（部分框架－部分砖混的结构）两类。它们表现出各自不同的典型震害。竖向混合的框架-砌体混合结构多为底部软弱层破坏。在底框砖混建筑中，底层框架结构的刚度远小于上部结构，地震作用下底层框架变形集中，损伤严重，成为整个结构的软弱楼层，使结构发生局部型的破坏，甚至倒塌，而结构的其它部分则没能发挥其抗震能力。图6为几个典型的底部软弱层破坏震害。建筑结构学报/JournalofBuildingStructures,2