武琨璐

摘要： 為提高我國居民建筑的抗震能力，確保人員生命和財產(chǎn)安全，本文將對不同結(jié)構(gòu)的居民建筑進(jìn)行震害分析，總結(jié)其破壞特征和原理，提出針對性的設(shè)計方法，探索更加有效、經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)的抗震方法和技術(shù)，完善抗震設(shè)計規(guī)范，降低震害損失，為居民建筑抗震安全設(shè)計提供參考。

Abstract： In order to improve the seismic capacity of residential buildings in China and ensure the safety of lives and property， this paper analyzes the seismic damage of residential buildings with different structures， summarizes the characteristics and principles of their destruction， proposes specific design methods， and explores more effective and economical seismic methods and techniques to improve the seismic design specifications， reduce the loss of seismic damage and provide reference for the seismic design of residential buildings.

關(guān)鍵詞： 居民建筑；震害；設(shè)計

Key words： residential building；seismic damage；design

中圖分類號：U442.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0139-02

0 引言

建筑物倒塌是發(fā)生震害時導(dǎo)致人員傷亡的主要原因，常見的居民建筑結(jié)構(gòu)包括砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等，不同結(jié)構(gòu)的建筑抗震安全水平也存在較大差異。同時，不論是何種建筑結(jié)構(gòu)，樓梯間都很容易受到破壞。在以往的設(shè)計中，樓梯間設(shè)計常常被忽略，影響建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。建立建筑結(jié)構(gòu)模型，采取隔震技術(shù)，是現(xiàn)代居民建筑提高抗震能力的重要手段。

1 居民建筑隔震設(shè)計的重要性

地震是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。我國地理位置特殊，東臨環(huán)太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，地震災(zāi)害頻發(fā)。分析地震造成傷害的原因，由于其本質(zhì)上是能量的瞬間釋放，本身并不會造成直接的傷害，地震中90%以上的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失都是建筑物倒塌造成的，同時還增加了救援難度。因此，加強(qiáng)居民建筑的隔震設(shè)計刻不容緩。從整體上看，我國城市建筑和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑抗震安全能力差異較大，樓梯間抗震安全性不足，建筑抗震能力較差。近年來，我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范逐步發(fā)展和完善，通過采用隔震設(shè)計，極大地提高了房屋建筑抗震能力，保障了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

2 居民建筑的震害分析

2.1 砌體結(jié)構(gòu)

砌體結(jié)構(gòu)是住宅、教育、工商業(yè)建筑常用結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢在于造價適中、技術(shù)成熟，但由于其主要材料為燒制粘土磚，是一種脆性材料，抗震安全性不足，因此，在地震中通常破壞嚴(yán)重。在以往的地震中發(fā)現(xiàn)，砌體結(jié)構(gòu)在遭遇震害時，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的墻體開裂甚至坍塌，比較典型的如密集、貫通、巨大的“X”型裂縫，門窗洞口處裂縫比較密集，突出屋面嚴(yán)重坍塌，預(yù)制板偏移，樓梯間破壞等。在唐山地震調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)未設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的砌體結(jié)構(gòu)基本都受到了嚴(yán)重破壞，造成了大量的人員傷亡。相反，嚴(yán)格按照“三水準(zhǔn)”規(guī)范要求設(shè)計、施工質(zhì)量較好的砌體結(jié)構(gòu)建筑，破壞程度明顯減輕。

2.2 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于災(zāi)區(qū)城鎮(zhèn)建筑，由于造價略高于砌體結(jié)構(gòu)，因此鄉(xiāng)村建筑使用較少，在震害中，基本能夠?qū)崿F(xiàn)了抗震目標(biāo)。在填充墻，尤其是弧形等不規(guī)則墻體，與梁、柱連結(jié)處容易出現(xiàn)裂縫、混凝土脫落、鋼筋屈服等。框架結(jié)構(gòu)的安全性高于砌體結(jié)構(gòu)，與其較強(qiáng)的延性儲備有關(guān)，一般建造時間較晚。影響框架結(jié)構(gòu)抗震能力主要包括填充墻安全問題、“柱鉸”代替“梁鉸”問題、樓梯間安全性問題等。填充墻是抗震安全“第一道防線”，填充墻破壞，會對逃生人員造成傷害，同時修復(fù)難度較大。拉結(jié)鋼筋設(shè)置的不合理甚至缺失，是填充墻破壞的主要原因。地震發(fā)生后，填充墻吸收了最大的地震能量，在地震剪力作用下，填充墻開裂，形成交叉斜裂縫或貫通斜縫，最終坍塌。根據(jù)框架結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計理念，強(qiáng)柱弱梁能夠保證建筑遭到破壞時不至于坍塌，但在汶川地震中，柱先被破壞，設(shè)計效果并沒有實現(xiàn)，主要是由于平面布置不合理、柱子截面偏小、承載力不足等。在地震中，樓梯間破壞也比較嚴(yán)重，阻塞了逃生通道。

2.3 混合結(jié)構(gòu)

常見的混合結(jié)構(gòu)包括底框結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)等，底框結(jié)構(gòu)功能比較復(fù)雜，通常為底部框架結(jié)構(gòu)營造較大開間，上層砌體結(jié)構(gòu)作為住宅用房。由于變換層間剛度，在遇到震害時，會放大薄弱層，導(dǎo)致其破壞嚴(yán)重。磚木結(jié)構(gòu)在鄉(xiāng)村比較常見，在地震中破壞要比其它結(jié)構(gòu)形式建筑嚴(yán)重，主要是由于建造不規(guī)范，施工質(zhì)量參差不齊，整體穩(wěn)定性與牢固性較差，基本不具備抗震能力，墻體倒塌、木屋脫落現(xiàn)象普遍。

3 居民建筑的設(shè)計方法

3.1 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)制板的使用和連接、外挑部分脫落、樓梯間的安全性是提高砌體結(jié)構(gòu)建筑抗震安全性能的關(guān)鍵，在設(shè)計中，應(yīng)注意降低房屋建筑總體高度；注重樓梯間結(jié)構(gòu)整體計算，確保建筑主體結(jié)構(gòu)與樓梯間非承重墻體連接緊實；在構(gòu)造設(shè)計上，圈梁、構(gòu)造柱、芯柱等設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行；多層和高層建筑，混凝土現(xiàn)澆板應(yīng)作為優(yōu)先選擇，注意預(yù)制板之間連接，使其形成可靠的整體；在材料選擇上，應(yīng)保證砌筑材料的強(qiáng)度等。endprint

3.2 樓梯間安全設(shè)計

使用ETABS房屋結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件，按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求，建立建筑結(jié)構(gòu)的實體模型對象，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和計算。分析數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)自振周期、結(jié)構(gòu)底部剪力、層間位移角、框架柱內(nèi)力、梯段應(yīng)力等?；炷量蚣鼙旧韯偠炔蛔悖绻麡翘蓍g的設(shè)置位置不準(zhǔn)確，會增加結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。層間位移角隨樓層的增加而減小，第二層層間位移角最大，受樓梯間的影響，層間位移角明顯減小，第二層減小幅度最大，在地震中，普通結(jié)構(gòu)的二、三層很容易受到破壞，且破壞程度大于其它層。在進(jìn)行樓梯間設(shè)計時，還應(yīng)該分析框架柱內(nèi)力，考慮示樓梯間的支撐作用，低估樓梯間柱子的內(nèi)力會導(dǎo)致框架柱容易被破壞。從梯段應(yīng)力上看，樓層越高，梯段應(yīng)力越小，在一至三層都較大。在進(jìn)行樓梯間設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾點：①注意梯段的布置方向，強(qiáng)化對樓梯間的支撐作用；②合理設(shè)計樓梯間的布置位置，綜合考慮自振周期和結(jié)構(gòu)內(nèi)力作用；③樓梯間改變了框架柱的內(nèi)力分布，使樓梯間毗鄰的柱子更容易受到破壞，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計；④分析層間位移角大小和內(nèi)力分布，以六層建筑為例，第二層破壞最為嚴(yán)重，包括樓梯間，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮其震害特點。

3.3 隔震設(shè)計

隔震設(shè)計是一種新型的抗震技術(shù)，在建筑設(shè)計中應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。隔震設(shè)計主要依靠在建筑物與上部結(jié)構(gòu)之間，設(shè)計隔震層，阻止地震釋放能量向建筑物傳遞，減輕地震反應(yīng)，保證建筑物的安全。研究認(rèn)為，隔震設(shè)計能夠?qū)⑺降卣鸺铀俣确磻?yīng)降低60%以上，使建筑物能夠在地震后繼續(xù)使用，在減輕豎向地震作用方面效果也比較明顯。目前，常用的隔震裝置包括摩擦滑移隔震器、夾層橡膠隔震器、滾動隔震裝置等，在底層和多層建筑中應(yīng)用效果更佳。在隔震層設(shè)計時，可以使用三種疊層橡膠支座，在地下室柱頂和首層板中間設(shè)置隔震層，每個柱子下設(shè)置一個隔震支座。強(qiáng)化細(xì)節(jié)設(shè)計，應(yīng)斷開地下室電梯井必須與上部結(jié)構(gòu)，對地下室的樓梯和坡道進(jìn)行特殊處理，采取防火措施，確保隔震層安全。計算隔震層的水平剛度、阻尼比等，一般認(rèn)為，水平剛度越小，隔震效果越好，但同時隔震層的位移也會隨之增加，在達(dá)到一定值時破壞隔震層。

4 結(jié)束語

綜上所述，居民建筑中常見的砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、底框結(jié)構(gòu)等具有不同的特點，例如，框架結(jié)構(gòu)抗震安全性能更強(qiáng)，但填充墻容易被破壞，應(yīng)引起重視；砌體結(jié)構(gòu)倒塌和破壞嚴(yán)重，應(yīng)注意合理布置圈梁和構(gòu)造柱，底框結(jié)構(gòu)薄弱層明顯，受力體系復(fù)雜，抗震能力相對較弱等。在設(shè)計時，應(yīng)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計和樓梯間安全設(shè)計，采取隔震技術(shù)，做好抗震加固工作。

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