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5.12汶川大地震七周年回顾:建筑是怎样被震坏的?




  昨天是5·12汶川地震7周年,而尼泊尔又在这一天再次发生7.5级地震。本文是汶川大地震后,中国建筑设计院有限公司总工程师范重(鸟巢结构总工程师)深入灾区调查后总结的经验,以许多结构震害的现场实例提醒结构工程师和建筑设计师如何强化建筑的抗震性能。至今仍有相当的借鉴意义,希望能以此提醒设计者和施工者避免生命的悲剧。




超过烈度设防情况下,各类结构均会有损毁


汶川地震破坏力巨大,都江堰市原抗震设防烈度为7度,而地震引发的烈度为89度。一般认为抗震性能较好的全现浇钢筋混凝土剪力墙结构,其平面两端的连梁、端部墙也遭到严重破坏。



 多层框架结构受损严重 


多层框架结构是受破坏最为严重的。南方城镇常见的底层商铺、上层住宅的形式导致上层隔墙较多,底层较为空旷,因而造成填充墙被严重破坏、柱子严重变形。



 柱头、柱底受到剪切破坏 


柱头和柱底是易于发生破坏的部位。柱顶的局部剪切作用非常明显,几乎是地震灾区最为常见的结构破坏标志。


柱底部变形通常为灯笼状。图中这个例子,原箍筋不均匀,间距较大,粒径较大且光滑的卵石也不适宜作为粗骨料浇筑混凝土。



 填充墙破坏严重 


填充墙的存在,改变了结构的一些受力形态,颠覆了原有的强柱弱梁、框架剪切力等概念,因此特别容易受损。


构造做法的不规范也导致了破坏的产生。如后来砌筑的墙体,横墙和翼墙之间没有设马牙槎等拉结措施。


窗间墙、窗下墙结构破坏严重。


无翼墙填充墙因为没有支撑,被严重破坏。


填充墙竖向刚度不均匀造成的安全隐患普遍存在。此图显示在竖向变化处造成的柱顶破坏(因二层开洞而上部全为实墙,破坏就发生在开洞位置)



 楼梯间损毁严重 


楼梯间损毁严重是地震中的一个显著现象。楼梯一般被作为竖向承重构件,其抗震措施没有得到足够重视。实际上,楼梯处于上下两层之间,受力情况类似于交叉支撑,地震中变形非常大,楼梯拉断的情况很多。


楼梯间的填充墙大量倒塌,造成了严重人员伤害。


楼梯板及其面层从中间拉裂。


楼梯板拉断错位,移动了近一个台阶的宽度。



 地下室相对完好 


相对楼梯间,地下室则保持了震后完好。地下车库基本没有损毁,原因是受到周围土壤的约束作用,变形较小。



 底层框架产生明显的塑性变形 


有些建筑柱头柱脚均发生明显损坏,底层框架产生明显的塑性变形,有些甚至丧失了承载力,建筑出现了整体平移。



 防震缝处破损普遍 


防震缝应对地震力的能力有限,防震缝之间结构碰撞,导致装修材料损毁。有些防震缝内的填充刚性材料,因而局部破坏明显。



 地震方向性对破坏程度影响明显 

这座房屋外观破坏不明显,而内部破坏严重,其中纵墙较为完好,而横墙大量损毁,说明地震的方向性非常强。



 金属幕墙体系保持完好 


相对于填充墙,在建筑内部损毁严重的情况下,金属幕墙及小面积玻璃幕墙仍保持完好,说明金属幕墙适应变形的能力比较强。



 预制楼板损毁严重 


大量倒塌的房屋是预制楼板、砖混结构的建筑。由于很多房屋是按照旧有规范设计的,没有构造柱。房屋倒塌后,大量预制板悬挂在墙上是灾区的普遍现象。胡子筋没有起到圈梁的作用,当地预制板规格较长,现浇带往往只有几厘米宽,水平拉结不规范,没有形成真正的边框。


房屋中间的一部分完全坍塌,只留下局部矗立着。



 横墙数量对于结构的影响很大 


一栋较为老旧的混合结构房屋。底商由成排的横墙分隔开,由于横墙数量多,震后仍然较完整,而纵墙开裂很多。



 鞭梢效应 


鞭梢效应导致屋顶局部的装饰性结构倒塌,有些地方甚至出现整体飞落的情况。(提醒建筑师,以后这些悬挑的突出的没用的架子,少做啊)



 一座新建住宅楼的受损实例 


这是都江堰附近一个刚刚建成尚未入住的小区,集中体现了各种典型地震破坏。上图显示因底部为商铺采用框架结构,造成底部空旷而形成刚度突变的破坏状况。


钢筋混凝土结构由于底部空旷形成刚度突变,发生剪切变形。其底部柱头的变形量很大。


底层填充墙完全碎裂


由于设计中未能实现强柱弱梁,梁的高度较大,而柱尺寸较小,这是多层建筑中容易出现的问题。



 不同材料造成结构刚度变化大 


建筑底层车库采用混凝土墙体,强度大,上部空心粘土砖刚度大,填充墙保持完好,在二层结构处塌毁。



 大跨度结构抗震性能良好 


某体育馆,其桁架保存非常完整,仅在外侧屋角有构件损坏,说明屋盖的支撑结构仍须加强。



 老旧房屋破坏严重 


灾区外观老旧的房屋一般破坏较为严重,其中多为砖混结构。


混凝土框架结构二层局部倒塌,相对于整体现浇楼板,预制楼板承载力差,因而难以承受。DRRDR


微信来源:《设计与研究》(D+R),

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