芦山地震芦山县城区钢筋混凝土框架结构震害分析.pdf

1 7 8 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 第 4 0卷第 5期 2 0 1 4年 1 0月 芦山地震芦山县城区钢筋混凝土框架结构震害分析 赵 晶 ， 李福海 ， 张永久 ， 李建亮 ， 何玉林 ( 1 四川省地震局， 四川 成都6 1 0 0 4 1 ； 2 西南交通大学， 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要： 芦山县作为芦山地震的宏观震中， 其县城区的地震烈度达到了度 ， 建筑物的破坏形式 比较典型。为分析 此次地震中钢筋混凝土框架结构的破坏原因， 根据震后震害调查资料， 对一些典型震害现象进行了分析与总结， 主 要包括结构布局不合理、 竖向刚度强度不均匀产生的震害， 框架梁、 柱的震害， 填充墙与围护构件 的震害以及震害 严重程度与楼层高低的对应关系等。通过对各种震害现象的分析研究， 给出了加强钢筋混凝土框架结构安全性与 震后修复和抗震加固的建议与措施， 供工程技术人员在抗震设防区的结构抗震设计与施工中参考。 关键词： 芦山地震； 钢筋混凝土框架； 震害分析 中图分类号 ： T U 3 1 2 2 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 51 7 8 0 4 O 引 言 2 0 1 3年 4月 2 0日上午 8时 0 2分 ， 四川省雅安 市芦山县( 北纬 3 0 2 6 3度 ， 东经 1 0 2 9 8 3度 ) 发生 了 7 0级强烈地震 ， 震源深度 1 3 k m， 属浅源地震 ； 震中 烈度为度 ； 受灾面积 1 8 6 8 2 k m ； 受灾人 口3 0 9 0 3 万人 ； 造成 了大量 的人员伤亡 和财产损失。灾 区房 屋建筑类型主要分为 5类 ， 即： 框架结构 、 砖混结构、 砖木结构 、 土木结构和木结构 ， 其中框架结构包括钢 筋混凝土框架结构 ( 含底框架结构 ) 和框架剪力墙 结构。在此次地震 中 ， 后二者表现 良好 ， 震 害较轻 ， 但在灾 区各类结构 中所 占比例相对较少 ， 而框架剪 力墙结构就更为少见 ， 只是在县城区有少量新建或 在建房屋 ， 在本次地震中基本未见破坏， 故本文未对 其进行描 述。钢 筋混凝 土框 架结构 ( 含底框 架结 构) 总体震 害也较轻 ， 主要 表现为围护构件和附属 构件的破坏 ， 随着烈度增加 ， 个别钢筋混凝土框架结 构也出现了梁 、 柱等结构构件 的破坏现象。烈度为 、 度时， 钢筋混凝 土框 架结构主要 表现为填充 墙 、 女儿墙 的震损破坏 ， 如开裂 、 破损。芦山县作为 此次地震的宏观震 中， 其县城 区的地震烈 度达到 了 度 ， 建筑物的破坏形式 比较典型， 故本文选取该县 城区的钢筋混凝土框架结构所表现出的震害进行分 析研究。这对查明此次地震 中该结构类型震 害的破 坏机理会有所帮助， 故本文作者结合震害调查资料 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 8 -09 作者简介 ： 赵晶( 1 9 8 1一) ， 女 ， 河 北唐 山人 ， 博 士 ， 工程 师 ， 主要 从 事地震应急 、 救助技术和装备的研 究与开发， 以及地震灾害现场考察 和震灾评估等工作。 基金项 目： 国家科技支撑计划专题项 目( WF S D一1 00 3 ) E m a i l ： 2 4 3 2 51 2 2 3 7 q q C O n l 对其进行分析总结 ， 希望能得到一些有益的启示 ， 供 工程技术人员在今后 的结构抗震设 计与施工 中参 考 。 1 各楼层的震害分布 芦 山县初级 中学男生公寓楼是汶川地震后灾后 重建工程 ， 为经过正规抗震设计的钢筋混凝土框架 结构。其结构设计及布局简洁合理 ， 施工质量合格 。 在此次地震 中结构主体没有遭到破坏 ， 外观基本完 好 ( 图 1 ) ， 主要是楼 内部分窗( 门) 问墙出现剪切裂 缝 ， 梁下墙水平裂缝和填充墙发生 x裂缝等。该楼 共 4层 ， 各楼层 的破坏程度是 由 14层逐渐减 轻 ( 图 2 ) 。1 层楼梯间的填充墙 上分布 了许 多水平裂 缝和斜剪切裂缝 ( 图 2( a ) ) ， 楼道 内分 布 了少许水 平裂缝和门角上方的斜剪切裂缝( 图2 ( b ) ) ； 2层楼 梯间的填充墙上分布了少许水平裂缝和仅在 门上墙 处 的轻微剪切裂缝 ( 图 2( c ) ) ， 楼道 内分布了少许 轻微水平裂缝( 图 2 ( d ) ) ； 3层楼梯间的填充墙上分 布了少许水平裂缝 ( 图 2 ( e ) ) ， 楼道 内未发现裂缝 ， 仅有轻微的墙皮脱落( 图 2 ( f ) ) ； 4层楼梯间只发现 墙皮抹灰轻微裂缝 ( 图 2 ( g ) ) ， 楼道 内墙皮抹灰轻 图 1 芦山县初 级中学男生公寓外观 ( 整体 ) 赵品 ， 等 ： 芦 l l J 地 震芦山县城区钢筋混凝土框架结构震 害分析 l 7 9 微脱落( 2 ( h ) ) 。值得 注意的是 ， 该楼 l层 、 2层 楼道内门外灭火器箱没有倾倒 ， 也基本上没有移位 ， 而 3层 、 4层外的灭火器箱产生 了倾倒 和移位 现 象 ， 这说明 3层和 4层在地震中的晃动 比 1 层 、 2层 厉害得多 分析其原 因， 图 3为简化后的该楼房受 ( a )l 腻楼梯恻 ( e ) 3 层楼梯 ( b 层楼道 到地震力作用时的剪力分配示意图 ， 当结构受到某 一 水平外力作用时， 虽然底部剪力最大 ， 顶部剪力为 零 ， 然而所产生的位移恰恰相反 ， 是底部最 小 、 顶部 最大。这就是该建筑物由低层到高层破坏程度越来 越轻 ， 而晃动越来越厉害的原因。 f c ) 2 联楼梯问 ( c ) 2 层楼道 m 3 层楼道 ( g ) 4 联楼梯 ( h ) 4 联楼道 图 2 芦 山县初级 中学男生公寓各楼层的震害 图 3剪力分配 示意 ( 非矢量图 ) 2 填充墙和围护构件的震害 铡筋混凝土 架结构的填充墙和围护构件的震 售 比较 I 】 显， 填允墙 的震害现象主要 为水平或竖 向 埔体币 I 1 架界面处的裂缝 ( 图 4 ( a ) ) 、 斜裂缝 ( 图 4 ( 1 ) ) ) 、 X J ! 裂缝( 图4 ( c ) ) ， 以及由于缺乏可靠 的连接 【 i 造 成 的填 充墙 与结 构主体 的 分离 ( 图 4 ( c ) ) 和 护构件 的掉落 ( 图 4 ( e ) ) ， 虽然这些部位 的破坏 f 影【 】向主体结构的 I ， 川， f H会对人员安全造 成威胁 ， 时也会造成 更大的财产损 失， 如图 4( t 1 ) 中的填充墙上部 已通透 ， 若地震震动再 长儿秒钟或 是余震来袭 ， 该 面墙很可能会倒塌 ， 从 I 给人民的生 命财产安全带来更大的损失 。 3 结构布局不合理产生的震害 钢筋混凝土框架结构布局不合理的房 多为居 民自建的临街商铺 ， 底层用于商、 I 经营 ， 其上部楼层 用于住宿休息 ， 用于商业经营的楼层 为了追求大的 空间， 基本上不没填充墙或设置较少的填充墙 ， 而一 L 部用于住宿的楼层 又为了追求更多的房问， 大堪地 没置填充墙来进行割断， 这样就导致 了整个结构在 竖向刚度和强度上的不均匀 ， 不设填充墙或设置较 少填充墙 的底层刚度相对较小 ， 设置大量填充墙的 上部楼层刚度显著增大 ， 在底部形成了柔性层， 地震 来临时 ， 在底层就会发生屈服机制破坏( 图 5 ( a ) ) ； 另外 ， 底层临街一面， 开洞很大 ， 用于商店 的门或窗 户， 而在背街的那一面墙开洞很小 ， 这也导致 了房子 的强度一边 强 、 一边 弱 ， “ 太偏心”， 地震来时 ， 房屋 就会发生扭转倾倒破坏 ， 底框架结构发生这类破坏 的情况最为常见( 图 5 ( h ) ) 。 1 8 0 四川建筑科学研究 第 4 0卷 ( d ) 图4 填充墙和围护构件的震害 ( a )底层未设填充墙的框架结构轻微破坏 ( b )临街 自建底框架结构底层发生扭转破土 1 图 5 结构 竖向刚度强度不均匀产生的震害 4梁和柱的震 害 本次地震 中框架梁和柱表现得都 比较好 ， 震害 比较轻， 梁基本没有破坏 ， 最严重的也就是在梁两端 附近有很细微的裂缝 ， 基本上 u 丁 以忽略。样子的破 坏程度 比梁要严重些 ， 因为在梁与柱 的 点处柱端 的内力 比较大 ， 在弯矩 、 剪 力和压力的联合作用下 ， 柱顶 的周围出现了水平裂缝 、 斜裂缝 ( 图 6 ( a ) ) ， 严 重时混凝土被压碎或剥落 ， 纵筋屈服成塑性铰破坏 ( 图 6 ( b ) ) ， 这种破坏形式属延性破坏 ， 可 以吸收较 大的地震能量 。柱底未发现破坏。 图 6 柱顶 的震 害现 象 赵晶， 等 ： 芦山地震芦山县城区钢筋混凝土框架结构震害分析 1 8 l 5结论与建议 1 ) 钢筋混凝土框架结 构建筑物 的破坏程 度 由 低层到高层逐渐减轻 ， 而摆动感越来越强烈 ， 因此在 结构抗震设计与施工时 ， 要保证框架梁和柱的尺寸、 配筋等应从高层到低层逐渐加大 ， 且上部各层宜尽 可能使用轻型高强度材料 ， 以减轻地震 中建筑物 自 重对其 自身的破坏作用。 2 ) 要保证非结构构件 与主体结构之 间的可靠 连接 ， 若二者问没有连接或是连接程度不够 ， 围护构 件或填充墙等就有可能与主体结构分离甚至脱落， 这会对已经逃 出建筑物的人们造成二次伤害， 因此 ， 在结构抗震设计 、 施工 中， 必须严格控制非结构构件 与结构主体间搭接筋的规格 、 型号 、 尺寸与搭接长度 等 ， 保证有效连接 。 3 ) 对 钢筋混 凝土底 框 结构 ， 建议 今后 不再 使 用。因它严重违背了结构抗震设计 的基本原则。 4 ) 要严格控制施工质 量 ， 加 大政府监管力 度 ， 严防偷工减料 和不规则操作 ， 实际震例表明， 只要是 严格按照规范设计并保证 了施工质量 ， 钢筋混凝土 框架结构是能够达到“ 小震 不坏 ， 中震可修 ， 大震不 倒” 的设防 目标的。 5 ) 灾区的框架结构建筑物大部分处于“ 震后可 修” 的范围， 结构震后修 复和加 固应 从整体角度 出 发决定修复方案 ， 并考虑各种修复方案的优缺点 ， 重 视结构整体和构件 的相互 关系 ， 避免修 复后 出现结 构刚度不均和非结构构件与主体结构之问连接不可 靠等不利现象。 参 考 文 献 ： 1 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 O建筑抗震设计规 范 s 2 龙驭球， 包世华， 袁驷 结构力学 I ： 基本教程 M 3版 北 京 ： 高等教育出版社 ， 2 0 1 2 3 孙治国 ， 王东升 ， 等 汶川 地震钢筋 混凝 土框架 震害及 震后 修 复建议 J 自然灾害学报 ， 2 0 1 0， 1 9 ( 4 ) ： 1 1 4 1 2 3 4 李建 亮 ， 赵晶 ， 等 ， 关 于芦 山 7 0级强 烈地震 烈度 图的思 考 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 1 4， 4 0 ( 4 ) 5 王亚用 汶川地震建 筑物震 害启示抗震概 念设计 J 建 筑结构学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 4 )： 2 0 - 2 5 6 卢滔 ， 薄景山 ， 等 汶 川地震I L ) l 县城建 筑物震 害分析 J 地震工程与工程振动 ， 2 0 1 0 ， 3 0( 6 )： 1 9 - 2 3 7 范悦 ， 周 博 汶川 地震震 害考 察 与震 害研究 体系 化思 考 J 大连理工大学学报 ， 2 0 0 9， 4 9 ( 5 ) ： 6 8 0 - 6 8 6