浅析钢筋混凝土框架结构建筑的震害及其措施研究

王昌丽 杜清雅

【摘要】地震的发生无法预先预料，一旦发生将会给社会带来严重的危害；笔者参照相关资料，对发生地震灾害地区的房屋的钢筋混凝土框架结构进行了分析，阐述了发生地震之后的房屋钢筋混凝土框架结构的具体情况，并在此基础上提出了提高房屋钢筋混凝土框架结构的加固措施，从抗震对策的角度上制定了有效的措施，以此将钢筋混凝土框架结构的抗震性能全面提高。

【关键词】 钢筋混凝土框架结构；地震；加固

一、多高层钢筋混凝土建筑的主要震害特征

1、結构布置不合理引起的震害

1）结构平面不对称造成的震害

结构平面不对称有两种情况，一是结构平面形状的不对称，如L形、Z形平面等；二是结构的平面形状对称但结构的刚度分布不对称，这往往是楼梯间或抗震墙布置不对称造成[1]。

2）防震缝宽度不足产生的震害

一些高层建筑由于预留的防震缝宽度不足，出现了房屋相互碰撞而引起损坏的现象。

2、框架结构的震害

框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引起，一般规律是：柱的震害重于梁，角柱的震害重于下端。因此，可以归纳为框架柱和节点的破坏，其主要形式如下：

1）框架柱

框架柱结构的震害主要有弯曲破坏、剪切破坏和压弯破坏。弯曲破坏主要表现为上下柱端出现水平裂缝和斜裂缝（也有交叉裂缝），混凝土局部压碎，柱端形成塑性铰。严重混凝土剥落，箍筋外鼓崩断，柱筋屈曲。剪切破坏表现为柱子在往复水平地震剪力作用下，出现斜裂缝或交叉裂缝，裂缝宽度比较大，箍筋屈服崩断，以修难复，属于脆性破坏。压弯破坏表现为柱子在轴力和变号弯矩作用下，混凝土压碎剥落，主筋压曲成灯笼状。柱子轴压比过大，主筋不足，箍筋过稀等都会导致这种破坏。破坏大多出现在梁底与柱顶交接处。这是一种脆性破坏，较难修复[2]。需要注意的是，箍筋在施工时由于端部接口处弯曲角度不足，使箍筋端部接口仅锚固在柱混凝土保护层中，在地震的反复作用下，混凝土保护层剥落、箍筋迸开失效，使柱混凝土和纵向钢筋得不到约束，从而导致柱子破坏。

从破坏的位置分析则主要有角柱破坏、短柱破坏和柱牛腿破坏。角柱破坏是由于双向受弯、受剪。加上扭转作用，震害比内柱严重。有的上、下柱身错动，钢筋由柱内拔出。短柱破坏是当柱高小于4倍柱截面高度（H/hc≤4）时，形成短柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。柱牛腿破坏则是牛腿外侧混凝土压碎，预埋件拔出，柱边混凝土拉裂，其主要原因是由水平力引起的。

2）梁柱节点

节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋太少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起的。节点核心区产生的对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落，接点内箍筋很少或没有放箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。梁筋锚固破坏是梁纵向钢筋锚固长度不足，从节点内被拔出，将混凝土拉裂。装配式框架构件连接处容易发生脆性断裂，特别是用坡口焊接钢筋处容易拉断，预制构件接缝处后浇混凝土开裂或散落。

二、震害原因分析

1、设计方面的原因

结构选型不合理，出现平、立面不规则的结构布置；未按强柱弱梁的抗震概念进行设计，柱子断面小、材料强度低、层刚度弱、实际轴压比超限；施工混凝土强度低，往往形成薄弱层，大震下弹塑性变形过大，形成层间屈服机制，从而造成框架柱压溃、折断、倾斜及节点破坏等，或造成整幢房屋或房屋底层的压扁、倾斜、平移等整体破坏。

规范中对填充墙的竖向布置并无量化的规定，导致结构设计人员无章可循。即使在汶川地震后的建筑抗震设计规范局部修订版中，也仅提出了如下要求“框架结构的围护墙和隔墙，应考虑其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。”虽然作为新增的强制性条文列入规范，但设计人员在执行过程中仍存在很大的主观性。

2、施工方面的原因

施工单位偷工减料，施工方法不当，浇注混凝土强度不足，梁柱配筋不足。特别是框架柱子的混凝土强度及配筋不足，实际轴压比往往超限，柱抗弯、抗剪、抗拔能力差，是造成整幢房屋倾倒、倾斜、压扁及柱子折断、压溃的重要原因。柱箍筋弯钩不是135度，大部分为90度，箍筋锚固差，加上无加密区等，对柱子混凝土约束很差，造成柱子压屈、压溃、剪切破坏等。柱局部抗压抗剪十分薄弱，大震下局部柱压溃或折断，造成整幢房屋倾倒或倾斜。

三、从建筑结构减轻地震灾害

1、隔震技术在建筑结构中的应用。

隔震技术是国际上热门的工程抗震新技术。它通过把隔震消能装置（如橡胶隔震垫）安放在结构物底部和基础（或底部柱顶）之间，把上部结构和基础“隔开”。这样，改变了结构的动力特性和动力作用，明显地减轻结构物的地震反应，达到“以柔克刚”的效果。国内外大量的试验和工程实践证明，隔震体系一般可使结构水平地震加速度反应下降60%左右，从而消除或有效减轻结构的地震损坏，提高建筑物及其内部人员的安全性。隔震体系具有很大的垂直承载力（50T～2000T）及很大的垂直压缩刚度，而其水平变形刚度较小（0.25kN/mm～1.8kN/mm），水平极限变位值较大（10～50cm），它具有足够大的初始刚度，以抵抗风荷载和轻微地震，当强地震发生时，又能自由柔性滑动，而变形过大时，刚度回升，具有保护和限位作用，钢板夹层橡胶隔震垫具有较大的复位能力，在多次地震中自动瞬时复位。

2、建筑结构消能减震技术的应用。

结构消能减震技术的方法是指在结构的某些部位（如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件等）设置消能阻尼装置或元件，通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖向地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，以达到减震抗震的目的。如油、金属等，制成减震阻尼器，附加到建筑上。而阻尼能够将地震的动能转化为热能，消耗地震的能量，减小地震对建筑的影响。 这种方法主要用于高层或超高层建筑。

3、合理的建筑设计，也可提高建筑结构的安全可靠性其实从建筑设计的角度出发，在正确的抗震理论指导下，依据合理的设计原则，同样可以提高甚至保证建筑结构的安全可靠性。这些原则包括结构构件应具备足够大的承载能力；结构应具有足够大的刚度以减小地震作用下的扭转和位移；结构应具有足够大的延性和耗能能力，这一点对结构在强震作用下的安全性尤为重要。延性是指构件和结构屈服后，具有承载力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能。延性大，说明塑性变形能力大，强度或承载力的降低缓慢，从而有足够大的能力吸收和耗散地震能量，避免结构倒塌。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准，GB 50011-2010，抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]冯远，克艰，宜丰.汶川地震灾害引发建筑结构设计者的思考[J].建筑结构，2008，38（7）：25-27. 许凯明工程师，1976.11