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汶川大地震災害引發建筑結構設計者的思考

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]



    特邀專家簡介：馮遠，中國建筑西南設計研究院有限公司總工程師，中國土木工程學會空間結構委員會副主任委員，全國工程建設標準設計專家委員會委員，建設部專家，中國鋼結構協會專家。
    馮遠：各位專家、各位同行大家好，我今天發言的題目是汶川地震引發建筑結構設計者的思考。汶川地震震驚世界，我們將永遠銘記這一刻，我是來自地震區的結構設計工作者，親歷了這次大地震，地震發生以后，我們院立即組織技術人員到災區進行進行建筑物各震害考察，由此引發了我們對現有的建筑結構設計、施工管理的一些思考，這些思考還不夠深入，借今天大會的機會談談一些粗略的認識供大家參考。
    第一，現行設計能實現強柱弱梁嗎？這個是一個六層的框架結構，上面是完好的，主要的破壞是在柱，上下都出現了破壞，我們可以看到，這個這個混凝土已經破碎，但是梁非常的好，從這個五層的建筑來看，他發生了明顯的側移，他也是柱端的破壞，這個也是出現了明顯的側移，這也是一個柱出現破壞的情況，可以看到這個柱子的中心已經嚴重的壓曲。從大量的圖片我們可以看到，都是出現了強梁弱柱的情況，沒有看見我們所希望的強柱弱梁的現象，因此我們建議，第一所有的框架梁祝的節點都應該按照實際的承載的彎矩和柱的比例，并且考慮現澆板、梁雙筋、設計配筋的影響，考慮豎向地震影響，加強柱軸壓比的控制，提高底層框架柱的抗彎抗剪的能力，提高抗剪能力，建議框架柱加密區箍筋采用螺旋或焊接封閉箍，限用單拉鉤。
    第二，如何考慮框架、框剪結構中填充墻對整體結構的剛度貢獻，這是底層的破壞情況，大家可以看到，破壞的非常慘烈，柱子已經完成斷了，這也是同樣的，上部也是一個框架結構，上面是有一個密集的空心磚的砌體，而且是一個粗礦的大開間，這是底部的一個破壞情況。這個是一個斜的樓，從背后可以看到，這個同樣的底部是一個車庫，這樣就使這里成為一個薄弱層，這個樓的上部是六十平米的小戶型，由此可見，他上面的墻非常密集，底部幾乎沒有墻體，所以可以看到，上面的墻體幾乎是完好的，沒有什么裂縫。由此可以看到，填充隔墻布置不當引起框架結構的嚴重破壞，目前規范和現有計算手段無法量化分析填充隔墻對結構剛度的影響，尤其對于當隔墻不織布軍運所造成的對整體結構的上下剛度、水平剛度不均勻性缺乏定量計算。這是一個非常重要的問題，我們必須陳陣考慮，否則在今后的地震中類似的悲劇還會發生。
    第三，怎樣合理設計框架，框剪結構中的填充墻。怎么樣選擇材料和怎么樣考慮構造呢，我們首先看看填充墻有利的一面，這個整個結構是比較好的，應該說沒有什么損，所以這個隔墻保全了我們的結構，這是有利的一面，再看看不利的一面，我們可以看到，這個隔墻引起了結構構件的損壞，這是在我們的實際生活中比比皆是的情況，由于隔墻的設置導致了破壞，這是一個非常有意思的例子，這是一個大學里面的學生公寓，他們修了十六個樓，前八個樓是這樣的情況，后面的樓是這樣的情況，這兩個樓有什么區別呢，我們可以看見，這個屋子是一個活動室，上面的圖片是四角設置了八個主子，而后面的樓是把這些柱子取消了。我們剛才看見了隔墻，填充隔墻對我們結構構件的破壞，再看看他自身的破壞，這是一個外墻的情況，這個是典型的剪形破壞，這些照片都是他的破壞形態，這次的填充墻的破壞非常的嚴重，這些破壞都會造成人員的傷亡，這是地下的瓦礫，都是上面掉下來的，這些會砸死多少人。這是樓梯間的情況，我們很注意他的隔墻的安全性，從圖片上可以看到，這個瓦礫已經把樓梯間堵塞，這個破壞非常的嚴重，如果所有的逃生的人從這里通過的時候，那這個隔墻的倒塌就使這些人房子不把他砸死，也會被隔墻傷害。所以我們特別要注意，今后設計中一定要注意，作為樓梯間的隔墻的設計，我們建議，樓梯間的隔墻最好，有條件做混凝土否則的話，應該做全場的鋼筋拉通，并且做鋼筋網的四面。我們小節一下，填充墻的連接如果按照有利的考慮，有耗能的作用，不利是剛度參與整體工作不明確，對結構構件造成破壞，對自身也造成破壞。輕質強板也許是高層、超高層建筑的選擇，重視作為重要逃生通道的隔墻圍墻穩定性。
    第四，建議提高豎向構建的最低配筋水準，現在市場經濟中，房地產商的項目都有一個在合同中簽署的最低配筋率，這樣就不得不要求我們設計院在設計的過程中，追求最低含鋼率，否則我們的市場準入就有困難，生存也有困難，由于我們要最小最低的含鋼率，導致很多的建筑僅僅是滿足最低標準，我們想象一下各項最低標準的疊加就導致安全度低，并且加上我們現在施工是低價競標，這樣的建筑物就會出現能力不足的可能性，所以我們建議規范提高最小配筋標準，以能保證設防區的結構有一定的安全度。但是我們看見，這個柱子的箍筋為什么出現這樣的情況，這個底下有一個拉鉤，這個柱子的外面可能會減小，這個圖可以看到，這個箍筋被拉出來了，這兩個面可以看到，這個鋼筋是梁的鋼筋，是一個施工的錯誤，本來梁的鋼筋是應該放在柱子里面，但是現在施工的錯誤導致放在梁的外面，我們看到梁是很完好的，正好限制了柱子的外部，再看這個圖，這個箍筋是很強的，而且這個箍筋里面還設置了一道，但是他太細了。我們也可以看到，如果我們的箍筋再強一點，是不是我們的節點會更強一點。成都這次結構的損害不是很嚴重，主要的損害是隔墻上，大量的隔墻出現了破壞，這個給修補帶來很大的難度，現在成都的市容市貌也不允許大面積的搭架子修復外墻，這就給我們帶來了一個問題。
    第六，加強框架結構的強度和延性，這個圖是一個學校的，兩層的框架結構的破壞嚴重比三層的磚混還要嚴重，這是兩層的框架結構，里面是一個保齡球館，可以看到柱子的損害很嚴重，樓梯的損害也很嚴重，這是一個三層的再建的框架結構，里面也出現了很多的柱子的破壞，這是空曠的框架結構，這個損害的也很嚴重。所以我們感覺要加強框架結構的強度和延性，建議要設置支撐等一些措施。
    第七，設計規范中缺少中震大震的量化計算，對于中震可修、大震不倒的設防目標，設計中缺少量化分析，對狀態目標不清楚，震害顯示豎向構件強度水準和延性水準不夠。加強性能化設計。
    第八，樓梯破壞，這次的樓梯破壞很嚴重，很多的專家也看到了，很多的樓梯斷成了幾截，主要是出現在框架結構，在磚混結構中的樓梯破壞是不太多的。我們分析樓梯的破壞主要是充當了支撐的角色，承受了很大的拉壓力，使這些樓梯全部拉斷。這是一個樓梯的很嚴重的破壞情況，這個梯梁已經下移了，不僅自身破壞了，而且導致了中間的整個損害，所以這個平臺板都耷拉下來了。
    第九，用戶二次裝修造成了結構抗震能力降低，用戶裝修的時候使承重墻體改變，導致了抗震能力的降低，我們可以看看，這是兩個一模一樣的樓，左邊這個是完好的，右邊是有局部的坍塌和整體的坍塌，我們各自取了一個相同的單元做比較，左邊完好的我們可以看到，承重墻沒有改變，而右邊的這個二層下面是一個大的洞，相鄰的一模一樣的兩個單元，左邊的可以看到，所有的門頭都是連續的，沒有改變，我們從這里可以看到，我們的重墻則完全拆除了，我們看到這個是二層破壞很嚴重，而不是一層，就是因為二層的裝修，他拆除更改了了承重墻，這個可以看到，重墻的拆除是很普遍的，這個樓是下面塌了一層樓，最初的原貌是這樣，可以看到，超過60%的人家都是把這個重墻拆除了，只剩下里面的一個重墻，這樣的房子能夠抵抗震力嗎？現在住房私有化以后，大家都要進行裝修，這個不能怪大家，他們不知道裝修會造成抗震能力的減弱我們的政府有責任對他們進行樹立這樣的意識，而且應該對裝修進行監管。
    第十，抗震縫的問題。
    十一，建筑材料、施工管理的問題，上午已經講了，這里不說了。
    這個我們不得不提一下五十年代的房子，這個樓板是很小的板，沒有構造柱也沒有圈梁，但是他也沒有一條裂縫，這個就是施工質量好，這個里面的人告訴我們，他在里面很安全，周圍的樓壞的一塌糊涂，所以施工質量好也是很重要的。
    十二，農民自建房的抗震問題，這個房子的沒有構造柱的，農民的建房這次地震中大量的倒塌，是因為農民的房子都是自己和親戚們一起完成的，所以我們應該對農村建筑進行標準化的工作，對農村建筑進行監管，政府要加強監管力度，并且對農民進行抗震意識的教育。這樣他們在建房的時候，才能重視抗震。
    十三，我們院設置了構造柱和圈梁的教學樓屹立在強震區，地震的時候整個樓隨著地坪上升了兩米，后來又慢慢的下來了，但是我們這個樓最大的裂縫只有這么大，現在完全可以正常使用。可以看見，這個樓有一點損害，這個樓不僅是抬高，而且是平移，整個的地坪往這邊已經錯進去了，在整個斷裂帶的中部，還發生了一個擠壓。
    十四，抗震墻連梁的破壞。
    十五，設計不當造成柱的破壞，這是一個大學的教學樓，這個樓是由于前面一個小小的附屬物，導致了兩根柱子的破壞，其它都是完好的，這個附屬物緊貼在柱子上，使這個柱成為了短柱，造成了這么嚴重的損害，我們的設計往往只注意重大的結構問題，而往往忽略了小的方面，所以提醒我們，任何小的問題都不能放松。
    這也是一個非常典型的例子，這個部位的兩邊樓板不在一個標高，這也是，這么的的梁配這么小的柱，這個柱當然會被破壞了。
    十六，重視角柱，加腋梁柱的抗震設計。
    十七，豎向地震不容忽視，我是親歷了這次的地震，首先感到的是豎向的振動，然后才是橫向的振動，從災害的現象來看也有豎向的振動，我們可以看到，底下沒有出現什么問題，但是到了頂層就看到一個水平的裂縫，這就是豎向的振動，這是幾個豎向地震的震害情況。
    十八，重視突出屋面構件的抗震設計，我們可以看到，這是漢旺鎮的，這些附屬物的倒塌是造成了非常大的危害，這是著名的道教圣地，青城山的山巒，本來也四個小塔，現在只有兩個了，這是江油的廣播電視中心，這是上面的一個鐵塔，這個鐵塔本身地震的時候沒有什么問題，但是支撐他的這個柱，就是底層有四根柱子支撐這個塔，這個柱子出現了問題，由此可見，這些突出屋面的邊角效應是非常嚴重的。
    十九，底框結果的震害，我們可以看這些圖。
    二十，磚混結構的震害，這個樓一共有十二個單元，我們也可以看到地震的方向性問題，這個是一戶人家的震害，門不用開，我們就鉆進來了，還是蠻危險的，你可以看，這是混墻的破壞，也是一個非常典型的剪切體的破壞。這個人家是斜字的裂縫，他的縱橫墻都有破壞，而且破壞的很嚴重。這是一個教學樓，是一個八字型的樓，這個樓的裂縫很有意思，左邊的樓發生的剪切破壞形態，右邊的橫向發生了剪切破壞，所以我們感覺地震的方向性在這里是有體現的，這是江油一個學校的宿舍，這個表面沒有什么問題，我們可以看到，外墻基本沒有了，都是窗戶，承重的只有里面的兩個墻，所以都發生了剪切破壞。這個也是我們剛才說的二次裝修引起的損害。這是一個別墅，在這個區里面，他修了十棟這樣的別墅，只有這個破壞最嚴重，他對面不到五米的別墅基本是完好的，這個別墅的內墻基本破壞了，外面也是的，整個地基也有下沉，他的左鄰右舍都沒有什么問題，只有這個樓損害很嚴重，這個也是剛才大家已經看見過的單元，這個樓有局部的坍塌，我們認為局部的坍塌是導致了連續的坍塌。這個樓是一個教學樓，這個樓我們可以看到地震的方向性問題。
    二十一，圈梁、構造柱在磚混結構中的作用。這一個小小的圈梁可以把樓板支撐住，讓大家逃生，這個樓里面可以看到，沒有構造柱，就這個圈梁使他沒有坍塌。
    二十二，設備管線削弱墻體，這個墻壁由于密集設置的管線導致了墻壁的削弱，尤其樓梯間的管線導致了墻體的坍塌，所以這個在我們以后的設計應該要重視這一點。
    二十三、弧形墻的震害。
    二十四，外之裝飾的脫落、圍墻的倒塌，我想介紹一下這個圖片，這是一個大學的圖書館的構架，整個大學只死了一位同學，就是被這個構架砸死的。這是一個賓館的圍墻，這個路里面有一個小區。可以想象每天從這里走有多么的危險。
    二十五，大震后應將各震區的PGA值盡早的公布。
    二十六，合理制訂城市設防標準。現在我們老百姓買房子法國知情權，他不知道他的房子投入中的比例有多少是用在房屋結構的，他買房子只看宣傳資料，并不知道這個房屋到底性能是怎么樣的。
    我們可以看到，我們到江油去，那是一個很小的城市，我們到他們家去，可以看到他們家裝修的很漂亮，但是他們損害的很嚴重，現在我們了解到，很多人家的裝修費用和購房的費用差不多，我們的老百姓很熱愛生活，他們不知道應該把自己的錢投到哪里，他們不知道寶馬和夏利的區別，我們有責任，應該給他們提供高品質的結構，我們提議要提高我們的抗震設防標準，這也是一個江油的房子，建筑非常的怪，所以破壞也很嚴重，這種豪華的裝修所占的費用是非常大的。
    最后我們介紹這個人家，他們告訴我們，他們家的裝修費和他們買房子的費用是一樣的，但是這個房子是整個不能用了，所以由此可見是多么可惜。
    最后我們介紹一下我們在災區設計的建筑震害的情況，我們整個樓只掉了兩塊面磚，這個應該是施工的問題，這是德陽體育館，災后做了一個避難所。
    老百姓無條件的把生命交給了建設者，我們任重道遠。謝謝。


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