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摘要：汶川地震的發(fā)生是對我國自1978年第一部建筑抗震設(shè)計規(guī)范頒布以來，也是對按各階段建筑抗震規(guī)范設(shè)計的建筑物抗震能力的檢驗。通過震害調(diào)查分析目前我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范存在的問題，提出應(yīng)適當提高低烈度抗震設(shè)防建筑“大震不倒”的設(shè)防水準，并考慮整體現(xiàn)澆樓板對結(jié)構(gòu)“強柱弱梁”的影響，以及在建筑抗震設(shè)計規(guī)范中宜增加建筑結(jié)構(gòu)倒塌分析及抗倒塌措施的建議。...

從汶川地震看提高建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的必要性和可行性

蘇幼坡  張玉敏  王紹杰  徐建新

(河北理工大學，河北省地震工程研究中心，河北唐山063009)

引言

    2008年5月12日汶川 8級大地震造成直接經(jīng)濟損失超過8400億元，人員傷亡和失蹤超過8萬人，房屋倒塌15578萬㎡；這是繼l976年7月28日造成直接經(jīng)濟損失l20多億元，死亡24．2469萬人，房屋倒塌6384萬m²的唐山7．8級大地震，32年后的又一次令世人觸目驚心的巨大地震災(zāi)害。這兩次地震造成如此巨大損失的原因之一，是由于它們都發(fā)生在低烈度設(shè)防區(qū)，人們?nèi)狈Ψ勒鹨庾R，災(zāi)區(qū)大量的農(nóng)村住宅和城鎮(zhèn)20世紀80年代以前的房屋均沒考慮抗震設(shè)防，根本經(jīng)不起如此大的地震。

    我國第一部正式實施的建筑抗震設(shè)計規(guī)范是1978年頒布的《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(TJ11-78)，1989年經(jīng)修訂后改名為《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ ll—89)，2001年修訂頒布了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB5001l-2001)，由此可見我國在建筑設(shè)計中正式考慮抗震問題是從1976年唐山大地震后開始的。由于l978年以后我國大陸除汶川地震外，經(jīng)過抗震設(shè)防的城鎮(zhèn)沒遭遇過9度及以上的地震烈度，汶川地震前經(jīng)過抗震設(shè)防的建筑沒有經(jīng)歷過大地震的考驗，通過對汶川地震中建筑震害的調(diào)查分析，可以為我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范的修訂提供經(jīng)驗及教訓。

一、提高低烈度抗震設(shè)防建筑“大震不倒”的設(shè)防水準

    我國抗震設(shè)計規(guī)范的設(shè)防目標是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，“小震”大致相當于設(shè)防烈度減1．5度，“大震”大致相當于設(shè)防烈度加l度。汶川地震后建筑震害調(diào)查表明，經(jīng)過抗震設(shè)防、特別是在1990年以后設(shè)計建造的建筑表現(xiàn)良好，即使在極震區(qū)實際烈度高出設(shè)防烈度3～4度的情況下，大多數(shù)建筑受到中等至嚴重破壞，但不倒塌，實現(xiàn)了“大震不倒”的設(shè)防目標。表1是1952年以來發(fā)生在我國大陸地區(qū)造成死亡人數(shù)超過千人的地震災(zāi)害的震中烈度統(tǒng)計，其共同特點是，震中實際烈度遠遠超過當?shù)氐脑O(shè)防烈度3度及以上，說明在6～7度低烈度設(shè)防區(qū)發(fā)生“巨震”(高于設(shè)防烈度2度以上)的危險眭確實存在。

表1 1952年以來中國大陸死亡千人以上的震中烈度統(tǒng)計

    表2是唐山地震時不同烈度區(qū)中多層磚房的震害統(tǒng)計。此數(shù)據(jù)是基于對唐山地區(qū)2285幢沒有經(jīng)過抗震設(shè)防的多層磚房的震害調(diào)查得出的。從表2可見，在10度、ll度區(qū)中仍有32％和l8．2％多層磚房  沒倒塌；9度區(qū)中只有25．1％的房屋倒塌；小于9度未見多層磚房倒塌。雖然汶川地震剛過去6個月，還未  見不同烈度下房屋震害的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但據(jù)文獻對7度設(shè)防實際烈度9度的都江堰市20世紀80年代經(jīng)正規(guī)設(shè)計的建筑，但未考慮或未完善考慮抗震要求的磚混房屋震害調(diào)查，多層磚房的倒塌率為5％。

    上述震害調(diào)查說明，經(jīng)過正規(guī)設(shè)計及建造的建筑，即使不考慮抗震設(shè)防，也可經(jīng)歷8度地震作用而不倒塌；對于低烈度區(qū)遵循建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求，經(jīng)過正規(guī)設(shè)計及建造的建筑，完全可以達到9度不倒。

表2唐山地區(qū)不同烈度區(qū)中多層磚房的震害

    由于目前的科學技術(shù)水平還不可能解決地震短臨震預報的問題；作為地震中長期預報的重要形式同時作為我國工程抗震設(shè)防的主要依據(jù)的地震動參數(shù)區(qū)劃圖，也存在相當大的不確定性；抗震設(shè)防目標中的“大震不倒”采用統(tǒng)一的設(shè)防烈度加1度的設(shè)防水準；我國的6～7度低烈度抗震設(shè)防區(qū)，實際地震災(zāi)害危險性要較高烈度抗震設(shè)防區(qū)高，這從50多年來我國地震災(zāi)害的實際狀況不難看出。所以應(yīng)適當提高6、7度區(qū)的“大震不倒”的設(shè)防水準，參考唐山、汶川地震的震害經(jīng)驗，提高到“9度不倒”是可行的。

    實現(xiàn)低烈度區(qū)9度不倒可以通過增強建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施實現(xiàn)，例如對于砌體房屋可通過增加構(gòu)造柱、圈梁的數(shù)量，限制局部構(gòu)造尺寸等措施實現(xiàn)；對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以通過增加結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的延性、連續(xù)性和冗余度，達到提高結(jié)構(gòu)的整體牢固性來實現(xiàn)。

二、整體現(xiàn)澆樓板對結(jié)構(gòu)“強柱弱梁”的影響

    “強柱弱梁”是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)“大震不倒”的重要結(jié)構(gòu)措施之一，規(guī)范[2]定義“強柱弱梁”是指，節(jié)點左右梁端截面順時針或反時針方向組合的彎矩設(shè)計值之和∑Mb與節(jié)點上下柱端截面順時針或反時針方向組合的彎矩設(shè)計值之和∑Mc之間滿足不等式

    ∑M。≥ηc∑Mb   

    一級框架結(jié)構(gòu)及9度時尚應(yīng)符合

∑Mc≥l．2∑Mbua

    式中：ηc為柱端彎矩增大系數(shù)，一級取l．4，二級取1．2，三級取l．1。

    根據(jù)設(shè)防烈度和建筑高度來確定結(jié)構(gòu)的抗震等級，對于框架結(jié)構(gòu)，高度小于30m時，烈度為6、7、8度，其抗震等級為四、三、二級。汶川地區(qū)設(shè)防烈度為7度，所以其一般框架結(jié)構(gòu)為三級結(jié)構(gòu)，ηc=1．1。對于整體現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu)，框架梁實際為T形截面梁，當板內(nèi)的鋼筋位于梁的受拉區(qū)時會顯著增加梁的抗彎承載力，同時由于鋼筋屈服后會出現(xiàn)超強，也使梁的承載力提高。

    地震時框架柱處于復雜的雙向受力狀態(tài)，在雙向地震力作用下，柱承載力退化顯著。

    為保證柱有一定的延性，對柱的軸壓比規(guī)定了上限，三級框架為0．9。結(jié)構(gòu)設(shè)計時一般根據(jù)軸壓比確定柱的截面尺寸，所以汶川地區(qū)的框架柱普遍截面尺寸較小。

    上述因素造成按照“強柱弱梁”原則設(shè)計的結(jié)構(gòu)，在地震中實際成為“強梁弱柱”結(jié)構(gòu)。汶川地震中，鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板框架結(jié)構(gòu)大量出現(xiàn)的是柱鉸機制而不是梁鉸機制，其原因就在于此。圖1為漩口中學主教學樓未完全倒塌的側(cè)樓底層破壞情況，塑性鉸均出現(xiàn)在框架柱柱頂，而梁與樓板共同工作，沒有任何損壞，可是結(jié)構(gòu)已接近倒塌。圖2是一預制裝配樓板框架結(jié)構(gòu)，塑性鉸均位于梁內(nèi)，結(jié)構(gòu)破壞嚴重，但沒發(fā)生倒塌。

 

圖1  現(xiàn)澆樓板框架結(jié)構(gòu)柱鉸機制破壞

 

圖2預制樓板框架結(jié)構(gòu)梁鉸機制破壞

    為驗證現(xiàn)澆樓板對“強柱弱梁”的影響，本文取與文獻相同，如圖3所示質(zhì)量、剛度分布皆均勻、規(guī)則的3跨×2跨6層，首層層高4．5 m，其余各層3．6 m，三維框架分析模型。該框架設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度0。2 9，抗震等級為二級，Ⅱ類場地�？蚣芰�、柱截面尺寸如圖3所示。梁柱板混凝土強度等級為C30，縱筋為HRB335，板厚100 mm。樓面恒載、活載標準值分別為4．0 kN／m²、2．0 kN／m²；屋面恒載、活載標準值分別為4．5 kN／m²、2．0 kN／m²；樓面框架梁上施加9 kN／m的均布荷載，屋面層外圍框架梁上施加3 kN／m的均布荷載。框架分析及配筋計算采用PKPM系列SATWE軟件(2006年版)，計算時將框架梁抗彎剛度乘2．0的放大系數(shù)；計算結(jié)構(gòu)配筋后，手工進行考慮板影響的8軸x方向的節(jié)點“強柱弱梁”驗算。梁翼緣計算寬度按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010--2002)第7．2．3款規(guī)定，取梁寬加l2倍板厚為1500 mm。表3是節(jié)點考慮和不考慮板影響的柱端彎矩與梁端彎矩比值∑Mc／∑Mb的計算結(jié)果比較。從表3可見，考慮現(xiàn)澆板內(nèi)鋼筋對梁端抗彎承載力的貢獻后，所有節(jié)點均不滿足“強柱弱梁”的要求，其中對中柱影響最大。如果再考慮梁、板內(nèi)鋼筋屈服后的超強影響，按照現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范設(shè)計的現(xiàn)澆板鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是達不到“強柱弱梁”的設(shè)計目標的，對于此類結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮板內(nèi)縱筋的影響來進行“強柱弱梁”設(shè)計。

 

圖3空間框架平面圖

 

表3節(jié)點柱梁抗彎承載力比較

   美國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范ACl 318，基于1980年后15年的研究成果，自ACl 318--1999開始考慮現(xiàn)澆板對框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力的貢獻,ACl 318—08在21．6．2款中要求框架柱的抗彎承載力應(yīng)滿足

∑Mnc≥(6／5)∑Mnb

    ∑Mnc為節(jié)點上下柱端截面順時針或反時針方向的抗彎矩承載力之和，計算時按偏心受壓構(gòu)件考慮，取與計算方向?qū)��?yīng)側(cè)向力引起的軸力與重力荷載軸力導致最小抗彎承載力的組合設(shè)計值。

    ∑Mnb為節(jié)點左右梁端截面順時針或反時針方向組合的抗彎矩承載力之和，計算時取柱邊的梁端彎矩，對于與板整體現(xiàn)澆的T形梁，應(yīng)考慮有效受拉翼緣內(nèi)板鋼筋的作用。有效翼緣寬度bf按下述規(guī)定�。�  

    (1)小于l／4梁的跨度；

    (2)翼緣挑出長度：①對于T形梁取8倍板厚與  1／2梁凈間距的較小值；②對于L形梁取6倍板厚、l／  2梁凈問距和1／12跨度三者的較小值。

    試驗研究表明，翼緣位于受拉區(qū)的T形梁，翼緣鋼筋對梁抗彎承載力的貢獻與側(cè)向位移有關(guān)，側(cè)向位移越大貢獻越大，ACl 318-08中翼緣寬度的取值是2％層間位移確定的，在豎向荷載作用下不考慮受拉翼緣鋼筋的作用。所以，在進行框架“強柱弱  梁”驗算時，應(yīng)按圖4計算負彎矩的抗彎承載力，若板內(nèi)鋼筋As,s1,As,s2也，在柱邊處有可靠錨固，應(yīng)將其作為受拉筋計算截面的抗彎承載力。

 

圖4節(jié)點負彎矩區(qū)計算截面

三、建筑結(jié)構(gòu)倒塌分析

    通過對唐山、汶川地震的建筑震害調(diào)查和對親歷者的采訪，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的倒塌過程大體可分為兩類，一類是建筑在豎向及水平地震作用和豎向荷載共同作用下，在地面運動的過程中發(fā)生倒塌；另一類是地震過程中部分豎向承重構(gòu)件破壞，地震后由于破壞構(gòu)件上部結(jié)構(gòu)不能繼續(xù)承受豎向荷載，而發(fā)生倒塌。從倒塌的形式看可分為整體倒塌和局部破壞引起的連續(xù)倒塌兩類。例如像現(xiàn)澆樓板這類整體性強的結(jié)構(gòu)，其薄弱層全部豎向承重構(gòu)件破壞，從而整個樓層發(fā)生塌垮，而其余樓層則基本不倒塌，如圖5所示，或上部樓層也跟隨倒塌，1995年日本坂神地震中一些高層建筑也發(fā)生此類塌垮；另一類是整體性較差的結(jié)構(gòu)(例如預制裝配式樓板)，首層局部承重墻或柱破壞后，引起上部結(jié)構(gòu)發(fā)生豎向連續(xù)倒塌，如圖6所示，此類倒塌可稱為局部豎向倒塌。對于樓層塌垮，可以通過提高樓層的抗側(cè)能力，調(diào)整層問剛度，使剛度沿建筑高度的分布較均勻，避免出現(xiàn)較弱的薄弱層來避免發(fā)生樓層塌垮，對于局部豎向連續(xù)倒塌，則應(yīng)通過增加構(gòu)件的連續(xù)性和樓層的冗余度，使結(jié)構(gòu)具有抗連續(xù)倒塌的能力，避免局部破壞在結(jié)構(gòu)中擴散，規(guī)范中還缺少有關(guān)這方面的內(nèi)容。

 

圖5建筑首層倒塌

 

圖6建筑局部豎向倒塌

    圖7是一底框建筑首層柱發(fā)生破壞，而由于上部結(jié)構(gòu)的整體性和連續(xù)性較好，沒發(fā)生連續(xù)破壞。圖8是一磚混結(jié)構(gòu)，位于烈度達到11度的映秀鎮(zhèn)漩口中學，底層倒塌，但由于采用現(xiàn)澆混凝土樓蓋，盡管變形很大，沒有發(fā)生連續(xù)倒塌。

    圖9則是2008年11月23日，抗震設(shè)防為6度的廣西鳳山縣發(fā)生一起特大地質(zhì)災(zāi)害中，一座6層樓房第3層山墻被巨大的滾石破壞，上部結(jié)構(gòu)沒發(fā)生倒塌的實例。

 

圖7  建筑首層柱破壞沒發(fā)生連續(xù)倒塌

 

圖8  建筑承重墻破壞上部梁形成索機制

 

圖9建筑局部破壞沒發(fā)生連續(xù)倒塌

    研究和實踐證明，建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)抗震設(shè)防后，不但具有抗御地震作用的能力，而且還具有防止由于爆炸、撞擊等其他偶然荷載造成結(jié)構(gòu)局部破壞后發(fā)生連續(xù)倒塌的潛在能力。但是，建筑抗震設(shè)計與建筑抗倒塌設(shè)計是有一定區(qū)別的，可以在建筑抗震構(gòu)造措施中考慮抗倒塌的要求，達到基本滿足抗倒塌目的，使經(jīng)過建筑抗震設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)，同時具備抗御其他偶然荷載的能力。

四、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌措施

    自1968年5月16 Et發(fā)生在英國倫敦的Ronan Point公寓倒塌事件，引起人們對高層建筑因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導致整個結(jié)構(gòu)破壞的廣泛關(guān)注。Ronan Point公寓是22層裝配式混凝土板式建筑，由于位于18層角部的廚房內(nèi)煤氣爆炸將其外承重墻推倒，引發(fā)上部樓板墜落，墜落的樓板導致下部結(jié)構(gòu)破壞，從而使建筑的角部從上到下全部破壞。1990年后，隨著針對公共建筑炸彈恐怖襲擊事件的增多，美國開始關(guān)注如何提高民用建筑抗連續(xù)倒塌的能力，避免由于恐怖襲擊、意外事故等事件造成建筑出現(xiàn)局部破壞后，在結(jié)構(gòu)中發(fā)生連鎖破壞，最終造成遠遠超過最初局部破壞范圍的破壞；并開展了相應(yīng)的科學研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計方法，頒布了相關(guān)設(shè)計指南，在有關(guān)規(guī)范中增加了相應(yīng)內(nèi)容。

    由于地震、爆炸、撞擊和其他意外事故的不確定性，期望一般建筑結(jié)構(gòu)遭受意外的偶然荷載時，不發(fā)生局部破壞是不切實際的。但是，可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來限制局部破壞的擴散，避免或盡可能地減少連續(xù)倒塌。即建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受局部破壞，不發(fā)生局部破壞導致整體失穩(wěn)或產(chǎn)生與局部破壞不成比例的破壞；應(yīng)通過合理的結(jié)構(gòu)布置，使結(jié)構(gòu)可以將局部破壞區(qū)域的荷載轉(zhuǎn)移到相鄰區(qū)域保證整個結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌。為此需要結(jié)構(gòu)有足夠的連續(xù)性、冗余度和耗能性能(延性)，這些需要通過構(gòu)造措施來實現(xiàn)。

 

圖10貫通拉結(jié)筋布置示意圖

    4．1  設(shè)置貫通拉結(jié)筋加強配筋連續(xù)性

    1976年唐山地震后，我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范采用在磚混結(jié)構(gòu)中設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱來增加結(jié)構(gòu)的整體性，提高磚混結(jié)構(gòu)的抗震能力，汶川地震中嚴格按照規(guī)范設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱的磚混結(jié)構(gòu)很少發(fā)生倒塌，說明圈梁、構(gòu)造柱確實能提高磚混結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也可以采用“圈梁、構(gòu)造柱”的概念，通過將梁、板、柱中的部分鋼筋沿結(jié)構(gòu)周邊、樓層橫縱向和結(jié)構(gòu)上下連續(xù)貫通，實現(xiàn)配筋的連續(xù)性，增強結(jié)構(gòu)的整體性；當結(jié)構(gòu)某豎向承重構(gòu)件破壞時，上部結(jié)構(gòu)能形成新的傳力途徑(如圖8所示)，保持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。貫通拉結(jié)筋的布置位置及數(shù)量可參考文獻建議的方法，圖10是其布置圖，各類拉結(jié)筋應(yīng)采用焊結(jié)或機械連結(jié)。

    (1)樓層水平拉結(jié)筋

    在每層樓面和屋面處的板或梁內(nèi)沿兩個主軸方向布置，它應(yīng)從結(jié)構(gòu)平面的一側(cè)貫通到結(jié)構(gòu)平面的另一側(cè)。作用是當其下部支撐構(gòu)件(例如柱或墻)破壞時，連續(xù)的拉結(jié)筋能成為受拉的索。拉結(jié)筋可以分布在板內(nèi)，也可以成組集中布置在梁內(nèi)。拉結(jié)筋的問距不超過同方向結(jié)構(gòu)最大跨度的1．5倍。每米寬度內(nèi)部拉結(jié)筋的強度(kN／m)不應(yīng)小于下列表達式的較大者：

    式中：D為永久荷載；L為可變荷載；Lr為同方向結(jié)構(gòu)的最大跨度；Ft為最小拉結(jié)筋強度，取60或(20+4n)兩者的較小值，n為結(jié)構(gòu)的層數(shù)。

    (2)周邊貫通拉結(jié)筋

    在每層樓面和屋面處沿結(jié)構(gòu)平面的周邊閉合布置，并且拉結(jié)筋的承載力不低于l．0 Ft；周邊拉結(jié)筋若布置在現(xiàn)澆混凝土板內(nèi)，則應(yīng)在離邊緣1．2 m的范圍內(nèi)。周邊拉結(jié)筋的作用除具有與樓層水平拉結(jié)筋相同的作用外，還起連結(jié)內(nèi)部拉結(jié)筋的作用。所以，如果內(nèi)部拉結(jié)筋不能錨固在外柱或外墻內(nèi)時，應(yīng)可靠地與周邊拉結(jié)筋連結(jié)。

    (3)豎向貫通拉結(jié)筋

    結(jié)構(gòu)的每根柱內(nèi)都應(yīng)布置從底到頂?shù)拇怪崩�結(jié)筋。此拉結(jié)筋的承載力應(yīng)大于柱所承擔的樓層豎向重力荷載。設(shè)此拉結(jié)筋的目的是當某樓層下部支撐破壞后，柱中的拉結(jié)筋可將該樓層的荷載傳遞到上部結(jié)構(gòu)，形成新的傳力路線。

    4．2框架梁底部縱向受拉鋼筋應(yīng)全部貫通

    框架結(jié)構(gòu)如果某個柱發(fā)生破壞，如圖7所示，其上部框架梁的受力狀況將發(fā)生巨大變化，一是跨度將成倍增加；二是柱上截面彎矩將改變方向，由負彎矩成為正彎矩。此時，如果梁底部縱向鋼筋沿全梁不貫通，或在節(jié)點處不連續(xù)，則會發(fā)生塌跨。所以，框架梁底部縱向受拉鋼筋應(yīng)沿梁全長全部貫通，不應(yīng)截斷或彎起；并按受拉鋼筋在節(jié)點處可靠錨固。

    4．3增加框架梁的延性提高結(jié)構(gòu)的冗余度

    圖3所示框架結(jié)構(gòu)的薄弱層在首層，若地震時82中柱發(fā)生破壞，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力與設(shè)計內(nèi)力將有很大變化。圖1 1是B軸和2軸框架首層B2柱破壞后，在豎向不變荷載和50％可變荷載(1．0D+0．5L)作用F的彎矩圖。圖12是B軸和2軸框架的計算彎矩與結(jié)構(gòu)彎矩承載力比值，在計算截面抗彎承載力時，鋼筋和混凝土強度取標準值，鋼筋強度再乘l．25超強系數(shù)。

 

圖11  中柱破壞后B軸框架彎矩圖

 

圖12 8軸框架計算彎矩與抗彎承載力比值

    由圖l2可見，首層1～3軸梁右端和跨中比值都大于l．0，經(jīng)塑性內(nèi)力重分布后，梁右端也會出現(xiàn)塑性鉸，該梁可能垮塌；同樣首層A～C軸梁也可能跨塌。 由于規(guī)范中對梁柱箍筋的配置有嚴格的要求，框架梁的抗剪承載力有較大的安全儲備，此結(jié)構(gòu)框架梁非加密區(qū)的抗剪承載力標準值為421 kN，加密區(qū)的的抗剪承載力標準值為561 kN，首層柱破壞后最大剪力為424 kN，所以結(jié)構(gòu)不會發(fā)生剪切破壞。

    綜上所述，經(jīng)8度抗震設(shè)防的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，在某一框架柱破壞后，結(jié)構(gòu)的抗剪承載力一般可滿足抗連續(xù)倒塌的要求，框架梁負彎矩承載力與計算內(nèi)力相差較小，框架梁正彎矩承載力與計算內(nèi)力相差較多，有可能出現(xiàn)由于抗彎承載力不足造成的豎向連續(xù)倒塌。

    由于地震作用的偶然性和不確定性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和使用階段均存在人為失誤的可能性，地震中建筑結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)如圖6～圖9所示局部承重構(gòu)件破壞的情況，為保障整體結(jié)構(gòu)的安全，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的冗余度，避免發(fā)生連續(xù)倒塌。都對結(jié)構(gòu)的冗余度提出要求，即結(jié)構(gòu)的某一根承重柱或一段承重墻破壞時，其上部結(jié)構(gòu)能形成新的傳力途徑，不出現(xiàn)連續(xù)倒塌。

    支撐構(gòu)件從原承載力至喪失承載力所經(jīng)歷的時間tr對上部結(jié)構(gòu)荷載的動力系數(shù)有很大影響，tr越短動力系數(shù)越大，當tr接近0時，對于彈性體系動力系數(shù)最大可達到2．0，當tr小于0．1倍結(jié)構(gòu)自振周期后，動力系數(shù)變化很��；上部結(jié)構(gòu)的塑性對動力系數(shù)的影響也很大，理想彈塑性結(jié)構(gòu)其動力系數(shù)為1．0。所以，從抗倒塌角度，增加結(jié)構(gòu)的延性要比提高結(jié)構(gòu)的抗力更合理。

    為保證框架梁梁端截面的延性，規(guī)定梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2．5％，且計入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比，一級不應(yīng)大于0．25，二、三級不應(yīng)大于0．35。同時規(guī)定梁端截面的底部和頂部縱向鋼筋配筋量的比值，一級不應(yīng)小于0．5，二、三級不應(yīng)小于0．3。如第一節(jié)所述，從危險性方面講，二、三和四級框架的倒塌危險性并不比一級框架低，所以宜采用同一級框架的標準。  

    增加結(jié)構(gòu)延性的另一好處，是可以利用框架梁中的“拱效應(yīng)”。理論分析和試驗研究都表明，在豎向荷載作用下框架梁開裂后，裂縫的發(fā)展使框架梁有向外移動的趨勢，由于側(cè)向位移受到節(jié)點的約束，在框架梁內(nèi)會產(chǎn)生軸向壓力，框架梁實際成為壓彎構(gòu)件，結(jié)果使框架梁的極限承載力顯著提高，此現(xiàn)象被稱為“拱效應(yīng)”。文獻進行了24根鋼筋混凝土框架梁試驗，對框架梁中拱效應(yīng)進行了系統(tǒng)研究，得到了不同加載速度情況下的梁中軸力、支座約束彎矩和荷載與撓度關(guān)系曲線。試驗證明在配筋率小于l．5％對，拱效應(yīng)可顯著提高框架梁的極限承載力，試驗值與按塑性鉸理論計算值比值α的平均值為1．94，影響框架梁中拱效應(yīng)的主要因素是縱向鋼筋配筋率和跨高比。α可表達為

    當由上式計算的α小于l時，取α等于l。

    式中：P為縱向受拉鋼筋的配筋率(％)；ln為框架梁的凈跨度；h為框架梁的截面高度。按式(3)計算B軸首層1～3軸框架梁的α=1．45，由于“拱效應(yīng)的存在”，結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的可能性很小。

五、結(jié)論

    (1)由于科學技術(shù)發(fā)展水平所限，地震還很難預測和預報，我國6～7度低烈度設(shè)防區(qū)，發(fā)生大地震的危險性不容忽視，為保障人民生命財產(chǎn)的安全，低烈度區(qū)建筑抗震設(shè)計中“大震不倒”的設(shè)防水準應(yīng)適當提高。

    (2)鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆樓板對結(jié)構(gòu)的“強柱弱梁”要求有較大影響，不考慮現(xiàn)澆樓板內(nèi)鋼筋對梁抗彎承載力的有利影響會導致“弱柱強梁”的結(jié)果。所以，在進行“強柱弱梁”驗算時，應(yīng)考慮負彎矩區(qū)有效受拉翼緣范圍內(nèi)板鋼筋的作用。

    (3)地震作用下建筑的倒塌可分為整體倒塌和局部倒塌兩類，規(guī)范[2]中對于防止整體倒塌已有較完善的要求和措施，而對于如何防止由于某些豎向承重構(gòu)件破壞引起的連續(xù)倒塌則缺少明確的要求和措施。應(yīng)通過增加結(jié)構(gòu)的連續(xù)性、延性和冗余度，提高結(jié)構(gòu)的整體牢固性，達到防連續(xù)倒塌的目的。

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(本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網(wǎng)絡(luò)：呂琳琳  尹維維 編輯   文徑 審核)

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