汶川地震中钢筋混凝土框架结构抗震性能的思考

第２７卷第ｌｌ期　２０１１年６月　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２７Ⅳ０．１ｌ　＿，叭２０１１　汶川地震中钢筋混凝土框架结构抗震性能的思考　王旋，李　萍，焦振奇　（攀枝花市建设工程质量安全监督站，四川攀枝花６１７０００）　摘要：钢筋混凝土框架结构系指由梁柱作为主要承重构件的结构体系，汶川地震中框架结构的破坏比较严重。就　此主要介绍了钢筋混凝土框架梁柱的典型破坏特征，以及填充墙对框架结构造成的影响。其次介绍了地震中楼梯　间的破坏情况，通过对这些震害现象的描述和分析得出了一些经验和教训，为以后结构的抗震设计提出了一定的建　议。　关键词：钢筋混凝土框架；抗震性能；薄弱层；短柱；填充墙；楼梯间　中图分类号：ＴＵ３７５　２００８年５月１２日１４时２８分，在四川省汶川县　映秀镇附近发生８．０级的地震，震中位于北纬３ｌ　度，东经１０３．４度。此次地震是新中国成立以来破　坏力最强、波及范围最广、救援难度最大的地震，给　震中和地震波及区带来了极大的损失，而造成损失　最直接的原因之一是房屋建筑的破坏和倒塌。据统　计此次地震造成的直接经济损失达８４５１亿元，其中　民房和城市居民住房的损失占２７．４％，学校、医院　和其他非住宅用房占２０．４％。　钢筋混凝土框架结构系指由梁柱作为主要承重　构件的结构体系，在地震灾区应用较为广泛，此次受　灾严重的地区，如都江堰、江油、汉旺、绵竹、什邡等，　有大量的钢筋混凝土框架结构在地震中发生了不同　程度的破坏，为认识该类结构的抗震性能提供了丰　富的第一手资料。　・　通过对钢筋混凝土框架中梁柱典型的破坏形　态、填充墙对框架结构抗震性能的影响、楼梯间破坏　特点等三方面进行描述和分析，为以后的建筑抗震　设计提供一定的建议。　１汶川地震中钢筋混凝土框架结构的　破坏情况　钢筋混凝土框架结构具有建筑平面布置灵活、　室内空间大等优点，广泛用于多层厂房、商店、办公　楼、医院、教学楼及宾馆等建筑中。汶川地震中框架　结构的破坏比较严重。特别是柱的两端容易出现塑　性铰，此外还有短柱的破坏情况也很多。由于在结　构设计时候一般将填充墙视为非结构性构件，不考　虑其对框架结构的作用。但是填充墙实际的表现会　对框架结构产生影响。这次地震中楼梯问的破坏比　较严重，主要是现行的抗震规范没有对楼梯没有详　细的抗震设计，最近一次的建筑抗震规范的修订在　计算中应考虑楼梯构件的影响。因为楼梯的梯板等　具有斜撑的受力状态，对结构的整体刚度有明显的　影响。　１．１　钢筋混凝土框架柱的破坏情况　１．１．１钢筋混凝土框架柱的破坏情况　钢筋混凝土框架在设计时候要具有一定的延　性，因此必须对构件进行合理的设计，控制塑性较　出现的部位。塑性较出现在梁上较为对框架结构　的抗震较为有利，因为在梁的两端出现塑性较数　量可以较多而结构不致形成机构。柱出塑性铰后　框架易形成机构。但是在汶川地震中框架结构的　整体的表现就是普遍在框架柱的上下部出现塑性　铰。如图１、２所示，而在梁的两端出现塑性铰的　情况较少见。根据现行《建筑结构抗震设计规　范》…（ＧＢ　５００１１—２０１０）框架结构宜设计成强柱　弱梁的形式，因此我们有必要重新思考现行的规　范是否能够实现强柱弱梁，地震作用在板、梁、柱　中的传递路径是否与设计时所采用的假定一致。　因此，如何提高柱的承载力、如何考虑楼板对框架　梁强度和刚度的贡献，以真正实现“强柱弱梁”，有　待进一步研究。　

图１　框架柱的上下端出现塑性铰　

图２强梁弱柱　１１６　甘肃科技　第２７卷　１．１．２钢筋混凝土短柱的破坏情况　柱子在地震剪力的作用下出现斜裂缝或ｘ型　裂缝，裂缝的宽度往往很大，修复很困难，属于脆性　破坏。框架中有错层、夹层时，使柱子的剪跨比变　小，形成短柱，刚度增大，吸收的地震剪力较大，当未　采取相应的提高抗震能力措施时，便易出现剪切破　坏。如图３（ａ）、（ｂ）所示的都江堰某栋建筑由于错　层而形成短柱结果遭受地震严重的破坏。因此在将　来的结构设计时对于短柱的抗震设计要重点加强。　除了结构错层容易形成短柱外，半高的填充墙也容　易形成短柱图４（ａ）所示破坏具有明显的压、弯、剪　破坏特征，图４（ｂ）和（Ｃ）具有明显的剪切破坏特　点，图４（ｄ）呈现出压剪破坏的特征。　一一　（＿）ｊ｝区撞－掘凝土酥裂破坏ｆ　矩牲翦切受腿破坏　图３　结构布置形成的短柱破坏　

（Ｈ）短牲弯鲫破坏　（ｂ）｛；ｉｉ柱辨切破坏　（ｃ）蛞ｊ牲剪切破坏　（ｄ）短牲腿舛破坏　圈４窗间墙短柱破坏　１．２钢筋混凝土框架梁的破坏情况　汶川地震中框架梁的震害明显要轻于框架柱的　震害。钢筋混凝土梁的破坏主要是梁端的剪切破　坏，由于抗剪强度不足，无法承担强烈地震作用引起　的附加剪力，梁端附近会出现斜裂缝或交叉的裂缝，　如图５所示。　一一　图５梁端的剪切破坏　１．３钢筋混凝土框架整体破坏情况　与其他各层柱剪力相比较，框架结构底层柱的　剪力较大，因此底层柱容易发生剪切破坏或者弯曲　破坏。在映秀镇考察时多处框架结构发生底部垮塌　现象。由于框架结构属于柔性结构，虽然自振周期　较长但是汶川地震持续的时间长。因此框架结构会　发生倒塌。如图６，７所示在映秀镇观察到建筑的倒　塌Ｉｏ　‘　２汶川地震中填充墙对框架结构抗震　性能的影响　一１●　－　图６框架结构底层倒塌　图７七层框架倒塌　汶川地震中填充墙的破坏情况严重，由于现行　的抗震设计规范将填充墙视为非结构性构件。通常　进行抗震设计时，一般采用考虑填充墙的影响对框　架结构的自振周期进行折减。关于填充墙对主体结　构刚度的贡献以及他们之间的相互作用，目前没有　量化的计算方法。地震作用下，填充墙与框架共同　工作，一方面墙体受到框架的约束；另一方面框架受　到填充墙所提供的支撑作用。由于填充墙早期的刚　度大，吸收了较大的地震作用，而其强度相对较低，　所以填充墙的震害重于框架梁柱。填充墙的震害大　部分是墙面产生单斜裂缝或者是交叉裂缝。　２．１填充墙造成薄弱层效应　由于填充墙沿房屋竖向布置不均匀，导致建　筑沿竖向刚度不连续，而形成软弱层的情况在地　震灾区非常普遍。震后调查发现，许多底层作商　业用途或停车场、上部作为住宅的框架结构建筑　

物的底层遭受了不同程度的破坏。在这些框架结　第１　１期　王旋等：汶川地震中钢筋混凝土框架结构抗震性能的思考　１　１７　构中广泛的采用页岩空心砖和加气混凝土砌块作　为填充墙，上部因用于住宅而使用了较多的填充　墙来分隔空间，底层为了追求商业空间和停车空　间，填充墙或其他抗侧力构件布置很少。图８（ａ）　所示六层填充墙框架结构位于都江堰，底层为车　库，上部五层为住宅，从图中可看出，底层几乎无　填充墙，底层抗侧刚度很低。汶川地震使该栋建　筑在纵向方向发生了３０ｅｒａ左右的水平侧移，侧移　主要集中在底层，其他层基本完好，底层形成明显　的软弱层。图８（ｂ）所示，底层所有柱上下两端均　出现了塑性铰。图８（ｃ）中作者课题组正在对底层　柱的侧移情况进行现场测量。值得注意的是，与　之相邻的另外一栋五层框架结构建筑物底层设置　了一定数量的抗震墙和填充墙，汶川地震后底层　没有产生明显的侧移，如图９所示，图９（ａ）中前面　为图８所示建筑，后面为图９（ｂ）所示建筑，图９　（ｃ）为该栋建筑底构。类似的情况在汶ＪｌＩ地震灾　区非常普遍，图８为另外几栋层框架柱和填充墙　的受损情况。从两栋建筑破坏情况可看出，底层　布置的填充墙或抗震墙拯救了这栋五层的框架结　出现软弱层建筑。图１０（ａ）为一栋底层作商业用　途的住宅建筑，底层发生了明显的侧移。图ｌ０　（ｂ）为一栋在建的多层框架住宅，底层为车库，设　置了部分剪力墙，第二层填充墙还没施工，其余上　部各层填充墙均已砌筑完成，因此，第二层形成了　明显的软弱层，柱子上下端产生了明显了塑性铰。　图ｌＯ（ｃ）位于映秀镇的三层框架结构，因底层发生　过大的侧移而完全坍塌。　

（ａ）都江　…栋　蕊倾斜的６层建筑　（ｂ）底屡村！．匕下端出现嬲性铰　（ｃ）现场撤测械予侧移　圈８都江堰一６层框架住宅楼震害情况　一一　（ａ）栩邻两栋建筑的比较　（ｂ】…栋５层框架结构住宅楼（ｃ）ｊｉｉ岜屡桂和竣．克墙的破坏情况　图９都江堰一５层框架住宅楼震害情况　■●一■　（Ｒ）底层出现明盥侧移的住宅楼　（ｂ）第二层柱出糯嬗性铰的住宅横（ｃ】第一层坍＿ｌ盍ｌ的框架结构　图１Ｏ汶川地震中框架结构的软弱层　２．２填充墙和框架结构的相互作用所造成的柱破　向变形时，填充墙将对一侧框架柱将产生斜向的压　坏　力，即类似于斜压杆的作用，因而会加大斜裂缝和梁　填充墙对框架梁柱破坏形态的影响，除了形成　底之间一段柱所承受的地震剪力，从而导致图ｌ１　短柱外，由于填充墙与框架的相互作用，填充墙还会　（ａ）所示的剪切破坏形态，在水平地震作用下单层　对框架梁柱产生附加的内力，而导致一些特殊的破　单跨框架和填充墙的相互作用情况如图１１（ｂ）所　坏形态。图１　１所示，框架在水平地震作用下发生侧　

示。而且填充墙也会将一部分剪力传递给柱。这样　第ｌ１期　郭世家：预拌混凝土企业的精细化管理　１０９　和调度，对施工状况进行动态管理。　在原材料的细化管理上，做到材料产地、生产厂　家及检验跟踪到位。建立各种生产原材料跟踪台　帐，台帐必须包括以下内容：产地、供货商、材料特　性、样品检验、随机抽取数量、质量评定等项目。对　原材料进货及供应商进行动态管理，定期对其材料　质量稳定性进行评定，对不稳定的供货商进行书面　通知整改，下批次评定仍低的退出供货系统，列入不　良信誉供货商名单。对质量稳定信誉好的供货商采　用优质优价，打破价格与质量无关的怪圈。使原材　料的管理进入质量第一的良性轨道。从而保证产品　质量控制和目标实现的第一关。对原材料的检验要　做到规范性、计划性、准确性。如制定原材料检验月　计划，以及外检材料计划，绘制原材料质量变化曲线　图，与产品质量曲线图进行比较，分析确定材料整改　方案。定期向供货商书面公布复检情况，以达到沟　通和促进的作用。在生产工艺技术上要有一定的技　术储备，不能似是而非，对表面清楚，深入不了解的　现象要紧抓。只有每个步骤都精细了，每个细节注　意了，这样才能生产出满足客户要求、符合国家规范　的优质产品。　４精细管理的经营方式是精打细等挖　潜力增效益　“苦干实干拼命干”加上“巧干会干算着干”的　精细管理模式。在源头上控制预算内支出，杜绝　预算外支出，先算后花，算准巧花，在管理的更深　层次上挖掘节支降耗的潜力。例如，对日常消耗　支出项目，绘制车辆用油使用量与运输、趟数相关　图，分析观察油料使用最佳点，特别是对车辆的用　油更换、易损件使用更换次数进行整改，列出更换　计划。实行“费用包干　制度规范，落实责任，逐级　把关，节奖超罚”的做法。做到凡是有支出、有消　耗的地方，都有相应的管理制度，形成日常管理支　出联控网络，强化了各级人员的精细管理意识。由　于搅拌站的设备机械经常处于长时间连续运转，所　以配件的需求量相对是比较大的，因此，要制定完善　的配件储备计划，哪些需要大量准备，哪些不需要，　不能有很大的随意性，远途易损的配件要备，近距离　就能解决的，就少备。用最低的仓储成本，达到生产　急需必备的目的。　由于历史原因，以前，一切工作都以生产为中　心，轻视服务。但先经过企业合并重组等改革方式，　我们要逐步适应时代的变化，将把工程管理从“质　量为中心”转移到“以服务为中心”的服务观念上　来，这是这个行业的必然发展趋势。　综上所述，精细化应当成为工程管理下一阶段　的重点，工程质量要精细，工作质量要精细，只有精　细了，做任何工程都会有把握，就不会感到生疏了，　我们的管理水平也就会进入到一个新的阶段。　参考文献：　［Ｉ］　张承志．商品混凝土［Ｍ］．化学工业出版社，２００８．　［２］张检身．工程质量管理指南［Ｍ］．中国计划出版社，　２００９．　．＿●…・●…。●…・●…・●…・●…ｏ０ｏ・・・●…・●…‘●…‘●・…●．．．＿●…‘●Ｉ＿．．●…。●…‘●…ｏ￣ｏ￣ｏ￣ｌｉｔ…＿●…・●…‘●…‘●…’●・…●…‘●…・●・・．．●…‘●－＿・。●…・●…ｏ＠ｏ…●…・●…‘●…。●・－・・●・…●…‘●…・●ｏｏｉ’●…￣ｌｉｔ…‘●…－●…‘●…。●・・　（上接第１１８页）　参考文献：　［５］　［１］　中华人民共和国建设部．ＧＢ／５００１１—２００１，建筑抗震　设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版杜，２００１．　［２］　中华人民共和国建设部．ＪＧＪ／３—２００２，高层建筑混凝　土结构技术规程［Ｓ］．北‘京：中国建筑工业出版社，　２００２＿　［３］史庆轩，童岳生，钱国芳．砖填充墙钢筋混凝土框架的　地震反应分析［Ｊ］．西安建筑科技大学学报。１９９６。２８　（４）：４２３－４２７．　［４］Ｌｉ　Ｂｉｘｉｏｎｇ，Ｗａｎｇ　ｚｈｅ，Ｍｏｓａｌａｍ，Ｋ．Ｍ，ａｎｄ　Ｘｉｅ　Ｈｅｐｉｎｇ．　（２ｏｏ８）．Ｗｅｎｃｈｕａｎ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｆｉｅｌｄ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｒａｍｅｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｍａ－　ｓｏｎｒｙ　ｉｎｆｆｌｌ　ｗａ１ｋ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１４ｔｈ　Ｗｏｒｌｄ　Ｃｏｎｆｅｒ－　ｅｎｅｅ　ｏｎ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（１４ＷＣＥＥ），Ｏｃｔｏｂｅｒ　１２　［６］　［７］　［８］　［９］　一１７，Ｂｅｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，Ｐａｐｅｒ　Ｎｏ．ｓ３ｌ一０３５．　黄靓，施楚贤，吕伟荣．对框架填充墙结构抗震设计的　思考［Ｊ］．建筑结构。２００５，３５（８）：２７　．　Ｌｉ　Ｂｉｘｉｏｎ８，Ｗａｎｇ　Ｚｈｅ，Ｍｏｓａｌａｍ，Ｋ．Ｍ．，ａｎｄ　Ｗａｎｇ　Ｘｕａｎ．　（２０ｏ８）Ａｎａｌｙｓｌｓ　ｏｆ　ｓｔａｉｒｗｅｌｌｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｄａｍａｇｅ　ｄｕｒｉｎｇ　Ｗｅｎｅｈｕａｎ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｌｌｇｓ　ｔｈｅ　１４ｔｈ　●　Ｗｏｄｄ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　（１４ＷＣＥＥ），Ｏｃｔｏｂｅｒ　１２—１７，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，Ｐａｐｅｒ　Ｎｏ．　Ｓ３１—００５．　李常青．填充墙框架结构力学模型修正研究［Ｄ］．长　沙：湖南大学硕士学位论文，２００４．　冯远，肖克艰，刘宜丰．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．　夏珊，刘爱文．汶川地震框架柱震害的初步分析［Ｊ］．　震灾防御技术，２００８，３（３）：２３７－２４２．