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摘要：汶川地震的發(fā)生是對(duì)我國(guó)自1978年第一部建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范頒布以來(lái)，也是對(duì)按各階段建筑抗震規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑物抗震能力的檢驗(yàn)。通過(guò)震害調(diào)查分析目前我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范存在的問(wèn)題，提出應(yīng)適當(dāng)提高低烈度抗震設(shè)防建筑“大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)，并考慮整體現(xiàn)澆樓板對(duì)結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”的影響，以及在建筑抗震設(shè)計(jì)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(xué)，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(jí)大地震造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)8400億元，人員傷亡和失蹤超過(guò)8萬(wàn)人，房屋倒塌15578萬(wàn)㎡；這是繼l976年7月28日造成直接經(jīng)濟(jì)損失l20多億元，死亡24．2469萬(wàn)人，房屋倒塌6384萬(wàn)m²的唐山7．8級(jí)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(shí)，災(zāi)區(qū)大量的農(nóng)村住宅和城鎮(zhèn)20世紀(jì)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(guó)第一部正式實(shí)施的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范是1978年頒布的《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(TJ11-78)，1989年經(jīng)修訂后改名為《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ ll—89)，2001年修訂頒布了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5001l-2001)，由此可見我國(guó)在建筑設(shè)計(jì)中正式考慮抗震問(wèn)題是從1976年唐山大地震后開始的。由于l978年以后我國(guó)大陸除汶川地震外，經(jīng)過(guò)抗震設(shè)防的城鎮(zhèn)沒遭遇過(guò)9度及以上的地震烈度，汶川地震前經(jīng)過(guò)抗震設(shè)防的建筑沒有經(jīng)歷過(guò)大地震的考驗(yàn)，通過(guò)對(duì)汶川地震中建筑震害的調(diào)查分析，可以為我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂提供經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。

一、提高低烈度抗震設(shè)防建筑“大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)

    我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)防目標(biāo)是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，“小震”大致相當(dāng)于設(shè)防烈度減1．5度，“大震”大致相當(dāng)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(guò)抗震設(shè)防、特別是在1990年以后設(shè)計(jì)建造的建筑表現(xiàn)良好，即使在極震區(qū)實(shí)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(yán)重破壞，但不倒塌，實(shí)現(xiàn)了“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。表1是1952年以來(lái)發(fā)生在我國(guó)大陸地區(qū)造成死亡人數(shù)超過(guò)千人的地震災(zāi)害的震中烈度統(tǒng)計(jì)，其共同特點(diǎn)是，震中實(shí)際烈度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)?shù)氐脑O(shè)防烈度3度及以上，說(shuō)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(xiǎn)眭確實(shí)存在。

表1 1952年以來(lái)中國(guó)大陸死亡千人以上的震中烈度統(tǒng)計(jì)

    表2是唐山地震時(shí)不同烈度區(qū)中多層磚房的震害統(tǒng)計(jì)。此數(shù)據(jù)是基于對(duì)唐山地區(qū)2285幢沒有經(jīng)過(guò)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(guò)去6個(gè)月，還未  見不同烈度下房屋震害的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但據(jù)文獻(xiàn)對(duì)7度設(shè)防實(shí)際烈度9度的都江堰市20世紀(jì)80年代經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)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(shuō)明，經(jīng)過(guò)正規(guī)設(shè)計(jì)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(duì)于低烈度區(qū)遵循建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，經(jīng)過(guò)正規(guī)設(shè)計(jì)及建造的建筑，完全可以達(dá)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(xué)技術(shù)水平還不可能解決地震短臨震預(yù)報(bào)的問(wèn)題；作為地震中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的重要形式同時(shí)作為我國(guó)工程抗震設(shè)防的主要依據(jù)的地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，也存在相當(dāng)大的不確定性；抗震設(shè)防目標(biāo)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(zhǔn)；我國(guó)的6～7度低烈度抗震設(shè)防區(qū)，實(shí)際地震災(zāi)害危險(xiǎn)性要較高烈度抗震設(shè)防區(qū)高，這從50多年來(lái)我國(guó)地震災(zāi)害的實(shí)際狀況不難看出。所以應(yīng)適當(dāng)提高6、7度區(qū)的“大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)，參考唐山、汶川地震的震害經(jīng)驗(yàn)，提高到“9度不倒”是可行的。

    實(shí)現(xiàn)低烈度區(qū)9度不倒可以通過(guò)增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)于砌體房屋可通過(guò)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(shí)現(xiàn)；對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)增加結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的延性、連續(xù)性和冗余度，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的整體牢固性來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二、整體現(xiàn)澆樓板對(duì)結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”的影響

    “強(qiáng)柱弱梁”是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的重要結(jié)構(gòu)措施之一，規(guī)范[2]定義“強(qiáng)柱弱梁”是指，節(jié)點(diǎn)左右梁端截面順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较蚪M合的彎矩設(shè)計(jì)值之和∑Mb與節(jié)點(diǎn)上下柱端截面順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较蚪M合的彎矩設(shè)計(jì)值之和∑Mc之間滿足不等式

    ∑M。≥ηc∑Mb   

    一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)尚應(yīng)符合

∑Mc≥l．2∑Mbua

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

    根據(jù)設(shè)防烈度和建筑高度來(lái)確定結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，高度小于30m時(shí)，烈度為6、7、8度，其抗震等級(jí)為四、三、二級(jí)。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(jí)結(jié)構(gòu)，ηc=1．1。對(duì)于整體現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu)，框架梁實(shí)際為T形截面梁，當(dāng)板內(nèi)的鋼筋位于梁的受拉區(qū)時(shí)會(huì)顯著增加梁的抗彎承載力，同時(shí)由于鋼筋屈服后會(huì)出現(xiàn)超強(qiáng)，也使梁的承載力提高。

    地震時(shí)框架柱處于復(fù)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(duì)柱的軸壓比規(guī)定了上限，三級(jí)框架為0．9。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(qiáng)柱弱梁”原則設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，在地震中實(shí)際成為“強(qiáng)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(jī)制而不是梁鉸機(jī)制，其原因就在于此。圖1為漩口中學(xué)主教學(xué)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(yù)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(yán)重，但沒發(fā)生倒塌。

 

圖1  現(xiàn)澆樓板框架結(jié)構(gòu)柱鉸機(jī)制破壞

 

圖2預(yù)制樓板框架結(jié)構(gòu)梁鉸機(jī)制破壞

    為驗(yàn)證現(xiàn)澆樓板對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”的影響，本文取與文獻(xiàn)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(jì)基本地震加速度0。2 9，抗震等級(jí)為二級(jí)，Ⅱ類場(chǎng)地�？蚣芰�、柱截面尺寸如圖3所示。梁柱板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，縱筋為HRB335，板厚100 mm。樓面恒載、活載標(biāo)準(zhǔn)值分別為4．0 kN／m²、2．0 kN／m²；屋面恒載、活載標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算采用PKPM系列SATWE軟件(2006年版)，計(jì)算時(shí)將框架梁抗彎剛度乘2．0的放大系數(shù)；計(jì)算結(jié)構(gòu)配筋后，手工進(jìn)行考慮板影響的8軸x方向的節(jié)點(diǎn)“強(qiáng)柱弱梁”驗(yàn)算。梁翼緣計(jì)算寬度按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)算結(jié)果比較。從表3可見，考慮現(xiàn)澆板內(nèi)鋼筋對(duì)梁端抗彎承載力的貢獻(xiàn)后，所有節(jié)點(diǎn)均不滿足“強(qiáng)柱弱梁”的要求，其中對(duì)中柱影響最大。如果再考慮梁、板內(nèi)鋼筋屈服后的超強(qiáng)影響，按照現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆板鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是達(dá)不到“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)目標(biāo)的，對(duì)于此類結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮板內(nèi)縱筋的影響來(lái)進(jìn)行“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)。

 

圖3空間框架平面圖

 

表3節(jié)點(diǎn)柱梁抗彎承載力比較

   美國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力的貢獻(xiàn),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(diǎn)上下柱端截面順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较虻目箯澗爻休d力之和，計(jì)算時(shí)按偏心受壓構(gòu)件考慮，取與計(jì)算方向?qū)��?yīng)側(cè)向力引起的軸力與重力荷載軸力導(dǎo)致最小抗彎承載力的組合設(shè)計(jì)值。

    ∑Mnb為節(jié)點(diǎn)左右梁端截面順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较蚪M合的抗彎矩承載力之和，計(jì)算時(shí)取柱邊的梁端彎矩，對(duì)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(zhǎng)度：①對(duì)于T形梁取8倍板厚與  1／2梁凈間距的較小值；②對(duì)于L形梁取6倍板厚、l／  2梁凈問(wèn)距和1／12跨度三者的較小值。

    試驗(yàn)研究表明，翼緣位于受拉區(qū)的T形梁，翼緣鋼筋對(duì)梁抗彎承載力的貢獻(xiàn)與側(cè)向位移有關(guān)，側(cè)向位移越大貢獻(xiàn)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(jìn)行框架“強(qiáng)柱弱  梁”驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按圖4計(jì)算負(fù)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(jì)算截面的抗彎承載力。

 

圖4節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)計(jì)算截面

三、建筑結(jié)構(gòu)倒塌分析

    通過(guò)對(duì)唐山、汶川地震的建筑震害調(diào)查和對(duì)親歷者的采訪，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的倒塌過(guò)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(yùn)動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生倒塌；另一類是地震過(guò)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(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其薄弱層全部豎向承重構(gòu)件破壞，從而整個(gè)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(yù)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(duì)于樓層塌垮，可以通過(guò)提高樓層的抗側(cè)能力，調(diào)整層問(wèn)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(lái)避免發(fā)生樓層塌垮，對(duì)于局部豎向連續(xù)倒塌，則應(yīng)通過(guò)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(kuò)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(dá)到11度的映秀鎮(zhèn)漩口中學(xué)，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(shí)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(jī)制

 

圖9建筑局部破壞沒發(fā)生連續(xù)倒塌

    研究和實(shí)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(jì)與建筑抗倒塌設(shè)計(jì)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(dá)到基本滿足抗倒塌目的，使經(jīng)過(guò)建筑抗震設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(guó)倫敦的Ronan Point公寓倒塌事件，引起人們對(duì)高層建筑因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)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?jī)?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(dǎo)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(duì)公共建筑炸彈恐怖襲擊事件的增多，美國(guó)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最初局部破壞范圍的破壞；并開展了相應(yīng)的科學(xué)研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，頒布了相關(guān)設(shè)計(jì)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(shí)，不發(fā)生局部破壞是不切實(shí)際的。但是，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)限制局部破壞的擴(kuò)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(dǎo)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(guò)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(gè)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(guò)構(gòu)造措施來(lái)實(shí)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(qiáng)配筋連續(xù)性

    1976年唐山地震后，我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用在磚混結(jié)構(gòu)中設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱來(lái)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(yán)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(shuō)明圈梁、構(gòu)造柱確實(shí)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(guò)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(shí)現(xiàn)配筋的連續(xù)性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性；當(dāng)結(jié)構(gòu)某豎向承重構(gòu)件破壞時(shí)，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(xiàn)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(jī)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(gè)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(dāng)其下部支撐構(gòu)件(例如柱或墻)破壞時(shí)，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(wèn)距不超過(guò)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(qiáng)度(kN／m)不應(yīng)小于下列表達(dá)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(qiáng)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(shí)，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(dān)的樓層豎向重力荷載。設(shè)此拉結(jié)筋的目的是當(dāng)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(gè)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(fù)彎矩成為正彎矩。此時(shí)，如果梁底部縱向鋼筋沿全梁不貫通，或在節(jié)點(diǎn)處不連續(xù)，則會(huì)發(fā)生塌跨。所以，框架梁底部縱向受拉鋼筋應(yīng)沿梁全長(zhǎng)全部貫通，不應(yīng)截?cái)嗷驈澠�；并按受拉鋼筋在�?jié)點(diǎn)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(shí)82中柱發(fā)生破壞，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力與設(shè)計(jì)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(jì)算彎矩與結(jié)構(gòu)彎矩承載力比值，在計(jì)算截面抗彎承載力時(shí)，鋼筋和混凝土強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值，鋼筋強(qiáng)度再乘l．25超強(qiáng)系數(shù)。

 

圖11  中柱破壞后B軸框架彎矩圖

 

圖12 8軸框架計(jì)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(huì)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(duì)梁柱箍筋的配置有嚴(yán)格的要求，框架梁的抗剪承載力有較大的安全儲(chǔ)備，此結(jié)構(gòu)框架梁非加密區(qū)的抗剪承載力標(biāo)準(zhǔn)值為421 kN，加密區(qū)的的抗剪承載力標(biāo)準(zhǔn)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(huì)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(fù)彎矩承載力與計(jì)算內(nèi)力相差較小，框架梁正彎矩承載力與計(jì)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(jì)、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(duì)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(shí)，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(shí)間tr對(duì)上部結(jié)構(gòu)荷載的動(dòng)力系數(shù)有很大影響，tr越短動(dòng)力系數(shù)越大，當(dāng)tr接近0時(shí)，對(duì)于彈性體系動(dòng)力系數(shù)最大可達(dá)到2．0，當(dāng)tr小于0．1倍結(jié)構(gòu)自振周期后，動(dòng)力系數(shù)變化很��；上部結(jié)構(gòu)的塑性對(duì)動(dòng)力系數(shù)的影響也很大，理想彈塑性結(jié)構(gòu)其動(dòng)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(jì)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(jí)不應(yīng)大于0．25，二、三級(jí)不應(yīng)大于0．35。同時(shí)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(jí)不應(yīng)小于0．5，二、三級(jí)不應(yīng)小于0．3。如第一節(jié)所述，從危險(xiǎn)性方面講，二、三和四級(jí)框架的倒塌危險(xiǎn)性并不比一級(jí)框架低，所以宜采用同一級(jí)框架的標(biāo)準(zhǔn)。  

    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(yàn)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(dòng)的趨勢(shì)，由于側(cè)向位移受到節(jié)點(diǎn)的約束，在框架梁內(nèi)會(huì)產(chǎn)生軸向壓力，框架梁實(shí)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(xiàn)進(jìn)行了24根鋼筋混凝土框架梁試驗(yàn)，對(duì)框架梁中拱效應(yīng)進(jìn)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(yàn)證明在配筋率小于l．5％對(duì)，拱效應(yīng)可顯著提高框架梁的極限承載力，試驗(yàn)值與按塑性鉸理論計(jì)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(dá)為

    當(dāng)由上式計(jì)算的α小于l時(shí)，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(jì)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(xué)技術(shù)發(fā)展水平所限，地震還很難預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，我國(guó)6～7度低烈度設(shè)防區(qū)，發(fā)生大地震的危險(xiǎn)性不容忽視，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，低烈度區(qū)建筑抗震設(shè)計(jì)中“大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高。

    (2)鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆樓板對(duì)結(jié)構(gòu)的“強(qiáng)柱弱梁”要求有較大影響，不考慮現(xiàn)澆樓板內(nèi)鋼筋對(duì)梁抗彎承載力的有利影響會(huì)導(dǎo)致“弱柱強(qiáng)梁”的結(jié)果。所以，在進(jìn)行“強(qiáng)柱弱梁”驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)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(duì)于防止整體倒塌已有較完善的要求和措施，而對(duì)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(guò)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(dá)到防連續(xù)倒塌的目的。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)     文徑網(wǎng)絡(luò)：呂琳琳  尹維維 編輯   文徑 審核)

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