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1、汶川地震建筑震害调查分析 ,报告人:叶列平特邀专家简介:叶列平, 清华大学教授, 博士生导师。 国际土木工程 FRP 复合材料学会理事, 中国建筑学会抗震防灾分会常务理事等。 主要从事混凝土结构基本理论、 钢骨混凝土结构、 高强 混凝土结构、 预应力混凝土结构、 建筑结构抗震与减震分析理论和设计方法、 纤维增强复合材料 及工程应用、混凝土结构加固技术和计算理论等的研究。叶列平:前面听了那么多精采的报告,下面我就这次汶川地震中的框架结构中的很多问题做 了一些探讨。这个图片是一个小学,这个是有外廊的,有构造柱的,这种新的抗震规范设计的楼 多了一个抗震的层次,性能就比较好。所以对于未设防的砌体结构,
2、 基本都是唐山地震的重复,按照 89规范以后设计的,采取圈梁 和够昭著措施的砌体结构, 大多震害比较轻, 很少发生脆性破坏倒塌, 因此砌体结构主要是如何 落实抗震规范执行的问题, 特别是落实圈梁和构造柱抗震措施, 需要进一步研究的工作可能并不 多。主要是落实的问题,设计、施工、执行规范的力度问题。框架结构的震害问题很多,前面有很多的介绍,最主要的问题是填充墙破坏严重,未实现强 柱弱梁。 框架结构的震害大概有这么几个问题, 一个是维护墙和填充墙的严重开裂和破坏, 填充 墙造成短柱剪切破坏,柱剪切破坏,梁柱节点破坏等等。这是填充墙破坏的照片,不多说了,会 造成一定的人员上网,造成恐惧的心理,真黑的
3、修复工作量很大,费用很高,规范对可修没有明 确定义, 这是错层造成短柱剪切破坏的照片, 其实只要预留缝就可以解决这样的问题, 对于这样 没有办法避免的短柱, 可以采用连续的箍筋约束混凝土的办法增强, 这个是连续箍筋约束混凝土 的柱子,这个是一根钢筋,施工其实也很方便,这是非常好的一个,已经成熟的技术,但是在我 们国家一直推广不开,不知道什么原因,钢的外套管的柱子的问题,概念很简单,这是箍筋约束 混凝土,可以防止外面的保护层脱落,可以很容易的提供有效的约束,并且还可以作为模板用, 这个钢的外套和钢板混凝土概念不一样, 只是在柱身这一段里面有一个钢的外套管, 这个延性很 好,可以防止短柱的剪切破坏
4、。相关的研究还不是很多。这是柱的各种各样的剪切破坏的情况, 这个照片也是一个有代表性的,箍筋不少,但是都放在了底下,这个是偷工不减料,这是管理施 工的问题。 抢剪弱弯的问题, 即使柱端先发生弯曲破坏形成塑性铰, 巨大的轴压易使混凝土压溃, 严重削弱柱端抗剪能力。 连续箍筋技术可以防止柱端混凝土强度严重退化。 底层侧移郭达, 并导 致倒塌,这个前面介绍过了。这柱端出现塑性铰,未实现强柱弱梁屈服机制,要实现强柱弱梁, 最起码要看上去就像强柱弱梁, 还有一个是施工阶段的裸框架, 承重墙还没有进来, 可以看到填 充墙的重要性。下面重点讨论一下没有实现强柱弱梁屈服机制的原因和改进的建议,这个强柱弱梁为什
5、么要 实现屈服机制,这是地震是整个的,必须在结构的方案上有一个整体的方案,所以在美国,讲到抗震的时候, 有一句话, 做结构方案的时候, 必须考虑整个结构抗震, 不能说, 按照一般的考虑, 所以这是整体的可以耗散大量的地震的能量, 而且是一个稳定有序的机制, 同样的, 这种整体性 的屈服机制也可以, 日本的一个抗震规定中, 也给出了整体性屈服机制。 我们国家对这块是研究 的不够, 有关屈服机制, 今年的六月份专门有一个文章讨论结构的抗震问题, 我们既然要讨论强 柱弱梁的屈服机制, 首先看看我们国家的抗震规范关于强柱弱梁的屈服机制的规定, 这是一个公 式。 如果满足这些条件的话, 用这个公式还是可
6、以做的, 但是我们实际上可能没有达到这些条件。 影响强柱弱梁屈服机制的原因,有很多,看起来很简单,其实很复杂,前面有专家也说了, 填充墙是一个很重要的因素, 第二是楼板的因素, 还有框架梁宽度和荷载过大使梁截面尺寸增大 等等。填充墙的问题前面已经讨论了很多,填充墙等非结构构件的影响,首先是可以作为结构的第 一道抗震防线, 首先破坏并能耗散地震能量, 所以就要允许他开裂和破坏, 这个里面顺便说一下, 这次地震当中,我们看到了很多的破坏,比如这样不行那样不行,其实我们还要想清楚一个事, 就是说, 哪些破坏是在我们预定的范围之内的, 哪些是超出了我们预测的范围之外的, 如果是以 内的就是可以接受的,
7、 第二是填充墙会影响框架结构的内力分布, 三是可能造成结构实际抗侧刚 度分布不均匀,这个例子前面已经讲过了。这个也不多说了,已经放了很多照片了。这些原因就会改变整个结构的整体受力机制,使得整体机构难以形成强柱弱梁的屈服机制, 这个原因加剧了结构的地震破坏。抗规也有规定,但是这些规定没有可操作性,怎么做没有给。 而且实际工程中,填充墙的类型很多,布置复杂,与框架主题结构的连接构造也多种多样,具体 如何考虑十分复杂。 这个里面我想处理填充墙的问题, 关键还是清楚填充墙的结构功能和设计目 标,分两个方面,一个是填充墙的目标,你是参与到结构受力里面,还是不参与到里面。如果是 参与结构受力就可以作为一道
8、抗震防线, 就应该跟周边的框架可靠的连接形成组合墙, 并应沿结 构竖向连续布置,如果不参与结构受力,目标很明确,那么你就跟周边的框架做足够的隔离,分 开。应该说填充墙作为第一道抗震防线是一种很好的整体结构抗震设计思想,但是按照这种思路 设计时, 填充墙在中震下发生开裂应属于正常预期目标, 但大震下填充墙不倒塌。 同时应该把这 个墙作为整体结构抗震的组成部分, 在整体结构的抗震分析和设计中就要给予仇恨的考虑, 相应 的措施要跟上, 施工中也要落实。 我们看个例子, 这是绵阳地区的, 这个填充墙里面再加构造柱, 这个墙就没有问题,这是一个高层的结构,材料是一样的,但是这个填充墙外面开裂比较严重,
9、但是主体结构基本没有问题, 我们到绵阳参加房屋快速评估的时候, 我们就住在这个楼里面, 我 们是搞结构的,觉得没有问题,但是服务员是有点担心。因为时间关系这个不详细说了。如果填充墙不参与结构受力就跟周边要设缝,日本现在的非结构构件就是全部使用钢筋混凝土的,这样跟结构的关系做起来很好做,这是用钢筋混凝土。对这个案例,我们也做了一些分析,如果是按照裸框架分析,其实也出现了一些柱角。填充 墙是一个最复杂因素, 影响也是最大的, 所以要明确填充墙的抗震设计目标和乡野的配套构造措 施, 如果是要把强柱弱梁作为包括填充墙在内的整体结构抗震的屈服机制设计目标时, 预期出铰 的框架梁上不应设置填充墙,或填充墙
10、与框架柱之间应预留足够的缝隙。下面讨论一下楼板的影响,楼板与框架梁一起现浇,两者可以结合良好,共同工作能力还, 可显著提高框架梁的能力。 抗规也没有做具体的规定, 楼板的影响许多研究表型, 楼板内的钢筋 会使框架梁的实际抗弯承载力增大 20%到 30%,甚至有些情况会增大近 1倍。在考虑楼板影响 的时候, 有两种设计思路, 一个是计算梁截面抗弯承载力的不考虑楼板翼缘, 代之以提高柱梁强 度比,间接考虑楼板的贡献,第二是维持现行规定的柱梁强度比数值。后一种方法里面又有两种处理守法,一个是 ACI 方法,把楼板考虑进来,我算,算了以后满 足框架的强度比就可以了,还有一个是新西兰的方法。第三个因素是
11、框架梁宽度和荷载过大使梁截面尺寸增大。这个是梁端超配筋和钢筋实际强度超强的问题。导致梁端钢筋超配的因素,第一,楼板中配 进未考虑,第二,结构内力分析计算简图按构件轴线考虑。第三,框架梁配筋由裂缝或变形条件 控制等等。解决这些的办法是用实配验算。此外,梁端钢琴实际强度的超强也是一种超配。欧洲新西兰和日本规范,都对预期塑性铰部 分的钢琴材料性指标有更为严格的规定, 如对钢琴屈服强度编译率限制、 强屈比限制、 延伸率要 求等,我国目前还没有这么具体。第五个问题是柱轴压比限值规定偏高,这次地震中,框架结构的柱子看上去大多太细,以至 于框架柱比较容易出铰。 轴压比过高有什么问题呢, 会导致框架柱截面尺寸
12、偏小, 使得在以下几 个方面降低实现强柱弱梁机制的可能性,第一,框架柱截面尺寸偏小,框架柱端抗玩力臂较小, 不利于保证柱端受弯承载力,第二,正常使用状态下,框架柱处于高受压,第三,框架柱截面尺 寸偏小,框架柱刚度偏小,柱量刚度比偏小,不利于实现强柱弱梁的机制等等。我们看看,日本 规范的轴压比比我们低很多, 我们看日本的柱子, 这个柱子是预防在先, 他差不多也是四层的结 构,和我们的柱子一比,大家就可以看出来。还有一个,柱子的最小截面尺寸问题,是 300乘 300,然后再由轴压比限值控制,建议案抗震等级规定柱最小截面尺寸,这次因为出现了强梁弱 柱的机制,所以我们在一些讨论场合说,有一些专家说框架
13、结构不要用了,还不如砌体结构,关 键是柱子太细了, 柱子粗了就没有问题, 配筋少了也不可靠。 我们要注意到强柱弱梁是在大震作 用下形成的, 另一种教委简便的强柱弱梁设计的计算方法是, 框架梁内力按小震计算确定, 框架 柱内力按大震弹性计算确定。最后一个说一下,梁柱的可靠度的差异正常十月情况下,结构主要是承受竖向荷载,所以框 架梁是弯矩作用,出现的问题是比较多的,柱子主要是受压力,所以柱子的问题不是很多,因此 工程中一般对梁的关注多于柱, 但是大震发生的概率是很小的, 所以注资的抗震性能中存在的很 多问题,就没有引起关注,但是如果大震来了就迟了,从可靠度角度分析,是这样的问题,正常 情况下,梁的
14、安全储备是低于柱子的,但是地震作用下,柱子的安全储备是低于框架梁的。不能 说我们设计的房子多大的跨度,多少层,多少年了,没有问题,但是没有经受过地震,你怎么知 道这个柱子够呢, 对于纯框架结构来说, 一般认为只有一道防线, 一旦因为影响框架柱的诸多不 利因素导致出现强梁弱柱的层屈服机制, 非常容易造成局部楼层的坍塌。 如果目前不能大幅度提 高框架柱的提高,可以采用这样的方法,一部分柱子增加储备,这个机制在日本是允许的,因为 是整体型的,算这个柱子的时候,只考虑承受竖向的压力。最后说一下早上隔震建筑,我提出这么一个思想,隔震建筑在这次地震以后会得到推广,但 是还是会有一些问题, 我提出的是柔性底
15、层隔震建筑, 所以我提出来的这个建筑呢, 底下做一个 柔性的承担力特别小的, 这个里面不住人的, 是作为其它的用途, 因为这个大震或者超大震是上 千年一遇的,下面这个坏了就算了,上面的可以保住,我们看到徐工的照片上,花盆都没有掉下 来,当然这样的建筑是很便宜的,可以保护生命,可能比隔震建筑更便宜一些。最后总结一下,实际工程中有很多的因素使得框架磷的受弯承载力和刚度增大,而框架柱无 依无靠, 几乎没有什么因素能增加框架柱的受弯承载力和刚度, 如果这些因素没有在设计中给予 充分的考虑, 就会使得框架结构强柱弱梁的屈服机制的计算条件无法满足。 由于实际工程中能够 增加框架柱的受弯承载力和刚度的因素很
16、少, 规范应给框架柱留有足够的储备, 最简单的方法是 控制框架柱轴压比限值, 增大柱的最小截面尺寸。 设计人员应该充分的认识到, 框架柱在整体结 构抗震能力中的地位特别重要, 任何过多的关注和增加柱的截面积配筋的考虑都不会过分, 至少 会弥补目前框架柱在地震作用下的安全问题。汶川地震中部分房屋结构震害原因分析 ,报告人:吕西林特邀专家简介:吕西林,同济大学结构工程与防灾研究所所长,教授,博士生导师。中国建 筑学会建筑结构分会副理事长及抗震试验技术专业委员会主任委员; 土木工程防灾国家重点实验 室学术委员会委员; 中国地震学会理事及地震工程专业委员会副主任委员; 全国超限高层建筑工 程抗震审查专
17、家委员会委员等。 长期从事工程结构抗震及振动控制、 高层建筑结构分析与设计理 论、结构检测与加固的新技术新方法、重大工程的安全监控等研究。吕西林:各位代表大家下午好,很高兴参加这次会议,并且跟大家汇报一下我们在灾区工作 的一些情况, 我的主要内容有下面四个方面, 第一个是现场房屋震害评估及考察, 第二是典型震 害原因及初步分析,我们这里强调一下是初步分析,第三是对提高建筑物抗震防灾能力的建议,第四是在防震工程中积极采用成熟的高新技术。第一是现场房屋震害评级及考察,所有的评估工作很简单,一方面是什么房屋是不能用的, 有危险的,不能进去的,还有一类是可以用的房子,让大家临时可以用,这只是应急评估,
18、这是 我们当时在现场的情况, 我们去了以后, 是在广元市和青山县的路上, 这个路上不时有山体滑坡, 这个是地震灾区主要的一些县城, 这是县城的分布图, 红色的地方是我自己去过的地方, 从这个 地震发生到八月底我去过七次, 累计工作时间一个多月, 主要是三个任务, 一个是房屋应急评估, 还有一些政府部门邀请的再评估, 第二是我们援建一个都江堰的小学, 第三是我们同济大学负责 北川地震遗址公园的规划策划。 这个是国家地震现场应急工作队公布的第二套和最终的图, 上午 谢老师也公布了这个图,大体的内容差不多,这次地震有两个重灾区,一个是映秀,还有是北川 县城为中心的地区。第二个是典型震害原因及初步分析
19、,我们结合我们看到的情况进行一个归纳,第一是地震烈 度极大是这次地震灾害的主要原因, 这次地震有十个极重灾区, 这些灾区震前的设防烈度为七度, 这次的烈度达到了八到十一度,这个是大家公认的。这个是北川县城震后一角,北川县城已经被铁丝网围起来了,这些照片看到,有的房子还是 可以用的,这个是新城区,这个是老城区,实际上这些房子到里面看的话,就比较惨了,有的已 经破坏的非常严重了, 这个是办公楼两层都倒塌了, 上面还可以用, 这个房子中有些人还是可以 逃出来的,这个是滚石砸向房屋,这个是山体滑坡引起的,还有一些更惨的照片,第二个是未设 防的旧房屋倒塌和破坏严重, 但是按照国家规范和标准正常设计施工和
20、正常使用的房屋都具有很 好的抗震能力,这个是青川县城,是 5月 18号我们拍的,这个是没有设防的房屋,这个是新规 范的房屋,对比非常明显,这是一些老房子和新房子的对比,这是一个青川县城的一个 2001年 按照规范设计和建筑的, 他也没有什么大的破坏, 这是在青川县城里面的小学建筑, 没有一个校 舍倒塌, 基本没有大的破坏, 也是按照新规范设计的, 另外是青川中学, 也是没有任何大的破坏, 只是一些小的裂缝。第三各体会是违章建筑尽显原形,破坏严重,首先是盲目加层的,造成严重 珍奇甚至倒塌, 第二是屋顶违章搭建, 破坏甚至局部倒塌, 还有一些违章建筑我们后面可以用一 些照片看到。这个是阳台没有按照
21、规定封闭,这是一个居民楼,这个阳台的封闭得不好,所以破 坏的很严重,这是青川的一个破门开店的,是对结构进行了破坏。第四,屋面突出物破坏已经严 重,甚至倒塌,税务大楼屋顶突出物严重开裂破坏,这是规划与建设局办公大楼,屋顶上有两个 屋顶,全部压在了一起,这个楼下面也是可以使用的,但是他们不敢用,这个影响是很大的,这 是安县县城,一个五层的结构,屋顶上的楼梯间倒塌了,这是广元市人民医院的局部也倒塌了, 这是楼梯间的构造柱和墙体没有连接引起了破坏。 这是青川县有一个商务酒店, 这个结果是比较 好的, 基本下面没有任何大的结构性的裂缝, 但是屋顶上的基本已经断裂了, 这是青川县抗震救灾办公楼屋顶突出物的
22、倒塌,第五个体会是建筑结构平面和里面不规则的建筑物珍奇比较严重, 比如这个楼有凹进和突出,破坏比较严重, 这是 L 形的平面,也有了破坏,我建议以后地震区最 好不用面砖,没有任何用处,只是好看而已。这是青川县城的一个里面收进的建筑,我们其实是 有限制的, 但是大家没有很好的认识到, 这次地震就看出来了, 造成 了局部倒塌, 这是江油市, 他们城市里面的房屋没有多大的破坏, 主要是在江油市市区到乡镇的公路上破坏比较厉害。 这个 是都江堰按照新规范设计的, 但是他没有设防震缝, 所以屋顶上这个地方是现浇的屋面, 这个对 主体结构影响不是很大, 但是主要是影响居民的心理, 这个是在青川县城有一个房屋
23、防震缝没有 起作用,这样的斜裂缝最起码两公分以上,这些面砖根本没有作用,没有任何价值。有一个要说 明的, 非常有意思的有价值的, 是北川县有一个下岗职工宿舍是六层钢体结构, 有构造柱和圈梁, 但是这个建筑裂而不倒, 这是墙体破坏的情况, 后面还有一个照片说明, 当时和这个房子在一起 的有一个牌楼, 这个牌楼倾斜到五十公分也没有倒掉。 旁边也一些两三层的别墅都是大开间都倒 掉了。这个是德阳市的老旧砌体房屋基本完好,特点就是开间小,墙体多,实心墙质量好,这些 房子基本没有裂缝, 第七个体会是不同借给构件之间的连接, 框架结构中的填充墙震害特别严重, 倒塌也很普遍。 这都是一些填充墙的破坏, 这是填
24、充墙引起的破坏。 这是都江堰烟草公司的大楼, 这个实际上设计的时候是考虑比较周到的, 因为这里开间大一点, 他设置了一个构造柱, 试图把 这个墙分的小一点,但是这个地震太大,所以这个也倒掉了,这是华峰大厦,也有局部倒塌的情 况,这是都江堰的公安局大楼,这也是按照新规范设计的,主体建筑基本完好,但是剪力墙有开 裂,我觉得这个开裂是正常的,这是什邡市人民医院,主体结构基本没有破坏,主要是填充墙严 重开裂,框架基本完好。这样的破坏尽管对主体结构影响不是很大,但是影响还是发生的,把病 人放在这里心理上是不安全的。 第八个体会是地震中再现了强柱弱梁, 裂而不倒的设计理念, 也 发现了很多强梁弱柱的破坏,
25、 大家可以看到, 这个说明如果设计的话, 会出现强柱弱梁的情况的。 这是一个临街的建筑, 第九个体会是楼梯间的破坏很严重, 也很特殊, 一个特殊是他出现这样水 平的断裂, 还有一个是像刀子切的一样, 混凝土这样的裂缝是很特殊的, 大家后来认为可能是施 工缝的影响,这些也是楼梯间的开裂情况。第三,对提高建筑物抗震防灾能力的建议,第一是应合理确定结构抗震设防标准,使每一个 结构都具有一定的抗震能力,第二,制订好抗震防灾规划,第三,对边缘诚信的技术人员普及抗 震设计规范的基本原理和设计内容。第四,加强对执行设计规范、施工验收规范的监督和管理, 确保设计和施工质量。第五,适当提高大开间、大间房屋的抗震
26、设防标准,主要应体现在抗震措 施上,对重要构件要提高抗震安全等级,第六,抗震设防设计准的部分内容应该进行修改,这个 不详细说了。 第七, 对建筑结构体系不合理, 抗震能力弱的学校建筑应及时进行抗震鉴定和加固, 这个是学校的栏杆都倒掉了, 这个是五十年代的一个房子, 多了一批柱子, 主体结果基本没有坏,只是屋面上的瓦掉了, 第八, 对现有旧建筑进行抗震评估, 根据评估结果分期分批进行抗震加固, 需要继续排列的工作有加固新技术研究和应约, 新型加固材料和工艺技术研究, 加固设计理论的 基础研究, 加固技术标准的修订, 重点是公共建筑的抗震评估和加固, 但对大面广的居民住宅抗 震加固也应引起高度重视
27、,可能实施难度很大,可以结合旧区改造进行。这是这次修改以后的地震动态参数,这个我们从 6月 18号就公布了,大家可以下载看。 第四个内容,在防震工作当成采用成熟的高新技术,我觉得在我们抗震减灾工程中目前可以 用的技术有基础隔震技术, 这个技术比较成熟, 可以适用于新建工程和既有工程的加固改造, 第 二个是效能减震技术, 也是比较成熟的技术, 第三是主动或混合控制减震技术, 这个在日本有比 较多的工程实例,国内只有一个,而且做的非常成功。下面把国内各种效能减震技术的应用实例讲一下,这个是北京火车站的抗震加固,这个是用 的阻尼器, 还有北京展览馆的抗震加固, 这是中国建筑科学研究院设计的, 这个是
28、用阻尼器支撑 的, 这个是一个详细的图, 这也是一个阻尼器, 另外骇异我们发展了一个新型组合式效能减震体 系的工程应用, 这个有一个好处是橡胶支座起到一定的效能减震作用, 这是上海化工研究院的十 层钢筋混凝土办公大楼的抗震加固, 是我们同济大学设计的。 这个也是一个比较重大的工程, 是 上海港汇广场的商办楼抗震加固,他本来是十层的结构,现在加到了 18层,是全国面积最大的 加固改建工程,用了 88个阻尼器,两个橡胶支座双排的支撑,局部进行的加固,这个工程 05年就完成了。 还有一个新建工程中可以月的, 比如我们土木大楼七层钢框架结构采用了这个效能 减震体系, 是国内首次在全钢结构建筑中应约的,
29、 这个工程也已经投入使用四年时间了, 还有一 个是上海国际赛车场的新闻中心和空中餐厅。还有一个工程是上海世茂国际广场,是 60层高的 超高层建筑, 主要的结构设计碰到的问题是裙房偏心特别严重, 扭转的层间位移很谈满足设计规 范要求, 初步设计的时候拟用钢拉杆连接裙房和主楼, 后来我们做振动前实验的时候发现, 小震 可以,但是大震不行,不能满足大震的设计要求,这是拍的一些照片,后来我们采用了阻尼器, 采用了四十个阻尼器, 如果用拉杆的话需要七十个拉杆, 用阻尼器以后可以解决大震的问题, 这 也是 04年结构完成, 05年投入使用, 这是国际上的使用阻尼器的规模最大的。 还有一个位移型 阻尼器的应
30、用, 这是一个加固的工程。 这个是位移型阻尼支撑布置的示意图, 这是现场安装的图, 这是阻尼器,这是 06年 12月份时候拍的照片,这个工程 06年一个月就完成了,对工期没有影 响。还有一个新建工程是同济大学百年校庆综合楼,采用了油阻尼器支撑,这个用了 56个阻尼 器。最后做一个结语,首先我强调,宏观上看地地震作用极大是这次地震中城市建筑破坏的主要 原因, 但每个建筑破坏的原因详细分析还需要图纸资料和地震动记录, 第二, 为提高结构的抗震 防灾能力, 应严格执行行政法规和技术标准, 并体现在选址、 规划、 设计、 管理和使用等全过程,第三, 采用成熟的高新技术可以显著提高结构的防震减灾能力,
31、例如将效能减震技术应用于新建 工程和加固改造工程,可以取得降低工程造价和提高结构放在能力的效果。汶川地震灾害引发建筑结构设计者的思考,报告人:冯远特邀专家简介:冯远, 中国建筑西南设计研究院有限公司总工程师, 中国土木工程学会空间结构 委员会副主任委员, 全国工程建设标准设计专家委员会委员, 建设部专家, 中国钢结构协会专家。 冯远:各位专家、各位同行大家好,我今天发言的题目是汶川地震引发建筑结构设计者的思 考。汶川地震震惊世界,我们将永远铭记这一刻,我是来自地震区的结构设计工作者,亲历了这 次大地震, 地震发生以后, 我们院立即组织技术人员到灾区进行进行建筑物各震害考察, 由此引 发了我们对
32、现有的建筑结构设计、 施工管理的一些思考, 这些思考还不够深入, 借今天大会的机 会谈谈一些粗略的认识供大家参考。第一,现行设计能实现强柱弱梁吗?这个是一个六层的框架结构,上面是完好的,主要的破 坏是在柱,上下都出现了破坏,我们可以看到,这个这个混凝土已经破碎,但是梁非常的好,从 这个五层的建筑来看,他发生了明显的侧移,他也是柱端的破坏,这个也是出现了明显的侧移, 这也是一个柱出现破坏的情况, 可以看到这个柱子的中心已经严重的压曲。 从大量的图片我们可 以看到,都是出现了强梁弱柱的情况,没有看见我们所希望的强柱弱梁的现象,因此我们建议, 第一所有的框架梁祝的节点都应该按照实际的承载的弯矩和柱的
33、比例, 并且考虑现浇板、 梁双筋、 设计配筋的影响, 考虑竖向地震影响, 加强柱轴压比的控制, 提高底层框架柱的抗弯抗剪的能力, 提高抗剪能力,建议框架柱加密区箍筋采用螺旋或焊接封闭箍,限用单拉钩。第二,如何考虑框架、框剪结构中填充墙对整体结构的刚度贡献,这是底层的破坏情况,大 家可以看到,破坏的非常惨烈,柱子已经完成断了,这也是同样的,上部也是一个框架结构,上 面是有一个密集的空心砖的砌体, 而且是一个粗矿的大开间, 这是底部的一个破坏情况。 这个是 一个斜的楼,从背后可以看到,这个同样的底部是一个车库,这样就使这里成为一个薄弱层,这 个楼的上部是六十平米的小户型,由此可见,他上面的墙非常密
34、集,底部几乎没有墙体,所以可 以看到,上面的墙体几乎是完好的,没有什么裂缝。由此可以看到,填充隔墙布置不当引起框架 结构的严重破坏, 目前规范和现有计算手段无法量化分析填充隔墙对结构刚度的影响, 尤其对于 当隔墙不织布军运所造成的对整体结构的上下刚度、 水平刚度不均匀性缺乏定量计算。 这是一个 非常重要的问题,我们必须陈阵考虑,否则在今后的地震中类似的悲剧还会发生。第三,怎样合理设计框架,框剪结构中的填充墙。怎么样选择材料和怎么样考虑构造呢,我 们首先看看填充墙有利的一面, 这个整个结构是比较好的, 应该说没有什么损, 所以这个隔墙保 全了我们的结构,这是有利的一面,再看看不利的一面,我们可以
35、看到,这个隔墙引起了结构构 件的损坏, 这是在我们的实际生活中比比皆是的情况, 由于隔墙的设置导致了破坏, 这是一个非常有意思的例子,这是一个大学里面的学生公寓,他们修了十六个楼,前八个楼是这样的情况, 后面的楼是这样的情况,这两个楼有什么区别呢,我们可以看见,这个屋子是一个活动室,上面 的图片是四角设置了八个主子, 而后面的楼是把这些柱子取消了。 我们刚才看见了隔墙, 填充隔 墙对我们结构构件的破坏, 再看看他自身的破坏, 这是一个外墙的情况, 这个是典型的剪形破坏, 这些照片都是他的破坏形态,这次的填充墙的破坏非常的严重,这些破坏都会造成人员的伤亡, 这是地下的瓦砾,都是上面掉下来的,这些
36、会砸死多少人。这是楼梯间的情况,我们很注意他的 隔墙的安全性,从图片上可以看到,这个瓦砾已经把楼梯间堵塞,这个破坏非常的严重,如果所 有的逃生的人从这里通过的时候, 那这个隔墙的倒塌就使这些人房子不把他砸死, 也会被隔墙伤 害。所以我们特别要注意,今后设计中一定要注意,作为楼梯间的隔墙的设计,我们建议,楼梯 间的隔墙最好,有条件做混凝土否则的话,应该做全场的钢筋拉通,并且做钢筋网的四面。我们 小节一下, 填充墙的连接如果按照有利的考虑, 有耗能的作用, 不利是刚度参与整体工作不明确, 对结构构件造成破坏,对自身也造成破坏。轻质强板也许是高层、超高层建筑的选择,重视作为 重要逃生通道的隔墙围墙稳
37、定性。第四,建议提高竖向构建的最低配筋水准,现在市场经济中,房地产商的项目都有一个在合 同中签署的最低配筋率, 这样就不得不要求我们设计院在设计的过程中, 追求最低含钢率, 否则 我们的市场准入就有困难, 生存也有困难, 由于我们要最小最低的含钢率, 导致很多的建筑仅仅 是满足最低标准, 我们想象一下各项最低标准的叠加就导致安全度低, 并且加上我们现在施工是 低价竞标, 这样的建筑物就会出现能力不足的可能性, 所以我们建议规范提高最小配筋标准, 以 能保证设防区的结构有一定的安全度。但是我们看见,这个柱子的箍筋为什么出现这样的情况, 这个底下有一个拉钩,这个柱子的外面可能会减小,这个图可以看到
38、,这个箍筋被拉出来了,这 两个面可以看到, 这个钢筋是梁的钢筋, 是一个施工的错误, 本来梁的钢筋是应该放在柱子里面, 但是现在施工的错误导致放在梁的外面, 我们看到梁是很完好的, 正好限制了柱子的外部, 再看 这个图, 这个箍筋是很强的, 而且这个箍筋里面还设置了一道, 但是他太细了。 我们也可以看到, 如果我们的箍筋再强一点, 是不是我们的节点会更强一点。 成都这次结构的损害不是很严重, 主 要的损害是隔墙上, 大量的隔墙出现了破坏, 这个给修补带来很大的难度, 现在成都的市容市貌 也不允许大面积的搭架子修复外墙,这就给我们带来了一个问题。第六,加强框架结构的强度和延性,这个图是一个学校的
39、,两层的框架结构的破坏严重比三 层的砖混还要严重,这是两层的框架结构,里面是一个保龄球馆,可以看到柱子的损害很严重, 楼梯的损害也很严重, 这是一个三层的再建的框架结构, 里面也出现了很多的柱子的破坏, 这是 空旷的框架结构, 这个损害的也很严重。 所以我们感觉要加强框架结构的强度和延性, 建议要设 置支撑等一些措施。第七,设计规范中缺少中震大震的量化计算,对于中震可修、大震不倒的设防目标,设计中 缺少量化分析, 对状态目标不清楚, 震害显示竖向构件强度水准和延性水准不够。 加强性能化设 计。第八,楼梯破坏,这次的楼梯破坏很严重,很多的专家也看到了,很多的楼梯断成了几截, 主要是出现在框架结构
40、, 在砖混结构中的楼梯破坏是不太多的。 我们分析楼梯的破坏主要是充当 了支撑的角色, 承受了很大的拉压力, 使这些楼梯全部拉断。 这是一个楼梯的很严重的破坏情况, 这个梯梁已经下移了, 不仅自身破坏了, 而且导致了中间的整个损害, 所以这个平台板都耷拉下 来了。第九,用户二次装修造成了结构抗震能力降低,用户装修的时候使承重墙体改变,导致了抗 震能力的降低,我们可以看看,这是两个一模一样的楼,左边这个是完好的,右边是有局部的坍 塌和整体的坍塌, 我们各自取了一个相同的单元做比较, 左边完好的我们可以看到, 承重墙没有 改变,而右边的这个二层下面是一个大的洞,相邻的一模一样的两个单元,左边的可以看
41、到,所 有的门头都是连续的,没有改变,我们从这里可以看到,我们的重墙则完全拆除了,我们看到这 个是二层破坏很严重,而不是一层,就是因为二层的装修,他拆除更改了了承重墙,这个可以看 到,重墙的拆除是很普遍的,这个楼是下面塌了一层楼,最初的原貌是这样,可以看到,超过 6 0%的人家都是把这个重墙拆除了,只剩下里面的一个重墙,这样的房子能够抵抗震力吗?现在 住房私有化以后, 大家都要进行装修, 这个不能怪大家, 他们不知道装修会造成抗震能力的减弱 我们的政府有责任对他们进行树立这样的意识,而且应该对装修进行监管。第十,抗震缝的问题。十一,建筑材料、施工管理的问题,上午已经讲了,这里不说了。这个我们不
42、得不提一下五十年代的房子,这个楼板是很小的板,没有构造柱也没有圈梁,但 是他也没有一条裂缝,这个就是施工质量好,这个里面的人告诉我们,他在里面很安全,周围的 楼坏的一塌糊涂,所以施工质量好也是很重要的。十二, 农民自建房的抗震问题, 这个房子的没有构造柱的, 农民的建房这次地震中大量的倒塌, 是因为农民的房子都是自己和亲戚们一起完成的,所以我们应该对农村建筑进行标准化的工作, 对农村建筑进行监管, 政府要加强监管力度, 并且对农民进行抗震意识的教育。 这样他们在建房 的时候,才能重视抗震。十三,我们院设置了构造柱和圈梁的教学楼屹立在强震区,地震的时候整个楼随着地坪上升 了两米, 后来又慢慢的下
43、来了, 但是我们这个楼最大的裂缝只有这么大, 现在完全可以正常使用。 可以看见,这个楼有一点损害,这个楼不仅是抬高,而且是平移,整个的地坪往这边已经错进去 了,在整个断裂带的中部,还发生了一个挤压。十四,抗震墙连梁的破坏。十五,设计不当造成柱的破坏,这是一个大学的教学楼,这个楼是由于前面一个小小的附属 物, 导致了两根柱子的破坏, 其它都是完好的, 这个附属物紧贴在柱子上, 使这个柱成为了短柱, 造成了这么严重的损害, 我们的设计往往只注意重大的结构问题, 而往往忽略了小的方面, 所以 提醒我们,任何小的问题都不能放松。这也是一个非常典型的例子,这个部位的两边楼板不在一个标高,这也是,这么的的
44、梁配这 么小的柱,这个柱当然会被破坏了。十六,重视角柱,加腋梁柱的抗震设计。十七,竖向地震不容忽视,我是亲历了这次的地震,首先感到的是竖向的振动,然后才是横 向的振动,从灾害的现象来看也有竖向的振动,我们可以看到,底下没有出现什么问题,但是到 了顶层就看到一个水平的裂缝,这就是竖向的振动,这是几个竖向地震的震害情况。十八,重视突出屋面构件的抗震设计,我们可以看到,这是汉旺镇的,这些附属物的倒塌是 造成了非常大的危害, 这是著名的道教圣地, 青城山的山峦, 本来也四个小塔, 现在只有两个了, 这是江油的广播电视中心, 这是上面的一个铁塔, 这个铁塔本身地震的时候没有什么问题, 但是 支撑他的这个
45、柱,就是底层有四根柱子支撑这个塔,这个柱子出现了问题,由此可见,这些突出 屋面的边角效应是非常严重的。十九,底框结果的震害,我们可以看这些图。二十,砖混结构的震害,这个楼一共有十二个单元,我们也可以看到地震的方向性问题,这 个是一户人家的震害, 门不用开, 我们就钻进来了, 还是蛮危险的, 你可以看, 这是混墙的破坏, 也是一个非常典型的剪切体的破坏。 这个人家是斜字的裂缝, 他的纵横墙都有破坏, 而且破坏的 很严重。这是一个教学楼,是一个八字型的楼,这个楼的裂缝很有意思,左边的楼发生的剪切破 坏形态, 右边的横向发生了剪切破坏, 所以我们感觉地震的方向性在这里是有体现的, 这是江油 一个学校
46、的宿舍,这个表面没有什么问题,我们可以看到,外墙基本没有了,都是窗户,承重的 只有里面的两个墙, 所以都发生了剪切破坏。 这个也是我们刚才说的二次装修引起的损害。 这是 一个别墅,在这个区里面,他修了十栋这样的别墅,只有这个破坏最严重,他对面不到五米的别 墅基本是完好的,这个别墅的内墙基本破坏了,外面也是的,整个地基也有下沉,他的左邻右舍 都没有什么问题, 只有这个楼损害很严重, 这个也是刚才大家已经看见过的单元, 这个楼有局部 的坍塌, 我们认为局部的坍塌是导致了连续的坍塌。 这个楼是一个教学楼, 这个楼我们可以看到 地震的方向性问题。二十一,圈梁、构造柱在砖混结构中的作用。这一个小小的圈梁
47、可以把楼板支撑住,让大家 逃生,这个楼里面可以看到,没有构造柱,就这个圈梁使他没有坍塌。二十二,设备管线削弱墙体,这个墙壁由于密集设置的管线导致了墙壁的削弱,尤其楼梯间 的管线导致了墙体的坍塌,所以这个在我们以后的设计应该要重视这一点。二十三、弧形墙的震害。二十四,外之装饰的脱落、围墙的倒塌,我想介绍一下这个图片,这是一个大学的图书馆的 构架,整个大学只死了一位同学,就是被这个构架砸死的。这是一个宾馆的围墙,这个路里面有 一个小区。可以想象每天从这里走有多么的危险。二十五,大震后应将各震区的 PGA 值尽早的公布。二十六,合理制订城市设防标准。现在我们老百姓买房子法国知情权,他不知道他的房子投
48、 入中的比例有多少是用在房屋结构的, 他买房子只看宣传资料, 并不知道这个房屋到底性能是怎 么样的。我们可以看到,我们到江油去,那是一个很小的城市,我们到他们家去,可以看到他们家装 修的很漂亮, 但是他们损害的很严重, 现在我们了解到, 很多人家的装修费用和购房的费用差不 多, 我们的老百姓很热爱生活, 他们不知道应该把自己的钱投到哪里, 他们不知道宝马和夏利的 区别,我们有责任,应该给他们提供高品质的结构,我们提议要提高我们的抗震设防标准,这也 是一个江油的房子, 建筑非常的怪, 所以破坏也很严重, 这种豪华的装修所占的费用是非常大的。 最后我们介绍这个人家,他们告诉我们,他们家的装修费和他
49、们买房子的费用是一样的,但 是这个房子是整个不能用了,所以由此可见是多么可惜。最后我们介绍一下我们在灾区设计的建筑震害的情况,我们整个楼只掉了两块面砖,这个应 该是施工的问题,这是德阳体育馆,灾后做了一个避难所。老百姓无条件的把生命交给了建设者,我们任重道远。谢谢。刘康安:汶川地震灾害和日本地震灾害后对隔震减振新技术产业化的思考刘康安:前面很多的专家学者对汶川地震造成的损害分析了很多原因, 从学术上做了精采的报告, 我这个报告呢题目比较大, 从我们企业来讲, 我们很难做到题目的规范, 仅仅想从台湾和日本的 地震灾害提出一些国外的抗震减震技术的运用, 提出我们国内的一些差异, 作为企业来讲, 我
50、们 也想通过这个报告,把我们近几年的研究成果给大家做一个汇报。512汶川地震损失巨大,这是我们每个中国人心中难以忘怀的一个痛,随着时间的推移, 灾 难的阴霾终将消退, 恢复生产重建家园的繁重任务现实的放在我们面前, 我们需要的是行动和力 量。 今天我将汇报的题目是从四个方面, 第一是日本地震后为什么出现几乎为零的死亡现象, 第 二是台湾现在防震减震建筑的趋势,第三我们目前在抗震减震技术及相关产品的研发状况。这是 03年北京的北海道地震,当时是八级地震,这次地震包括我们国家东北地区,以及整 个日本东部,伤者 400多,当时死亡人数只有一人,而且不是直接的导致死亡,这个地震强渡 大,影响范围广,但
51、是造成的损失微乎其微,主要得益于日本的防震工作做的比较好,日本是一 个地震多发国家, 目前抗震设计方法为分为两类, 一个是加强建筑物的刚度和强度的方法, 另一 类是以增加建筑物的塑性变形性能来吸收和小脑地震输入能量的方法, 最大的特点是不是通过建 筑物本题来吸收地震能量, 而是通过各种阻尼器来吸收能量, 免震结构是在建筑物的下部设置既 能支撑建筑物本题重量, 又具有在水平方向自由变形能力的免震层, 将地震时产生的水平变形集 中于免震层, 在免震层中, 设置用于吸收和消耗地震输入能量的阻尼器, 免震结构还适用于对旧 建筑架构改造等。减震消能结构, 是在建筑物的内部设置阻尼器, 阻尼器随着建筑物的
52、变形和运动速度而发挥其衰 减作用, 这些阻尼器多种多样。 时间的关系这里就不一一介绍了, 通过日本地震使人们认识到免 震和制震结构的好处。第二个台湾防震减震建筑的趋势和现状, 台湾也是一个地震活动非常频繁的地区, 这几年也 发生了很多的地震, 35年和 99恩年的地震最为惨烈, 现在一般的案例里, 耐震结构是最基本的 需且, 随着现在台湾社会越来越重视防震工作, 建筑防震结构越来越受到重视, 台湾的开发商都 把阻尼器的安装作为楼房的销售亮点, 台湾不管政府还是民众, 意识都比我们国内的意识有所增 强,建筑物在遭受地震时,利用其结构本身的强度和韧性吸收消耗地震力,并安全支撑建筑物。 制震结构是利
53、用装在设在建筑物上吸能装置结构, 来吸收消耗地震能量, 控制建筑物各振动反应, 抑制建筑物上部结构产生较大反应加速度与位移, 减低地震时结构体的损毁。 隔震结构, 防震设 计除了针对结构系统之外, 还包括全方面的耐震固定处理, 未来的防震措施需要在大地震时需要 达到人身保护、 财产保全与建筑技能维持这三项要点, 台湾目前出现更多的抗震设防的建筑都基 于此。作为我们目前抗震减震技术及相关产品的研发状况方面, 我国抗震减震技术及相关产品的研 发工作起步比较晚日本和美国, 但是这几年已经也了很大的进步和很快的发展, 基本上跟上了世 界上抗震减震技术研发的脚步, 个别重要建筑结构中已经鲜有运用。 影响
54、建筑抗震性能的因素很 多, 地震时建筑物承载能力不足或者连接强度不够, 是导致建筑物倒塌的两个主要原因, 台湾和 日本关于免震和制震的做法非常值得我们借鉴和学习, 近几年我们在这个方面做了一些探索性的 研究和工作。一个我们做了消能减震产品阻尼器的研发,这个是我们和东南大学 99年研发的, 另外是我们其它一些产品, 这些结构利用流体传动控制理论中的压力形成、 传递、 能量转换和压 降原理,是一种典型结构消能装置。我们在研发过程中,分别在香港理工大学、广州大学、东南大学、河海大学等多次进行力学性能的实验,这个实验包括温度、寿命、老化、振动等实验,实 验的结果表明, 我们的阻尼器符合国家的相关规范要求, 达到了国内外同类产品的水平, 包括台 湾在内的多个钟点工程上成功运用
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