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多层住宅,砖混和框架结构哪个更抗震?【转】  

2014-03-08 14:40:25|  分类: 土木工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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汶川地震以来,人们在购买住宅时更加关注房子的安全问题,也就是结构的抗震性能。据网上调查,超过98%的网友表示会关注住宅的抗震性能。是啊!人命关天,有了再好的房子,命要是没了说啥也没用。现在商品房的开发商往往向客户承诺自己的住宅产品能抗几级地震。也有人说框架结构的住宅抗震性能好,砖混房子抗震性能差,更有人说空心预制板的房子最不抗震、甚至要求取消空心预制板,云云。可现在的房价这么高,你如何让刚参加工作的年轻人一下子拿出许多钱来买房子呢?即使是按揭贷款的首付,也让人难以承受。于是许多人把眼睛盯向了二手房市场。但二手房便宜些的又是建造年代较早的空心预制板砖混住宅,又怕有安全隐患,真是让人左右为难。而且在现阶段,一些县级市也还大量开发砖混住宅楼。在这汶川地震接近一周年之际,笔者准备从一个专业的结构设计人员的角度来讲讲不同结构型式的多层住宅的抗震性能问题,为有兴趣的朋友补充一点结构抗震知识,或许对你能有所裨益。 

笔者首先从两个地震的概念说起。地震震级和地震烈度是两个完全不同的概念。地震震级是对地震时震源产生的能量大小的描述,而地震烈度则是对地震时地面建筑物破坏程度的描述。同样的震级,由于震源的地面深度、水平距离、地震波传播的地质介质不同,它对地面建筑物的破坏程度也不相同,也就是说它的地震烈度是不同的。比如说,去年汶川地震,震源为龙门山断层断裂,震级为M8.0,汶川和映秀地震烈度达到11度,绵竹、绵阳为8-9度,而成都地震烈度只有6-7度。我们建筑物的抗震性能是按地震烈度设计的,而不是按地震震级设计的。

在工程抗震领域,世上每次大震的震害都为我们积累了宝贵的经验教训。1976年唐山地震以后,我国在砖混结构上创立了用构造柱和圈梁来约束刚性砌体来达到结构抗震的结构抗震体系。1988年澜沧—耿马地震后,在修订1989版抗震规范时,明确了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三设防水准。后来云南地震、日本的阪神地震、台湾集集地区地震等都为我们抗震设计规范的修订提供了宝贵的经验。去年汶川大地震也为我们认识震害和工程抗震提供了更多的经验教训,我国在2008年8月4日对2001版《建筑抗震设计规范》又作了局部修订。从近年来的震害经验来看,按我国1989版以后抗震规范设计的建构筑物还是经受了地震的考验,有效地保护了人民生命和财产的安全。当然,对建筑构造的某些具体问题,还有待继续研究,才能进一步搞清结构的某些具体构造在地震中的抗震机制,制定出更加安全有效节俭的抗震构造措施。 

我们知道,结构的竖向构件在抗震中起着至关重要的作用。建筑物的竖向荷载通过竖向构件传给基础,水平荷载(包括地震作用和风荷载)也主要是靠竖向构件来承受(剪力)的。砖混结构的竖向构件是砖墙,而混凝土框架结构的竖向构件就是框架柱。如果地震中竖向构件被破坏了,建筑物就坍塌了,就彻底被破坏了。人民生命和财产就无法得到保障。

下面让我们来看看砖混结构住宅。从汶川地震来看,砖混结构房屋破坏的都是90年代以前的建筑物,或是没有按规范设置足够的构造柱和圈梁的。而按规范设置了圈梁和构造柱的砖混房屋,在大震下尽管墙体已经开裂破坏,但被圈梁和构造柱箍住,墙体并没有倒塌,从而达到了“大震不倒”的设计预期。白鹿镇小学教学楼和漩口中学教工宿舍就是例证。而破坏最严重的是大开间大窗洞的教学楼,9米的大开间,中间用两根进深梁代替横墙来承受楼板的荷载。而大梁的两端仅仅是搁置在窗间墙上,下面没有设置构造柱。因为墙体的破坏或外闪,预制板才跌落下来。按现行抗震规范,预制板不应是简单的搁置在墙上,而是和圈梁要有钢筋拉结,板和板之间也要有钢筋拉结,从而使预制板形成整体受力,对竖墙也有约束作用,才能有效地抵抗地震作用。震害实例中除了没有按规范设置好圈梁构造柱外,还有单柱的内框架结构(梁的中部有一个混凝土柱,另两端搁置在砖墙上)、单柱框架砖混结构(前排为混凝土柱,后排梁搁置在竖墙上。多为前面为车库门,没法设置纵向墙的情况),在地震中破坏严重。

而砖混住宅楼为小开间结构,一般开间在3米左右。客厅的开间大些,一般为3.9-4.5米。一般没有搁置在窗间墙上的进深梁,因而不会出现教学楼大开间的情况。因而按现行抗震规范设计的设置了圈梁构造柱的砖混住宅楼是具备抗震能力的。 

我们再来看看框架结构住宅楼。大家知道,框架结构为柔性结构,而砖混结构为刚性结构。这就决定了它们在地震作用下变形的不同。应该说柔性结构能够吃掉一部分地震能量,因而它的抗震能力更加优越。但在去年汶川地震中,映秀镇漩口中学建于2007年的三层混凝土框架结构教学楼严重倒塌,而它附近的四层砖混结构办公楼和五层砖混宿舍楼尽管破坏严重,却没有倒塌。这向我们说明了一个什么问题呢?

我们前面说过,结构的竖向构件在抗震中起着至关重要的作用。在抗震设计中,设置多道防线是保证建筑物“大震不倒”的保障。在设置了圈梁构造柱的砖混结构中,砖墙被破坏了,可被圈梁构造柱箍起来的墙体还不倒塌,这就是抗震设计的第二道防线。而纯框架结构,由于大震时变形大,失稳倒塌后,建筑物也随之倒塌,没有第二道防线。从这个角度来讲,它的抗震性能较差。

按现行抗震设计规范,框架的设计预期是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”,来保证框架结构的抗震性能。“强柱弱梁”的理念就是要保证在地震时,让梁端先出现裂缝,形成塑性铰来吃掉一部分地震能量,而保证柱子这个竖向构件不坏。但这次汶川地震,却发现很多框架结构都是在柱端发生裂缝,或底层柱压塌。而框架梁却完好无损。这就没有实现抗震设计的预期。究其原因,主要是现浇板增强了框架梁的刚度,使梁的实际刚度大于理论计算值。

混凝土高层规范曾规定,高层建筑不宜采用单跨框架。新修订的抗震规范更加明确规定,高层建筑不应采用单跨框架,多层建筑不宜采用单跨框架。两根柱子一根梁就构成了一榀单跨框架,三根柱子两根梁就构成了一榀两跨框架……1999年台湾集集地区地震,震坏的均为单跨框架,而多跨框架几乎没有破坏。这次汶川地震同样如此,破坏的框架结构教学楼都为外挑走廊的单跨框架,而外廊加个柱子的教学楼却没有倒塌。这就说明了单跨框架的抗震能力很差。但在我们现在的框架结构住宅里,经常看到这种单跨框架。这是因为,开发商为了迎合消费者的多种需求而设置的。比方每个卧室开间不同,客厅和餐厅、厨房的开间也不同,造成横墙前后不对齐而形成的。更有甚者,连单跨框架也构不成,梁的一端有柱,另一端干脆搭接在与之垂直的梁上,这是绝对不允许的。可这种情况在大连市的住宅建筑中却时有发现。这样的框架结构能安全吗?这种前后墙不对齐也是近些年砖混结构设计中的问题,使砖混结构的抗震性能也大打折扣。为了最求商业利润最大化,开发商还经常限定设计单位设计住宅楼每平方米的用钢量,迫使结构设计时钢筋用量省了再省,也给建筑抗震带来了安全隐患。

最后我们再来说说空心预制板问题。多次震害调查表明,预制板伤人只是表面现象,而实质问题是砖墙倒塌才导致了预制板的坠落。如果墙未倒,哪怕板只搭进墙一公分,板也不会落下来。所以,只要是按规范设置了圈梁构造柱,而且预制板进行了可靠拉结的砖混结构是具有良好的抗震性能的。而框架结构,若柱子压塌了,预制板同样会坠落。换成是现浇板呢?竖向构件垮塌了还不是照样要坠落伤人?而现浇板使用钢筋和混凝土又多,重量又大,按照牛顿第二定律(F=ma),地震效应也大。现浇板要是把人压在下面将更不便于震后抢救。所以,我们真的没有必要害怕使用了空心预制板的建筑。 

2009年4月27日

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