我国高烈度地震区地震情况及建筑结构的性能设计.docx

我国高烈度地震区地震情况及建筑结构的性能设计 刘丹摘要：中国是世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一，历次的地震对我国都造成了严重的人身财产损失，建筑结构设计上应把握好减震设计要点。关键词：高烈度；地震灾害；结构性能设计一、我国高烈度地震区地震灾害常识根据地面及房屋等建（构）筑物受地震破坏的程度，我国将地震烈度划分为12度。地震烈度的划分如下：3度：少数人有感，仪器能记录到；4-5度：睡觉的人会惊醒，吊灯摆动；6度：器皿倾倒，房屋轻微损坏；7-8度：房屋破坏，地面裂缝；9-10度：桥梁、水坝损坏、房屋倒塌，地面破坏严重；11-12度：毁灭性的破坏。7度以上为高烈度。国家防震减灾规划（20062020年）中写到，中国是世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一。中国占全球陆地面积的7%，但20世纪全球大陆35%的7.0级以上地震发生在中国。中国大陆大部分地区位于地震烈度6度以上区域；50%的国土面积位于7度以上的地震高烈度区域，包括23个省会城市和2/3的百万人口以上的大城市。20世纪全球因地震死亡120万人，中国占59万人，居各国之首。二、我国历次大地震及震害情况2.1 选录我国历史中大地震及损失1976年河北唐山地震。7.8级，是中国历史上一次罕见的城市地震灾害。地震破坏范围超过3万平方公里，共造成24.2万人死亡，16.4万人受重伤；毁坏公产房屋1479万平方米，倒塌民房530万间；直接经济损失高达到54亿元。1985年新疆乌恰地震。7.4级，造成房屋倒塌3万余间，67人死亡，200人受伤。1996年云南丽江地震。7.0级，人员伤亡人数为17221人，其中309人丧生，3925人重伤，房屋倒塌35万多间，损坏60.9万多间，直接经济损失达40多亿人民币。2008年四川汶川地震。8.0级，是中国一九四九年以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震，直接严重受灾地区达10万平方公里，地震造成遇难人数69229人，受伤374643人，失踪17923人，直接经济损失8451亿元人民币。2013年四川雅安地震。7.0级，震中龙门乡99%以上房屋垮塌，造成196人死亡。2.2 震害情况以汶川地震为例子，统计大地震下建筑震害的情况，如下：2.2.1 中、小学教学楼倒塌严重。教学楼特点为单跨、大开间、跨度大且长悬臂走廊阳台，结构特点为抗震防线少，纵横两个方向刚度不均匀，地震扭转效应明显，抗震性能差。2.2.2 砖混结构、底部框架结构易发生整体垮塌，或者上部破坏。砖砌体结构延性和整体性都相对差，地震中受到的冲击大。2.2.3 采用预制板装配式或装配整体式楼盖屋盖局部或者整体垮塌。预制板本身没有问题，但预制板与支承墙或梁之间的连接很难做到可靠牢固，当承重结构承载力不足时，预制板必然掉落。2.2.4 建筑造型不规则，刚度突变或者楼板不连续等。2.2.5 其他原因：如伸缩缝、沉降缝、抗震缝间距过小造成碰撞破坏；阁楼、突出构架等，鞭稍效应严重，破坏很大等。三、结构的性能设计我国地震区域不少，历次地震的情况和灾害研究都推进了减震理论成果。新抗震规范建筑抗震设计规范GB 50011-2010及新高规高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32010都有提出结构抗震性能设计。性能设计是结构抗震设计的精华所在，房屋的重要性及使用功能的不同，结构或结构部位及结构构件的抗震设防目标也不完全相同。建筑的抗震性能设计，立足于承载力和变形能力的综合考虑，有针对性也有灵活性。既可以针对整个结构，也可以对某些部位或关键构件，在承载力及变形能力间寻求平衡点。抗震规范规定了“三水准的设防目标”的性能指标：小震不坏、中震可修、大震不倒。3.1 严格执行规范的要求，“大震不倒”是建筑里结构措施的重要使命我国建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2004）中，将建筑根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类和丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑。乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或者需要尽快恢复的建筑，丙类建筑应属于除甲乙丁以外的建筑，丁类建筑属于次要建筑。建筑工程抗震设防分类标准对学校建筑的抗震要求如下：教育建筑中，人数较多的幼儿园、小學的低层教学楼，抗震设防类别应划为乙类。如何具体在设计上实现上面的要求呢？我国目前的设计要求实现“三水准两阶段”，前面上的三个层次，就是通俗说的“三水准”，其要求用“两阶段”设计来保证。第一阶段为结构设计计算阶段，主要任务是承载能力计算和一系列基本抗震构造措施设计。确定结构方案和结构布置，用小震作用计算结构弹性位移和构件的内力，并用极限状态法设计各构件（譬如确定配筋或者确定型钢类型），同时进行结构的抗震变形验算，按照延性和耗能要求，采用相应的构造措施。这样就基本可以做到保证前面所说的“三水准”中的前两个水准：小震不坏，中震可修。第二阶段为验算阶段，主要对抗震有特殊要求或者对地震特别敏感、存在大震作用时容易发生灾害的薄弱部位进行弹塑性变形验算，要求其值在避免结构发生倒塌的范围内。如果层间位移超过允许值，认为结构可能发生严重破坏或者倒塌，则需要对薄弱部位采取必要的措施，直到满足要求为止。通过计算和构造措施，通过弹性阶段的设计计算和塑性阶段的验算，实现“小震不坏，中震可修、大震不倒”的抗震要求。3.2 尽量减少使用砖混的结构方案，避免使用预制楼板砖混建筑物的特点就是经济，建造快速，施工技术简单，而在我国比较贫困的地区频繁使用。砖混建筑的最大弱点是整体性差，抗震性能弱。特别是教学楼。由于开间大，窗户大，因而墙体面积少。特别是低层教学楼多采用砖混结构，一般采用单面外廊设计，外廊多由柱子支撑。尽管加入了混凝土的构造柱和圈梁，但在砌体结构中，墙体仍然是主要的受力构件，构造柱和圈梁只是作为一种抗震措施，起到约束墙体，提高房屋整体性的作用。当发生大地震时，一旦墙体破坏，构造柱和圈梁不能独立撑起楼板。因此，砌体结构不适宜教学楼这种需要大空间，大窗户的特殊建筑。教学楼宜采用框架结构，这样既满足大空间，大窗户的要求，又提高抗震性能，只是框架宜采用三排柱布置、外廊设一排柱增强稳定性和安全性。若教学楼结构体系在不严重影响使用功能的情况下，采用框剪结构更合理，增大抗侧刚度，在地震作用下位移较小。对幼儿园、小学低层教学楼、敬老院、福利院、残疾学校等自救能力较弱人群，应不折不扣按建筑工程抗震设计分类标准乙类执行。预制楼板，在唐山地震发生后，就被称为“棺材板”，应避免使用，甚至全面取消。预制板本身没有问题，但预制板与支承墙或梁之间的连接很难做到可靠牢固，当承重结构承载力不足时，预制板必然掉落。使用现浇楼板好处很多，跟墙梁等承重构件一起浇捣，得到可靠连接，同时在一定程度上起到框架梁翼缘的作用，提高整个结构的抗震性能。3.3建筑造型应满足抗震安全需要3.3.1对建筑的各方面参数进行审核和调整：3.3.2抗震缝的宽度在现行的抗震规范中有规定，应严格按照规范的条文执行，不该为了追求美观而减小宽度。同时，对于高烈度地区，缝两侧还应该设置抗撞墙，并要求施工单位在结构施工完毕后，及时清理缝内模板和垃圾等，保证缝内无障碍物，真正起到抗震缝的作用。3.3.3阁楼、突出造型的鞭稍效应大，应尽量避免。高烈度地震区建筑造型应满足抗震安全需要，不能主次倒置，置安全于不顾，一味追求新、奇、异。建筑体型力求简单、重量、刚度对称和均匀分布；避免立面，平面上的突然变化和不规则形状。不做或少做地震易倒、易脱落的门脸，装饰物、女儿墙、挑檐。四、结语天灾是不可避免，但人祸可以避免。抗震减灾是高烈度地区建筑结构设计的主要方向，应把握好结构设计要点，精心对工用、民用特别是公共建筑做出合理、优化的结构设计。参考资料：国家防震减灾规划（20062020年）建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2004）建筑抗震设计规范（GB 50011-2010） -全文完-