00-汶川地震对建筑结构的启示.ppt

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汶川地震,对建筑结构的启示政策规范层面,启示1,我国颁布执行的抗震设计规范经受了大震的考验，有效的保证了人民的生命财产安全。

凡是严格按照89抗震规范或2001抗震规范的规定进行设计、施工和使用的各类房屋建筑，在遭遇到比当地设防烈度高一度的地震作用下均经受了考验，没有出现倒塌破坏，有效地保护了人民的生命安全，这个经验应充分肯定。

减轻地震灾害的根本对策是提高各类建设工程的抗震能力。

启示2,重视抗震概念设计和构造措施建筑抗震概念设计指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。

为保证建筑在强烈地震下的安全，建筑应按抗震规范概念设计的要求，采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构。

启示3,特别加强对未成年人在地震突发事件中的保护在美国，在2001年的IBC2001及以后的版本，明确规定人数多于250人的中、小学和日托幼儿建筑，结构的地震作用增加.25%。

我国在GBJ11-89抗震规范中，明确规定采用砌体结构的教学楼，尤其是外廊和单边走廊的砌体房屋，应严格降低总高度并提高设置构造柱的要求。

一些甲级设计单位严格按规范要求设计的学校建筑，在汶川地震中虽遭遇到高于当地设防烈度一度的地震影响，没有一栋倒塌，这个经验应充分肯定。

2004年版的抗震设防分类标准中，为保护地震时自救能力较弱的人群，明确规定人数较多的幼儿园以及小学教学楼提高抗震设防类别的要求。

汶川地震时，虽然倒塌的学校建筑的比例略低于其他房屋，但伤亡人数的比例明显大于其他房屋2010版,所有幼儿园以及小学、中学（包括普通中小学和具有未成年人的职业初中、专科学校等各类初级、中级学校）的教学用房（包括教室、实验室、图书室、微机室、语音室、体育馆、礼堂）的设防类别均应提高；强调，学校建筑应按抗震规范概念设计的要求，采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构。

启示4、重视场地的工程抗震措施,西部地区的建设用地主要位于山区，地形复杂，农村很多建筑依山而建，城市中有很多陡坡和挡土墙，潜在的地质灾害主要有山体滑坡、泥石流和洪灾等。

因此，对于灾后重建，加强建筑工程场地的选址工作，选择有利地段，避开危险地段是十分必要的；对于无法避让的抗震不利地段，应采取有效的工程场地抗震措施进行排险,启示5、将村镇私人建房纳入审批管理程序,现场震损房屋调查结果显示，地震中私人建房损失很大，由于选址不当，结构设计不合理，施工质量不良等原因导致了大量震害。

除了建筑技术方面的原因外，另一重要原因是，该类房屋的规划设计与施工游离于政府主管部门的管辖范围之外，现有法律没有将私人建房的设计与施工纳入政府主管部门的审查程序。

建议政府主管部门加强对私人建房在规划布局、选址、设计及施工等方面的审查、指导和管理工作。

对于农村房屋，政府主管部门引导农民选用地方发布的标准和图纸进行建造，并对农村的工匠进行培训。

对于困难地区的农村，政府可给予适当补助。

本次地震后农村房屋建设应和新农村建设相结合，做到科学合理，经济适宜。

启示6,按照建设行政主管部门的统一要求，做好建筑物的抗震鉴定、修复和加固工作,汶川地震,对建筑结构的启示技术层面,一、汶川地震介绍,北京时间5月12日14时28分，四川汶川县（北纬31度，东经103.4度）发生里氏8.0级地震，震中烈度11度。

汶川地震发生地为龙门山断裂带,是我国大陆内部地震，属于浅源地震，其破坏力度大。

一、汶川地震介绍,汶川地震发生在青藏高原东缘龙门山构造带上，晚新生代以来，龙门山构造带的逆冲-右旋走滑运动导致了龙门山相对四川盆地的快速隆起抬升，在不到50km距离内，地形高差达到5km以上，形成深切割的龙门山高山峡谷区特殊地质地貌条件，也加重了该次地震的震害。

龙门山构造带主要由茂汉-汉川断裂（北东段称平武-青川断裂）、北川-映秀断裂和彭县-灌县断裂3条主干断裂组成。

二、建筑结构震损统计,地震主震过后，西南科技大学土木工程与建筑学院立即组织科研人员进行四川灾区建筑工程结构安全鉴定与震害调查。

砖混结构统计分析。

框架结构统计分析。

二、建筑结构震损统计,在成都、绵竹、都江堰、德阳、绵阳等地震害调查，各地区震损程度如下表所示，虽然不能详细及准确的表明各城市具体建筑震损程度，但说明离震中越近则建筑震损越大。

二、建筑结构震损统计,统计数据表明了房建筑损坏总体情况是：

严重损坏的房屋类型主要是抗震设防标准较低的砌体结构、厂房等建筑，这类建筑未设置钢筋混凝土圈梁和构造柱。

中等损坏的房屋多为砌体结构、框架结构等建筑，损坏部分以非承重的围护结构居多，损坏的隔墙多数是因为没有与主体结构很好地拉结，大部分无结构安全隐患,损坏的隔墙拆除后重新砌筑修复即可继续使用。

轻微损坏或几乎没有损伤的建筑主要为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、钢结构等近年来按照89规范和2001规范新建的房屋建筑。

二、建筑结构震损统计,房屋建筑的总体受损情况,按不同的分类原则大致有以下规律。

1、按结构形式划分钢结构建筑基本未受损或受损较轻，其次为钢筋混凝土建筑，其中剪力墙结构或框架-剪力墙结构较框架结构受损轻，而外廊悬挑的单跨框架、底部框架上部砌体结构震害较为严重，砌体结构尤其是楼面采用预制板的预制装配式或装配整体式建筑受损最为严重。

二、建筑结构震损统计,2、按建造年代分上世纪80年代前建造的年限较久的建筑受损比较严重，按照89规范或者2001规范设计建造的建筑受损较轻。

3、按建筑功能划分轻钢结构厂房基本未受损，其次为钢筋混凝土公共建筑和工业建筑，砌体结构住宅、大空间学校和工业建筑受损最为严重，高耸结构尤其是砌体结构烟囱几乎全部受损。

二、建筑结构震损统计,4、按建筑布置划分平面及竖向布置规则、刚度变化均匀的建筑震害较轻,平面布置不规则、竖向刚度变化大、体型复杂的建筑震害较重。

尤其是突出屋面的阁楼、楼梯间、设备间、女儿墙受鞭梢效应影响破坏严重。

三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-斜裂缝,与地震力方向平行的墙体常产生斜裂缝。

在地震力反复作用下，则形成交叉裂缝。

1、砌体结构房屋破坏的典型特征-交叉裂缝,三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-门窗洞口斜裂缝,门窗洞口处的墙体常出现45斜裂缝。

三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-转角破坏,转角处应力集中对墙体的破坏。

三、建筑结构震损特征,1、砌体结构房屋破坏的典型特征-构造柱产生剪切破坏,平面布置不当导致构造柱产生剪切破坏。

三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征：

底框砖混结构为“底柔上刚，头重脚轻”的结构体系，地震时，由于上下结构形式不同，结构刚度沿竖向分布不均匀，底层框架层一般侧向变形较大，震害比上部结构严重。

震害调查结果表明，底层框架结构房屋震害主要集中于底层梁、柱及节点，并且柱的震害远大于梁，柱顶震害大于柱底，角柱震害大于内柱和边柱。

由于上部无筋砌体结构抗震性能较差，再加上越靠近底层框架墙体所需承受的水平地震作用越大，故底层框架上方的过渡层墙体比较容易在地震中发生剪切破坏。

三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-墙角处的破坏,墙角处的破坏,三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-窗间墙破坏,窗间墙及洞口处墙体的破环,三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-底层填充墙,底层填充墙的破坏,三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-抗震墙,钢筋混凝土的剪力墙几乎没有一点损害，只有老式的砖结构抗震墙才受到了破坏。

三、建筑结构震损特征,2、底框结构房屋破坏的典型特征-底层框架震损,底层框架震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,

（1）、柱的破坏。

柱顶纵筋压屈、混凝土压碎，柱出现斜裂缝或交叉的斜裂缝，柱底出现水平裂缝，柱顶的震害比柱底严重；短柱（柱净高H/b4）易发生剪切破坏，角柱的震害比其他部位的柱严重。

三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,角柱的震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,边柱的震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,短柱的震损：

短柱一般在中上部断裂,为水平裂缝。

三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,柱顶的震损：

框架柱大多数在柱顶部出现破坏,尤其在与框架梁交接处的节点下部破坏更为突出,柱端呈现水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝,钢筋弯曲且外露,某些结构该部位的钢筋出现了屈服。

三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-柱的破坏,柱底的震损：

柱底出现局部抹灰层脱落，局部混凝土压碎，柱纵筋外露。

梁柱加腋处下端出现周边贯通的裂缝。

三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-节点破坏,

（2）、钢筋混凝土框架节点破坏表现为：

受拉钢筋屈服，受压区混凝土压碎，混凝土保护层剥落，梁上交叉斜裂缝严重，梁端形成塑性铰；柱筋压曲，箍筋外鼓或崩断，柱端形成塑性铰；钢筋滑移或混凝土压酥，梁筋拔出；产生斜向对角裂缝或交叉斜裂缝，严重时混凝土成块剥落，箍筋外鼓或崩断等。

三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-节点破坏,节点处的震损,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-楼梯的破坏,（3）、楼梯的破坏,一般为贯通梯段板厚度、长度为梯段宽度的裂缝。

三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-变形缝,（4）、结构的伸缩缝、沉降缝未按抗震缝要求设置,地震时缝两侧建筑物相互碰撞，造成墙体和檐口局部破坏，外装饰层崩裂在城区各类建筑中普遍存在。

三、建筑结构震损特征,（5）、填充墙的破坏。

框架填充墙大多在山墙、窗间墙、门洞口的边角部位产生斜裂缝或交叉裂缝,或沿窗口上下标高产生水平裂缝。

在此次震害调查中,端墙有时发生填充墙的倒塌,而且以空心砌块最为严重。

山墙砌块在中下部压碎居多,在中部沿交叉裂缝方向空心砖压碎。

建筑角部受力复杂,在强震中出现不同程度的破坏,轻者裂缝,重者局部墙体压碎。

3、框架结构房屋破坏的典型特征-填充墙,三、建筑结构震损特征,3、框架结构房屋破坏的典型特征-填充墙,填充墙的震损,三、建筑结构震损特征,四、建筑结构震损机理分析,1、砌体结构震害机理分析,

（1）地震力传来方向与墙体破坏形式的关系墙体是砌体结构房屋的主要承重构件，地震时受力比较复杂，会产生各种形式的裂缝，比如斜裂缝，交叉裂缝和水平裂缝等，严重时会出现倾斜、错动和倒塌现象。

当墙体中垂直荷载和水平地震作用引起的主拉应力超过砌体的主拉应力强度时，与地震力方向平行的墙体产生斜裂缝。

在地震力反复作用下，则形成交叉裂缝。

这种裂缝在外纵墙的窗间墙较为多见，主要是因为墙体洞口处受到削弱，加之横墙承重房屋，纵墙上的压应力较小，使得砌体抗拉强度较低的缘故。

墙体水平裂缝大部分出现在外纵墙的窗口上下截面处，且沿房屋纵向中段较重，两端较轻，尤其是顶层空旷的房屋外纵墙更易出现此种裂缝。

四、建筑结构震损机理分析,

（2）洞口削弱程度对墙体受震的影响在住宅砖房建设中，为追求大客厅，布置大开间和大门洞（有的大门洞间墙宽仅有），并将阳台做成大悬挑（悬挑长度大于），延扩客厅面积，对部分“局部尺寸”不满足要求时，有的不采取加强措施，而是采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢；有些住宅砖房因限于场地或“造型”，布置成复杂平面，或纵、横墙沿平面布置不能对齐，或墙体沿竖向布置上下不连续等；有承重窗间墙最小宽度1.0m（六度设防），或承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离1.0m，或非承重墙外墙尽端至门窗洞边的最小距离1.0m，甚至只有几十厘米等情况，片面追求开敞明亮却忽视了房屋的抗震安全。

1、砌体结构震害机理分析,四、建筑结构震损机理分析,（3）对称布置的重要性汶川地震中，震损严重的砖混结构大多数存在结构布置不规则、不对称、建筑结构形式复杂的特点，相对结构简单规则的建筑则震损较为轻微。

在这次地震倒塌的房屋中有的平面设计存在严重的不对称：

一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。

平面形状采用L、形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。

这些都对抗震极为不利。

1、砌体结构震害机理分析,四、建筑结构震损机理分析,2、底框结构震害分析,四川地区尤其在城郊区大多数采用底框砖混结构，底层框架一般为空旷大厅，作为商店、车库等，上部多层砌体结构作为居民住宅。

上部砌体结构在平面布置上纵横墙较密，不仅重量大，而且侧向刚度大，底层框架结构为柔性体系，其侧移刚度比上层小得多，在布置上形成下柔上刚的结构形式。

上部砌体结构由脆性材料组成，抗拉抗剪强度较差，抗变形能力小，而且砌体结构自重大，使得砌体结构所承受的地震力也相对的增大。

在地震力不算大的情况下，底层结构未进入弹塑性变形，地震力没有得到较多的耗散，则导致底框砖混结构上部的砌体结构破坏。

四、建筑结构震损机理分析,2、底框结构震害分析,底框砖混结构的底框架会在大地震作用下严重破坏：

首先，对于建筑结构，底层的地震剪力是最大的；其次，在地震剪力较大时，底层框架结构在进入弹塑性变形后即表现为层间位移突出，底层层间位移突出意味着底层产生较大的弹塑性变形，当弹塑性变形超过一定限度时，使底层抗震墙刚度大幅度退化，框架承受较大的地震力，引起底层框架梁、板节点失效，造成结构倒塌；最后，有些底框砖混结构的底层近乎全是柱子，没有抗震墙，导致底层刚度相对较弱，破坏严重。

四、建筑结构震损机理分析,3、框架结构震害机理分析,柱破坏的主要原因是：

箍筋在柱上下两端未加密,造成稀箍,约束不了主钢筋,极易造成柱头、柱脚主筋呈灯笼状,混凝土酥碎；箍筋直径取值偏小,约束主筋发生较大变形时有拉断、拉脱现象；未考虑罕遇地震下结构的弹塑性变形,层间位移值偏大,主筋数量不足,主筋屈服成塑性铰；未考虑因刚度突变（上层为较多砖填充墙时也会发生）,底部刚度偏小造成薄弱层,而发生柱头、柱脚的塑性铰,主筋数量不足；梁端配筋过大,柱承载力偏小成强梁弱柱，框架结构未能做到“强柱弱梁”,使柱端先于梁端出现塑性铰；轴压比较大,柱将发生小偏心受压的压溃型破坏,柱截面受压区高度较大,受拉钢筋尚未屈服,混凝土已被压碎；混凝土强度等级不足,强震下易酥碎；保护层过厚，个别柱达到6-10cm之多，大大减小了柱的及抗弯承载能力；在体积配箍率相等的情况下，箍筋形式不同，对混凝土核芯区的约束作用也不相同。

四、建筑结构震损机理分析,3、框架结构震害机理分析,在钢筋混凝土框架结构主体破坏情况中，较多的是柱端出现塑性铰，而不是在梁端出现塑性铰，同时，混凝土柱在承受最高弯曲应力处呈“灯笼”状开裂。

有学者认为，现浇板必然增强框架梁的刚度，设计中虽然对框架梁乘以刚度放大系数予以考虑，但仍使得“强柱弱梁”的抗震措施效果不显著，在水平地震力作用下,强柱分担更多的力,也更易破坏！

四、建筑结构震损机理分析,3、框架结构震害机理分析,框架结构楼梯断裂破坏原因分析：

在框架结构中,楼梯在地震作用下水平断裂和梯梁断裂现象也许是以前根本没有重视的问题，首先，在结构设计的过程中,由于结构设计软件在建模计算时是不能考虑的，在整个结构计算时也就没有考虑其协调受力和变形,往往对楼梯采用单独构件设计，于是忽略了地震作用，甚至有的是凭经验构造画图解决楼梯结构。

在以前的设计中也是将楼梯部分安装配式构件把荷载导入。

然而在地震时,楼梯作为低楼层住户的逃生通道，是楼内人员的生命线通道，更是不能忽视。

因此建议在以后的设计中对楼梯板筋的配置时因考虑水平拉力作用，增加板筋配置，可以考虑双层配置，对梯梁也应加密箍筋配置。

四、建筑结构震损机理分析,3、框架结构震害机理分析,填充墙普遍在梁边或柱边开裂，严重的出现45度开裂或呈“X”开裂，有少部分外闪破坏。

笔者认为，首先，框架水平变形过大，造成脆性材料的填充墙体剪切破坏；其次，填充墙与柱或梁底结合处理不好,造成墙体外闪；最后，填充墙过长过高,中部未设构造柱和现浇带，造成墙体开裂。

五、汶川地震对建筑结构的启示,1、“地震预防”如何理解地震的发生是一种复杂现象，涉及很多偶然因素，是无法准确预测的，起码，目前没有任何公认的可靠办法可以准确预测地震的发生。

在现有的条件下，地震专家的职责不应该是预报地震，而是监测、研究地震。

我们不应该把减少地震灾害的希望不切实际地寄托在准确预报地震之上，而应该采取更切实可行的预防措施，例如要求建在地震带的建筑能达到抗震设防标准。

美国加州是世界著名的地震频发地带，近年来几次发生大地震，有的发生在洛杉矶、旧金山这样的大城市，但是死亡人数很少（每次最多几十人），靠的是当地房屋有非常优越的抗震性能，而不是预报。

五、汶川地震对建筑结构的启示,2、土木工程中地震作用如何计算地震作用振型分解反应谱方法并非尽善尽美，有很多方面存在方法上的局限，应突出研究其不足之处，如该方法是否适用于近场强地震分析值得深入探讨。

弹性动力时程分析方法目前流于形式，值得深入，如地震波的选取数量（3条明显不够），应该以规范的形式给出标准地震波库和人造地震波方法。

罕遇地震的静、动力分析如何走向实用，如何确定其对抗震分析的指导意义。

（这里面有很多原则性的问题没有被公认）。

五、汶川地震对建筑结构的启示,3、砌体结构真的容易倒塌吗有人提出在地震区不能采用砌体结构，这是不符合汶川地震的宏观调查结果的。

汶川地震调查结果表明，包括底层框架在内，按现行规范进行抗震设计和施工，砌体结构房屋可以基本做到大震不倒，唐山地震后提出的设置构造柱和圈梁（约束砌体）体系对砌体结构抗震具有重要意义。

针对地震中教学楼大量倒塌的现象，相关研究单位应对砌体房屋倒塌机理进行深入研究，从理论上解决超高烈度地震作用下砌体结构倒塌问题，为全面解决大震不倒问题提供技术依据。

倒塌房屋不能片面强调设计，设计、施工、材料、装修损坏都很重要，哪个环节出问题了，都可能导致地震时出问题。

五、汶川地震对建筑结构的启示,4、楼梯如何设计汶川地震中有大量的楼梯出现破损，这说明楼梯结构的实际受力状态并没有我们原先想象的那么简单。

楼梯的从结构角度讲是不规则结构，其受力特点复杂，容易出现应力集中，特别是在水平荷载作用下，由于楼梯板的“斜撑”作用，对结构受力性能的影响更是相当微妙。

从结构整体受力角度，如果楼梯参与抵抗水平地震作用，是极为不利的；楼梯对于保证人民生命安全又具有极为重要，其结构的安全要求和构造措施（抗震等级）宜比主体结构有所提高。

可见，“楼梯效应”带来的问题该怎么解决？

五、汶川地震对建筑结构的启示,5、“强剪弱弯”如何设计弯曲破坏是一种延性破坏，剪切破坏是一种脆性破坏，在结构设计中进行弯矩调幅，从而实现“强剪弱弯”，但似乎情况又没那么简单了，灾区出现了一大批“强弯弱剪”型破坏机制。

这无疑又打乱了我们预期的结构破坏模式，对我们的结构分析造成了威胁。

6、“强柱弱梁”如何设计“强梁弱柱”在汶川地震中表现突出，这直接导致结构的破坏模式不按我们原先设想的过程出现，其它国家在历次强震是否也大量出现“强梁弱柱”的破坏机制？

如果这是一个共性的问题并普遍出现的话，我们就应该好好反思一下，到底是什么原因导致了结构的实际破坏情况形态与我们原先设想的会存在这么大的差别。

【很多专家和学者都指出楼板的作用被低估（例如楼板对梁刚度和承载力的贡献）是导致“强梁弱柱”出现的主要原因。

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