羅若帆,金顯廷,郭 迅,董 策,董孝曜,張欽哲,張 俊
(1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150080;2.嘉應(yīng)學(xué)院土木工程學(xué)院,廣東 梅州 514015;3.松原市應(yīng)急管理局,吉林 松原 138001;4.防災(zāi)科技學(xué)院中國(guó)地震局建筑物破壞機(jī)理與防御重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 三河 065201)
震害調(diào)查分析是提升抗震設(shè)計(jì)水平的重要手段。2008年汶川地震后,李鋼等[1]對(duì)村鎮(zhèn)建筑進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的土木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。葉列平等[2]調(diào)查了大量框架結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的破壞形式較多,震害嚴(yán)重,“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制未能實(shí)現(xiàn)。2013年蘆山地震后,公茂盛等[3]對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的破壞主要表現(xiàn)為框架柱及填充墻的破壞;曲哲等[4]對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)非約束砌體結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重,而不少約束砌體結(jié)構(gòu)則基本完好。2017年九寨溝地震后,張令心等[5]對(duì)房屋震害進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)雖然發(fā)生不同程度的破壞,但大都可以維修。從震害調(diào)查情況來(lái)看,不同結(jié)構(gòu)體系的房屋建筑在歷次地震中均有不同的表現(xiàn),在超強(qiáng)地震作用下,結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣似乎并不明確。2019年長(zhǎng)寧地震后,王波等[6]從新的視角分析了建筑震害的原因,為探討震害機(jī)理提供了一種可靠的方法。2021年漾濞地震后,羅若帆等[7]對(duì)比分析了同一場(chǎng)地相同規(guī)模破壞與完好的框架結(jié)構(gòu),從機(jī)理上揭示了結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的原因。郭迅[8]對(duì)結(jié)構(gòu)地震破壞倒塌機(jī)理進(jìn)行了總結(jié),提出了“變形飽和”致災(zāi)機(jī)理,較好地解釋了多層建筑結(jié)構(gòu)破壞或倒塌的原因。實(shí)際震害是對(duì)理論和假說(shuō)最好的檢驗(yàn),完善抗震理論必須重視震害調(diào)查結(jié)果。
2022年9月5日12時(shí)52分,四川省甘孜藏族自治州瀘定縣發(fā)生6.8級(jí)地震,震中位于磨西鎮(zhèn)(29.59°N,102.08°E),震源深度16km。震中附近磨西鎮(zhèn)、燕子溝鎮(zhèn)、得妥鎮(zhèn)等地房屋受損嚴(yán)重。當(dāng)?shù)胤课菀远鄬咏ㄖ橹鳎越ǚ烤佣?,結(jié)構(gòu)體系以砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)為主。因磨西鎮(zhèn)海螺溝景區(qū)為國(guó)家5A級(jí)景區(qū),當(dāng)?shù)卮嬖谳^多酒店、民宿及底層商鋪建筑,其結(jié)構(gòu)形式主要是框架-砌體混雜式結(jié)構(gòu)及底框架結(jié)構(gòu)。針對(duì)此次地震,對(duì)震中附近地區(qū)的砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu),包含底框架結(jié)構(gòu)和框架-砌體混雜式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查,分析了典型的震害特征和破壞原因,通過(guò)“好”與“壞”的對(duì)比,對(duì)多層建筑的抗震能力進(jìn)行了探討,以期為新建建筑抗震設(shè)計(jì)和震后建筑加固改造提供參考。
砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)是多層建筑最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系,此次調(diào)查主要關(guān)注這兩類結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。因村鎮(zhèn)自建房居多,結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,具體調(diào)查對(duì)象包括傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)、普通框架結(jié)構(gòu)、底框架結(jié)構(gòu)和框架-砌體混雜式結(jié)構(gòu)。
1.1.1 整體缺乏約束圈梁和構(gòu)造柱是提高結(jié)構(gòu)空間剛度和整體性的重要措施。歷次地震震害現(xiàn)象均表明,無(wú)圈梁、構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)震害嚴(yán)重,倒塌率極高。有完善圈梁、構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)則有很好的表現(xiàn)。圖1a為磨西鎮(zhèn)某民居,結(jié)構(gòu)體系為無(wú)約束的砌體結(jié)構(gòu),發(fā)生了嚴(yán)重破壞,整體垮塌。圖1b為磨西鎮(zhèn)共和村單層無(wú)約束砌體結(jié)構(gòu)民居,縱橫墻交接處無(wú)構(gòu)造柱連接,整體發(fā)生分離。
圖1 砌體結(jié)構(gòu)整體破壞Fig.1 Photos of seismic damages of masonry structures
1.1.2 局部缺乏約束
許多村鎮(zhèn)自建房沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)施工,一些砌體結(jié)構(gòu)雖設(shè)置了圈梁、構(gòu)造柱,但并不完善。圖2a為得妥鎮(zhèn)某底商多層民宿,屬于框架-砌體混雜式結(jié)構(gòu)。可以看出,框架柱基本完好,而內(nèi)部墻體破壞嚴(yán)重。這是由于墻體缺乏合理約束,在水平力作用下,開(kāi)裂即解體,形成獨(dú)立塊體,在慣性力作用下不斷分離,呈現(xiàn)出極其嚴(yán)重的破壞后果。圖2b為磨西鎮(zhèn)共和村某自建民宿,為砌體結(jié)構(gòu)。承受地震剪力最大的首層完好無(wú)損,但三層發(fā)生了嚴(yán)重破壞(圖2c),原因是三層沒(méi)有設(shè)置構(gòu)造柱。圖2d是磨西鎮(zhèn)某賓館,屋頂女兒墻因缺乏合理約束,外閃掉落到地面。
圖2 砌體結(jié)構(gòu)局部破壞Fig.2 Photos of partially seismic damages of masonry structures
框架結(jié)構(gòu)是梁板柱體系,但填充墻的分布模式會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞產(chǎn)生影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和墻體分布方式,結(jié)合震害調(diào)查情況,分為單跨框架、外廊式框架和底商用途的框架。
1.2.1 單跨框架圖3a為原磨西中學(xué)一棟4層單跨框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓。2008年汶川地震后,單跨框架因冗余度不夠,在2010版抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中已經(jīng)不推薦使用[9]??梢钥闯觯@棟建筑破壞非常嚴(yán)重,建筑縱向前側(cè)設(shè)置開(kāi)門(mén)窗洞口的填充墻,后側(cè)設(shè)置窗下連續(xù)填充墻??v向門(mén)與門(mén)之間無(wú)墻體約束的柱出現(xiàn)上下端塑性鉸,上端破壞較下端更嚴(yán)重。受窗下墻約束的柱主要出現(xiàn)柱上端塑性鉸,且比門(mén)間柱的破壞更嚴(yán)重,這可能是由于填充墻的約束改變了柱的計(jì)算長(zhǎng)度,使得該柱的實(shí)際位移角更大(圖3b)。橫向?yàn)闈M砌填充墻,出現(xiàn)典型的角部壓碎破壞(圖3c)。
圖3 磨西中學(xué)教學(xué)樓震害Fig.3 Photos of seismic damages of Moxi middle school teaching building
1.2.2 外廊式框架
圖4a為磨西鎮(zhèn)一棟外廊式教學(xué)樓,建筑平面為L(zhǎng)型,設(shè)計(jì)時(shí)為了避免平面不規(guī)則,結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分縫處理。但連接措施不夠合理,如外走廊的轉(zhuǎn)角處與右側(cè)教學(xué)樓墻體直接連接造成了受拉破壞,與左側(cè)另一棟教學(xué)樓外走廊墻體縫間用木方填充,同樣造成了嚴(yán)重的擠壓破壞(圖4b)。兩個(gè)方向的建筑均出現(xiàn)了小剪跨比墻體的剪切破壞。門(mén)窗間小短墻因剪跨比小基本都發(fā)生了剪切破壞(圖4c)。
圖4 原貢嘎山寄宿制學(xué)校震害Fig.4 Photos of seismic damages of the for mer Minya Konka school teaching building
1.2.3 底商用途框架
圖5a為一棟底層商用的民用住宅。因底層為商鋪,需要較大空間,縱向兩道軸線均無(wú)墻體,僅在背面設(shè)置了填充墻(圖5b)。由于墻體對(duì)剛度貢獻(xiàn)較大,這種填充墻偏置的情況會(huì)造成地震剪力分配的差異較大,帶填充墻一側(cè)的構(gòu)件因承受較大的剪力而發(fā)生破壞??梢钥闯?,填充墻和柱的組合效應(yīng)明顯,產(chǎn)生了不同形式的破壞,如圖5c所示柱受窗下墻約束發(fā)生柱上端剪切破壞,圖5d所示角柱發(fā)生柱端和節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞。
圖5 磨西鎮(zhèn)底層商鋪的民用住宅震害Fig.5 Photos of seismic damages of a pr ivate residential building with store on the ground floor in Moxi town
圖6為磨西鎮(zhèn)一棟酒店建筑,共五層,屬于底框架結(jié)構(gòu),上部三層為砌體結(jié)構(gòu),基本完好,地下一層的框架柱嚴(yán)重破壞。墻體對(duì)各個(gè)位置的框架柱產(chǎn)生了不同程度的約束,造成了各不相同的破壞模式。圖6b為建筑縱向前側(cè)相鄰的兩個(gè)框架柱,右側(cè)柱受到澆筑混凝土填縫的約束,形成短柱,發(fā)生剪切破壞。左側(cè)柱無(wú)約束,沒(méi)有發(fā)生破壞。因前側(cè)柱受較大的約束,導(dǎo)致該側(cè)軸線上的剛度較大,建筑縱向的后側(cè)軸線總剛度則相對(duì)較小,發(fā)生較大的變形,造成結(jié)構(gòu)整體的扭轉(zhuǎn)。圖6c為受窗下矮墻約束的柱,可以看出窗下墻的約束明顯改變了柱的計(jì)算長(zhǎng)度,下端塑性鉸出現(xiàn)在窗下墻中部。圖6d為受樓梯間墻和梁約束的柱,也形成了短柱并發(fā)生剪切破壞。部分柱的變形量已經(jīng)達(dá)到失效的狀態(tài),縱筋保護(hù)層完全剝落(圖6e)。該建筑內(nèi)部填充墻完全破壞(圖6f)。
圖6 磨西鎮(zhèn)底層餐廳用途的酒店震害Fig.6 Photos of seismic damages of a hotel with restaurant on the ground floor in Moxi town
圖7為磨西鎮(zhèn)一棟位于街角的酒店。位于街角的建筑兩個(gè)鄰邊面向街道,通常開(kāi)較大門(mén)洞。由此形成了臨街兩面無(wú)填充墻,而另外兩個(gè)鄰面則砌筑填充墻的墻體分布模式。因剛度偏置,偏心距較大,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著。同時(shí)因填充墻偏置,無(wú)法約束另外兩個(gè)面上剛度小的框架柱構(gòu)件沿兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),形成了整體的扭轉(zhuǎn)(圖7a)。右側(cè)填充墻無(wú)明顯的平面內(nèi)破壞,L型開(kāi)洞最右側(cè)的柱卻發(fā)生了顯著的破壞,變形方向垂直于填充墻平面(圖7b)。L型開(kāi)洞最左側(cè)柱則明顯向前側(cè)傾斜(圖7c),結(jié)構(gòu)最終發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。
圖7 磨西鎮(zhèn)位于街角的酒店震害Fig.7 Photos of seismic damages of a hotel on the corner in Moxi town
圖8為得妥鎮(zhèn)一棟民宿,共四層半,底層因使用需要,前側(cè)和中間軸線采用框架柱承重,后側(cè)仍然采用墻體承重,形成了框架-砌體混雜式結(jié)構(gòu)。汶川地震后,調(diào)查發(fā)現(xiàn)有大量這種形式的結(jié)構(gòu)發(fā)生了嚴(yán)重破壞[10-11]。前側(cè)和中間的框架柱破壞相對(duì)較輕,而后側(cè)的墻體出現(xiàn)典型的剪切破壞(圖8b)。這是因?yàn)楹髠?cè)軸線的墻體和前側(cè)及中間軸線的柱力學(xué)行為差異很大,小剪跨比的墻體在小變形下就會(huì)發(fā)生破壞,而柱的變形能力較強(qiáng),但承載力較低,在后側(cè)構(gòu)件破壞后,引起承重失衡,從而被動(dòng)發(fā)生較大側(cè)移形成新的平衡(圖8c)。但該建筑接近垮塌,不能認(rèn)為其實(shí)現(xiàn)了內(nèi)力重分布。
圖8 得妥鎮(zhèn)底層餐廳用途的酒店震害Fig.8 Photos of seismic damages of a hotel with restaurant on the ground floor in Detuo Town
“散”主要體現(xiàn)在建筑物缺乏合理的約束,如缺乏圈梁構(gòu)造柱等,導(dǎo)致整體性差,在地震作用下極易開(kāi)裂、破壞,引起結(jié)構(gòu)倒塌?!罢闭f(shuō)明建筑物有合理的約束,整體性好,可以最大化發(fā)揮構(gòu)件的承載力貢獻(xiàn)。圖9a為兩個(gè)多層建筑的頂層女兒墻破壞情況,左側(cè)建筑的女兒墻有合理的約束,未發(fā)生破壞,這是“整”的表現(xiàn)。右側(cè)建筑則因缺乏約束,墻段失穩(wěn)外閃掉落到地面,這是“散”的表現(xiàn)。圖9b的酒店左側(cè)缺乏構(gòu)造柱,在地震作用下,極易開(kāi)裂破壞,因結(jié)構(gòu)極為松散,在慣性力作用下裂縫不斷張開(kāi),形成獨(dú)立塊體被甩出,這是“散”的表現(xiàn)。圖9c為該酒店內(nèi)部墻體,同樣發(fā)生剪切破壞,但因構(gòu)造柱的約束,始終保持著較好的整體性,沒(méi)有發(fā)生極其嚴(yán)重的破壞,這是“整”的表現(xiàn)。此次震害調(diào)查結(jié)果再次證明:無(wú)約束的砌體結(jié)構(gòu)基本都發(fā)生了嚴(yán)重的破壞和倒塌;有合理約束的砌體結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)較好;約束合理且無(wú)其他結(jié)構(gòu)缺陷的砌體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)特別好,大多完好無(wú)損。實(shí)現(xiàn)整而不散,則極大地提高了建筑的抗震能力。
圖9 “散”和“整”的對(duì)比Fig.9 Contrast of buildings lacking reasonable constraints and buildings with reasonable constraints
“偏”主要體現(xiàn)在不同力學(xué)行為的構(gòu)件混搭。剛度大、變形能力小的構(gòu)件因承受較大的地震剪力,在小變形下率先破壞,引起承重失效,結(jié)構(gòu)倒塌;變形能力強(qiáng)的構(gòu)件則尚未貢獻(xiàn)其最大承載力和延性,就發(fā)生了被動(dòng)的破壞。“勻”主要體現(xiàn)為各構(gòu)件的力學(xué)行為接近,剛度均衡,能夠均勻分擔(dān)地震剪力,總承載力高或整體變形能力強(qiáng)。圖10a為磨西鎮(zhèn)底層商用民宿,橫向多道滿砌橫墻,剛度很大,縱向共3個(gè)軸線,A軸和B軸為柱,C軸為承重墻(圖10c)。承重墻剛度較大,分配較大地震剪力,在小變形時(shí)就率先發(fā)生剪切破壞(圖10b)。圖10d為磨西鎮(zhèn)一棟砌體民宿,縱向共兩道軸線,均為帶構(gòu)造柱的承重墻,兩個(gè)軸線上的構(gòu)件剛度較為均衡,承載力較高,且可均勻分擔(dān)地震剪力,因此沒(méi)有發(fā)生破壞。脆性構(gòu)件還有一個(gè)特點(diǎn),一旦開(kāi)裂可能面臨破壞,但只要不破壞,則可能完好無(wú)損。從圖10d和圖10e可以看出,這個(gè)建筑沒(méi)有任何破壞。調(diào)查發(fā)現(xiàn):底層平面布置與圖10c平面圖類似的建筑,均發(fā)生了不同程度的破壞;平面布置與圖10f類似的,基本上都處于完好的狀態(tài)。
圖10 “偏”和“勻”的對(duì)比Fig.10 Contrast of buildings with mix components with different mechanical behaviors“which called eccentricity”and buildings with similar mechanical behavior of each component“which called balance”
因橫向剛度較大,各軸線上構(gòu)件剛度均衡,承載力較高,縱向較為薄弱,可將結(jié)構(gòu)沿縱向平動(dòng)時(shí)各軸線上典型特征構(gòu)件本構(gòu)關(guān)系示意圖在同一坐標(biāo)系下表達(dá)。圖11a為圖10c中底商民宿三個(gè)軸線構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系曲線示意圖,后側(cè)軸線上帶構(gòu)造柱的承重墻具有大剛度、高承載力和小變形能力,結(jié)構(gòu)沿縱向運(yùn)動(dòng)時(shí),C軸構(gòu)件分配較大的地震剪力,率先破壞,而A軸和B軸構(gòu)件在小位移下僅貢獻(xiàn)了極限承載力的一部分。C軸構(gòu)件破壞后,結(jié)構(gòu)基本失效,其余構(gòu)件的延性尚未發(fā)揮出來(lái)就被動(dòng)破壞了。這是具有“偏”缺陷的建筑破壞原因。圖11b為圖10f中砌體結(jié)構(gòu)民宿兩個(gè)軸線構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系曲線示意圖。A、B軸均為帶構(gòu)造柱的承重墻,剛度均衡,承載力高,雖然變形能力小,但這些構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系較匹配,均勻分擔(dān)地震剪力,結(jié)構(gòu)總承載力較高,依靠承載力“硬抗”而使結(jié)構(gòu)保持基本完好。這是“勻”的建筑具有較強(qiáng)抗震能力的原因。
圖11 “偏”和“勻”的構(gòu)件本構(gòu)關(guān)系示意圖Fig.11 Schematic diagram of constitutive relation of the components of“eccentricity”and“balance”
結(jié)構(gòu)抗力的合力經(jīng)過(guò)剛心,作用力的合力經(jīng)過(guò)質(zhì)心,剛心和質(zhì)心不在同一位置時(shí),會(huì)產(chǎn)生力矩。偏心距越大,矩越大。但結(jié)構(gòu)是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞,還取決于抗扭轉(zhuǎn)的剛度和承載力。圖12a為磨西鎮(zhèn)位于街角的酒店,其外墻呈L型布置,有兩個(gè)鄰邊僅有框架柱。剛度大的墻柱組合構(gòu)件基本沒(méi)有發(fā)生平面內(nèi)的破壞,剛度小的框架柱則出現(xiàn)大位移破壞。圖12b為此類建筑的扭轉(zhuǎn)破壞機(jī)制,因外側(cè)L型布?jí)Γ瑒傂目拷鼊偠却蟮腖型墻交點(diǎn)處,質(zhì)心則靠近中心。上側(cè)構(gòu)件受墻體約束平面內(nèi)剛度較大,下側(cè)構(gòu)件如A、B柱則不受約束可產(chǎn)生較大X方向位移,左側(cè)墻體無(wú)法約束A柱平面外的位移。同理,左側(cè)構(gòu)件平面內(nèi)剛度較大,右側(cè)構(gòu)件如B、C則不受約束可產(chǎn)生較大Y方向位移,上側(cè)墻體也無(wú)法約束C柱平面外的位移,由此而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)的發(fā)生。這是街角酒店發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞的原因。而更多的臨街建筑表現(xiàn)出來(lái)的是沿縱向的平動(dòng)(圖12c中X 方向),并沒(méi)有出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,這是因?yàn)猷徑纸ㄖǔM墻較多,橫向(Y方向)均勻設(shè)置的墻體帶來(lái)剛度和承載力貢獻(xiàn)。如圖12c所示,剛心靠近縱墻所在的軸線,質(zhì)心靠近中心,同樣存在力矩,但要使結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn),A柱和B柱要產(chǎn)生反方向的Y方向位移,而左右兩道橫墻約束了Y方向的位移,即橫向不破壞,扭轉(zhuǎn)就難以發(fā)生,結(jié)構(gòu)會(huì)首先沿著薄弱的縱向平動(dòng)。因此部分街角建筑,可能會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的破壞,即弱的構(gòu)件先破壞,沿街道布置的建筑,破壞則是平動(dòng)所致,即強(qiáng)的構(gòu)件先破壞。
圖12 扭轉(zhuǎn)和平動(dòng)的機(jī)制Fig.12 Mechanisms of torsional motion and translational motion
砌體結(jié)構(gòu)是更為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系,雖然經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷革新,在規(guī)范中對(duì)高度和層數(shù)仍有非常嚴(yán)格的限制[9]??蚣芙Y(jié)構(gòu)是更為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)體系,得到更廣泛的研究和應(yīng)用。然而歷次地震震害表明,框架結(jié)構(gòu)性能并沒(méi)有我們認(rèn)為的那么優(yōu)越,“強(qiáng)柱弱梁”的梁鉸機(jī)制基本沒(méi)有在建筑震害中出現(xiàn)。即便主體結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞,填充墻通常也會(huì)破壞(圖12a),一旦墻體破壞,即代表正常使用功能受損,建筑將面臨大規(guī)模修復(fù)或拆除重建。沒(méi)有設(shè)計(jì)缺陷的砌體結(jié)構(gòu),在地震中有非常好的表現(xiàn)(圖12b),原因在于砌體結(jié)構(gòu)墻體在圈梁構(gòu)造柱的約束下,具有較好的整體性,墻柱的可靠連接,使承載力較高。克服了“散”和“偏”的缺陷,砌體結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)均很好。而框架結(jié)構(gòu)的填充墻與主體構(gòu)件連接相對(duì)較弱,承載力不高,整體性較差,是造成填充墻大面積破壞的原因之一。有學(xué)者對(duì)兩種不同的砌筑方式進(jìn)行了對(duì)比[12],見(jiàn)圖13c。砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的抗震性能,仍是一個(gè)值得探討的課題。
圖13 框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的對(duì)比Fig.13 Contrast of buildings with frame structure and masonry structure
(1)在此次瀘定地震中,無(wú)抗震設(shè)防的砌體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,倒塌房屋數(shù)量眾多。缺乏合理約束,存在“散”的缺陷,構(gòu)件一旦開(kāi)裂,在動(dòng)力作用下嚴(yán)重破壞,迅速喪失承重能力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。部分建筑局部缺乏合理約束,導(dǎo)致局部的破壞。合理的約束能夠極大地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
(2)因使用功能要求,較多建筑底層需要大開(kāi)間,臨街一側(cè)需要開(kāi)大門(mén)洞,通常設(shè)計(jì)為底框架結(jié)構(gòu)或底層框架-砌體混雜式結(jié)構(gòu),即前側(cè)為框架柱,后側(cè)為承重墻,二者混搭的體系。這就導(dǎo)致了首層薄弱,且存在“偏”的缺陷,剛度較大的承重墻因分擔(dān)較大地震剪力而率先破壞,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。存在“偏”的建筑均發(fā)生了不同程度的破壞,避免了“偏”的建筑均基本完好。
(3)較多臨街建筑因設(shè)置了多道滿砌橫墻,橫向剛度大,承載力高,且剛度分布均勻,約束了橫向的變形,同時(shí)約束了扭轉(zhuǎn)的發(fā)生,結(jié)構(gòu)破壞由縱向平動(dòng)所致。部分街角建筑因L型設(shè)置外墻,偏心距大且無(wú)法約束扭轉(zhuǎn),導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生整體的扭轉(zhuǎn)破壞。墻體的平面分布對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞模式有很大的影響。
(4)具有合理約束,避免了“偏”的缺陷的砌體結(jié)構(gòu),在地震中表現(xiàn)很好,基本沒(méi)有發(fā)生破壞。相比之下,框架結(jié)構(gòu)雖然倒塌率不高,但破壞率很高,以框架柱和填充墻的破壞為主,尤其是填充墻的破壞非常普遍,面臨大規(guī)模修復(fù)和拆除重建。
(5)瀘定地震震害中展示出來(lái)的結(jié)構(gòu)抗震缺陷,如散、脆、偏、單等在既有建筑中還大量存在,這種現(xiàn)象實(shí)際上是地震風(fēng)險(xiǎn)的表現(xiàn)。應(yīng)認(rèn)真從震害中吸取教訓(xùn),仔細(xì)對(duì)照,分析城鄉(xiāng)建筑面臨的地震風(fēng)險(xiǎn)。