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基于抗震概念设计的密肋复合墙新型抗震结构体系

姚谦峰;庞乃勇;夏雷;郭猛

【摘要】以512汶川大地震震害调查为基础,从抗震概念设计的角度出发,对建筑

结构的典型震害进行了分析,指出设置多道防线、合理刚度布置、增强整体性能、

重视非结构构件等对于保证结构抗震安全的重要意义,并结合课题组多年的研究成

果,提出了一种具备多道抗震防线的刚度可调型密肋复合墙新型抗震结构体系,探讨

了其对于改善结构抗震性能所起的积极作用.

【期刊名称】《北京交通大学学报》

【年(卷),期】2010(034)004

【总页数】6页(P50-55)

【关键词】汶川地震;抗震概念设计;密肋复合墙结构

【作者】姚谦峰;庞乃勇;夏雷;郭猛

【作者单位】北京交通大学,土木建筑工程学院,北京,100044;北京交通大学,土木建

筑工程学院,北京,100044;北京交通大学,土木建筑工程学院,北京,100044;北京交通

大学,土木建筑工程学院,北京,100044

【正文语种】中文

【中图分类】TU352.1

1建筑抗震概念设计与震害分析

1.1建筑抗震概念设计

建筑抗震设计主要包括3个方面内容:概念设计、抗震计算和构造措施[1].其中概念

设计是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.由于地震动的不确定性和随机性,很难精确描

述地震的作用机理及其传递规律;又由于工程结构的复杂性和多变性,也难以全面掌

握结构自身的动力特性及破坏过程.因此,在建筑抗震设计理论和方法远未成熟的情

况下,目前还不可能完全依靠抗震计算来对结构进行设计和分析,这就需要从基本力

学概念、震害现象等各种宏观和具体的经验出发,进行建筑抗震概念设计.我国的

《建筑抗震设计规范》[2]明确提出了建筑抗震概念设计的基本原则,其内容主要包

括:选择有利场地,设置多道防线,合理刚度布置,增强整体性能,重视非结构构件等.本

文作者结合课题组三赴汶川地震灾区收集的建筑结构典型震害资料,分析阐述了建

筑抗震概念设计对于保障结构安全的重要性.

1.2结构震害分析

1.2.1多道抗震防线

在此次汶川地震中,最为突出一个问题就是不少学校建筑震害极为严重,北川中学(图

1)等学校甚至还发生了教学楼整体垮塌的事件,这引起了许多专家和学者的广泛关

注.导致这一问题的原因是多方面的,但是多道防线的设置不合理可能是其中最为重

要的因素.

图1北川中学废墟Fig.1RuinsofBeichuanmiddleschool

具有多道抗震防线的结构应满足的条件是:①抗震结构体系应由若干延性较好的分

体系组成,并由延性较好的结构构件连接起来协同工作;②抗震结构体系应有最大可

能数量的内部和外部赘余度,有意识地建立起一系列分布的屈服区,以使结构能吸收

和耗散大量的地震能量,一旦破坏也易于修复[2],对于保证结构在大震作用下的抗倒

塌能力具有举足轻重的作用.

图2砌体结构底部破坏Fig.2Damageofmasonrystructure

不少地震灾区的学校建筑采用外廊式多层砌体砖房或框架结构,而且为了采光的需

要还经常采用单跨形式[3].砌体结构是由脆性材料砌筑而成,它的抗拉、抗弯、抗剪

强度均较低,因此单一砌体结构的整体性、延性也较差,且只具备一道抗震防线,常常

会因为底部严重破坏(图2)而导致结构局部或者整体倒塌(图3),在历次地震中的倒

塌破坏率均较高.为了解决这一问题,在1976年唐山大地震以后,我国的工程技术人

员提出了对砌体结构增设一定的混凝土构造柱和圈梁或者加密构造柱及圈梁,以形

成约束砌体结构.这些措施能够紧密约束内部砌体,限制砌体砖墙中裂缝的发展,增强

结构的整体性和延性,从而避免结构在大震作用下发生垮塌(图4).汶川地震震害调查

表明:合理设置了构造柱和圈梁的多层砖混结构房屋,在竖向和水平地震先后作用下,

砌体虽严重开裂却裂而不倒[4],能够有效保证结构的抗震安全.

图3砌体结构倒塌Fig.3Collapseofmasonrystructure

框架结构也只具有一道抗震防线,但如果能通过合理设计实现“强柱弱梁”型破坏

模式(图5),框架结构还能表现出良好的延性和抗震性能.然而,由于在设计过程中没

有充分考虑现浇楼板对于框架梁的增强作用,实际震害中框架结构还是较多地表现

出“强梁弱柱”型破坏形态(图6).一旦框架柱出现塑性铰,则结构变为机动体系,很

容易直接导致框架结构在大震作用下发生倒塌,更是单跨框架结构和缺少柱间连接

的空旷框架结构