結(jié)構(gòu)震害分析

1、l地震對(duì)建筑物的破壞程度首先取決與地震釋放能量（震級(jí)），其次與震源深淺、震中距及場(chǎng)地土性質(zhì)有關(guān)，此外還與結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性有關(guān)。l高層建筑震害受場(chǎng)地性質(zhì)影響比低層建筑更大，尤其是深厚軟土地基對(duì)高層建筑不利。l地震波在土介質(zhì)中傳播時(shí)，地面運(yùn)動(dòng)中的短周期分量容易衰減，長周期分量傳播較遠(yuǎn)。l軟土中，地震波長周期成分傳播更遠(yuǎn)，軟土愈厚的地方，不但卓越周期愈長，地震波的振幅放大的愈大。l結(jié)構(gòu)自振周期與場(chǎng)地卓越周期應(yīng)拉開一定距離，防止共振。最理想的情況是結(jié)構(gòu)自振周期比場(chǎng)地卓越周期長。l砂土液化的危害造成建筑整體下沉、傾斜、傾覆等。我國1975海城地震，1976唐山地震都有這些情況發(fā)生。l例1墨西哥城1985

2、年9月19日8.1級(jí)（9月20日7.5級(jí)余震）。墨西哥城距震中約270230km，地震持續(xù)60s，震中加速度0.18g傳到墨西哥城峰值放大到0.2g，這與墨城場(chǎng)地性質(zhì)有關(guān)。l拉丁美洲大廈為何無任何破壞？l結(jié)構(gòu)自振周期 T1=3.5秒 T2=1.5秒 T3=0.9秒l該大廈為鋼結(jié)構(gòu)l場(chǎng)地卓越周期1.52秒l進(jìn)行過彈性時(shí)程分析l結(jié)構(gòu)自振周期避開了場(chǎng)地卓越周期是未遭受地震破壞的關(guān)鍵。l剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大，地震時(shí)它的變形比框架小，結(jié)構(gòu)及填充墻、內(nèi)裝飾等損壞較輕。l不對(duì)稱布置引起的扭轉(zhuǎn)使結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)重。l例215層中央銀行與18層美洲銀行震害比較。 中央銀行：筒偏置，扭轉(zhuǎn)，單跨框架。 美洲銀行：筒中筒，

3、內(nèi)筒由弱連梁連接的4個(gè)小筒組成。林同焱設(shè)計(jì)思想是：地震時(shí)連梁首先破壞，結(jié)構(gòu)周期加長剛度減小地震作用減小。l例2 1972年尼加拉瓜首都馬那瓜地震l15層的中央銀行與18層美洲銀行震害比較分析。l2.3結(jié)構(gòu)雙向剛度不均勻造成的破壞例3 美國1979年帝國峽谷地震（6.5級(jí)），ICSB大樓距震中18英里，嚴(yán)重破壞。結(jié)構(gòu)體系：6層框架剪力墻缺點(diǎn)：（1）僅橫向布置了剪力墻且上下不貫通 （2）底層敞開式縱向無隔斷墻提供剛度破壞: （1）底層柱脆斷，D、E、F軸柱破壞依 次加重。 （2）柱斷裂造成樓板塌落 （3）柱箍筋在一層地坪以上未加密。地 坪以下柱斷面縮小。l例41999年臺(tái)灣集集地震，“透天厝” 民

4、居 以及教學(xué)樓破壞。l結(jié)構(gòu)體系：框架。l缺點(diǎn)：縱向剛度差，橫向隔墻剛度相對(duì)太大。l破壞：縱向倒塌。l2.4結(jié)構(gòu)平面剛度不均勻造成扭轉(zhuǎn)破壞l地震本身存在扭轉(zhuǎn)分量，無實(shí)測(cè)資料也無法計(jì)算。l減小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量不均勻和剛度不均勻，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭剛度和抗扭能力。l例51978年日本宮成沖地震例6唐山地震中天津754廠廠房破壞l底層空曠的結(jié)構(gòu)在歷次地震中遭受破壞是普遍現(xiàn)象，底層空曠形成軟弱層。l例71972美國圣非南多地震olive-view醫(yī)院主樓破壞（地震峰值加速度0.6g）l結(jié)構(gòu)體系：框支剪力墻l缺點(diǎn)：上部剛度比下部大10倍l優(yōu)點(diǎn)：底層方柱采用螺旋配箍，房屋因此未到塌。l破壞：底層柱側(cè)移很大600mm，柱

5、豎向鋼筋壓屈。l例81995年日本阪神地震l地震峰值加速度達(dá)0.8g，余震接近0.4gl底層商店、車庫，上部為住宅的房屋大量倒塌，原因是上下剛度差距太大。l中高層建筑中間少數(shù)層整層塌陷，多數(shù)在鋼骨柱變?yōu)殇摻罨炷林蜾摴侵冧撝倪^渡層。理論分析尚不很完全，有一種解釋是：局部樓層承載力不足，因?yàn)榈卣鸺袅ρ馗叨仁乔€型，而實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)按直線分布假定，造成中間某些樓層承載力不足。如果構(gòu)造措施如箍筋配置等不到位就會(huì)造成柱剪破壞而倒塌。l我國型鋼混凝土規(guī)程基于以上震害情況，提出結(jié)構(gòu)過渡層問題。l結(jié)構(gòu)剛度從下往上均勻變小是合理的，但突變是危險(xiǎn)的。l剛度突變加劇了高振型的影響，上部剛度急劇變小的部位位移

6、放大，這就是鞭梢效應(yīng)。l典型案例是天津大學(xué)主樓頂部塔樓在1976年唐山地震中破壞。教科書上均有介紹，不再贅述。l溫度縫或抗震縫凈寬小于結(jié)構(gòu)地震作用側(cè)移值。l近代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念中，一般情況下盡可能不設(shè)縫。l經(jīng)典案例l1）天津友誼賓館東西主樓，縫寬按規(guī)范留置150mm。1976年唐山地震兩樓碰壞。l2）北京民航大樓9層與13層兩樓間設(shè)100mm抗震縫，縫寬太小，碰壞。l3、北京飯店東樓18層，與老樓設(shè)置縫寬600mm，沒有任何破壞。l例91989年美國洛馬普里埃塔地震，舊金山灣區(qū)奧克蘭880號(hào)州際公路高架道路倒塌。l結(jié)構(gòu)體系：兩個(gè)鉸接門式剛架疊置，部分處理成3鉸構(gòu)造。l優(yōu)點(diǎn)：靜定結(jié)構(gòu)對(duì)地基不均勻沉降

7、和溫度應(yīng)力不敏感。l缺點(diǎn)：超靜定次數(shù)太少，對(duì)抗震不利。鉸接點(diǎn)破壞造成塌落。l短柱：剪跨比小于2。對(duì)短柱問題的認(rèn)識(shí)在1968年日本十繩沖地震后得到重視。短柱在反復(fù)荷載作用下，抗剪承載力降低，多數(shù)為剪切破壞。長短柱共存時(shí)，短柱先剪壞，使長柱受力負(fù)擔(dān)加大，然后也破壞。l角柱和節(jié)點(diǎn)破壞引起結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌（臺(tái)灣1999年集集地震14層框架倒塌）l強(qiáng)梁弱柱：框支剪力墻結(jié)構(gòu) 現(xiàn)澆框架未考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)梁剛度和承載力的貢獻(xiàn)，低估了框架梁的承載力。l震害中剪力墻整體破壞的實(shí)例較少。l2006年1月日本東京防災(zāi)研究所6層框架剪力墻結(jié)構(gòu)足尺模型（1200噸質(zhì)量）振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，模擬1995年日本阪神地震。最大峰值地震加速度

8、0.8g，余震約0.4g。l短柱的剪切破壞，普通剪力墻（框架梁貫通）為剪切型破壞，開豎縫剪力墻彎曲型破壞。l框架剪力墻結(jié)構(gòu)，“高規(guī)”中建議框架梁拉通，形成剪力墻邊框，但實(shí)驗(yàn)中反映出“邊框”使剪力墻變成矮墻，均為剪切破壞，這一問題目前有爭(zhēng)議。（1）結(jié)構(gòu)剛與柔的選擇 應(yīng)結(jié)合建設(shè)地點(diǎn)的地質(zhì)特性，結(jié)構(gòu)高度，結(jié)構(gòu)體系等綜合分析，以滿足變形限值為目標(biāo)。（2）結(jié)構(gòu)平面布置宜剛度均勻，減少扭轉(zhuǎn)。l剪力墻的布置是關(guān)鍵l平面不規(guī)則問題l長寬比問題l周期比、位移比與扭轉(zhuǎn)的關(guān)系l以上可參閱建筑結(jié)構(gòu)2005.11期（3）結(jié)構(gòu)豎向剛度宜均勻，避免軟弱層，減少鞭梢效應(yīng)l框支剪力墻l關(guān)于結(jié)構(gòu)嵌固端問題，“高規(guī)”規(guī)定是剛度不小于2倍，建議3倍以上。l嵌固的邊界條件： 平移值為0 現(xiàn)澆板板應(yīng)保證一定厚度180l轉(zhuǎn)角為0 地下室頂板采用梁板樓蓋l豎向變形為0 加大嵌固點(diǎn)以下柱承載力，柱配筋放大10。（4）預(yù)估結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)，調(diào)整承載力以加強(qiáng)或削弱某些部位 豎向結(jié)構(gòu)承載力要均勻，不能完全按地震內(nèi)力組合計(jì)算結(jié)果配筋，而應(yīng)按內(nèi)力包絡(luò)圖，從概念設(shè)計(jì)角度均衡上下層構(gòu)件承載力，自下而上均勻減小。l估計(jì)結(jié)構(gòu)可能的薄弱部位，以及明確結(jié)構(gòu)不允