结合地震下的土木工程灾害看抗震设计

张蓝月

（西南科技大学　四川省绵阳市　621000）

1　地震下的土木工程灾害

今年来，国内外地震频发，因地震造成的人员伤亡、财产损失数以万计，而地震作为一种与地球内部构造，尤其是与地标结构密切相关的自然现象，并不能直接地导致灾害。灾害具有四个特性：①对象性，灾害事件仅针对人类及其聚居群落或社会，换言之，没有人类就没有灾害；②损失性，灾害的结果往往是生命财产、资源环境的损失；③阈值性，当且仅当损失超过了承载体的承受能力，导致这种损失的事件才能被称为灾害；④突发性，正应其突发性，因来不及反应与处理，所以对人类的损失往往更大。换言之，其抗灾能力小于地震致灾体的作用，就会破坏或倒塌，从而变为致灾体。在地震下，土木工程失效是导致人员伤亡和财产损失的重要因素。总之，地震下的土木工程灾害指由土木工程原因导致工程失效、失稳而引发的灾害。

2　抗震设计

2.1　地震下土木工程抗灾能力不足的原因

2.1.1结构承载力不足

地震作用使结构产生惯性力，在与干扰力、阻尼力等其他荷载组合下，超出结构承载力使结构破坏。据国内外破坏性地震的调查资料，95%以上的人员伤亡和建筑物破坏都是由于这类破坏。这类破坏的根本原因是：①抗震、减震设计不合理；②由于经济条件的限制和对地震危险的误判，设防标准不够；③施工质量不满足要求。

2.1.2场地、地基破坏

地震时，首先是场地和地基受到破坏，如滑坡、坍塌、地面裂缝和地基失效等，从而引起建筑物的破坏。这类破坏相较于前者，数量很少，且具有区域性，不过其修复和加固的难度很大。这类破坏的根本原因是：①场地选择不合理；②地基处理不合理。

2.1.3次生灾害

地震造成的主要次生灾害有火灾、毒气污染、滑坡、海啸、泥石流等。由此引起的破坏也相当严重，如1923年9月1日日本关东大地震，直接震倒13万栋房屋，火灾烧毁了45万栋。这类破坏往往无法控制，具有突发性，与地震致害体一起作用，对土木工程的抗灾能力提出了更高的要求。

2.2　抗震设计的部分改进建议

我国在地区方面对给定区域按照其一定时间内可能经受的地震影响强弱的划分了地震区划，并按国家规定权限批准作为一个地区抗震设计依据的地震烈度。第一阶段设计师多遇地震下的承载力验算和弹性变形计算，第二阶段设计是罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。抗震设计包含了抗震概念设计，抗震计算和抗震措施三个方面，这其中包含了诸多的规范要求，笔者仅就目前常用的建筑结构进行抗震设计提出建议。

2.2.1钢筋混凝土框架结构

地震作用下，框架房屋主要表现为楼体倾斜、局部倒塌、框架柱节点破坏、框架填充墙病害等，虽然建筑物在地震中出现倾斜、倒塌等震害，但梁柱的整体连接作用依然较强。未倒塌的框架结构房屋，由于梁柱连接的核心区的配筋不足或者是柱端箍筋加密不够等，造成了梁柱节点的严重破坏，节点处的混凝土脱落，钢筋外露、房屋整体发生倾斜，充填的墙体开裂倒塌。

由其震害特征可知，梁柱节点、填充墙是框架结构破坏的主要因素。针对梁柱节点，因“强柱弱梁”的原理，可考虑使用清华大学冯鹏教授研究的起波钢筋和复材约束芯柱，既能满足增强节点，又能满足梁柱的要求；针对填充墙，可考虑两种方式：①增强填充墙的刚度，使其抗剪能力增强，成为抗震的一道防线；②减少填充墙的刚度，使其对框架整体的刚度受填充墙刚度的影响减小。

2.2.2多层砖混结构

地震作用下，除整体倒塌外，房屋主要有以下震害特征：楼梯间顶层墙体破坏，主要原因是顶层楼梯间墙的计算高度比普通层大造成自身稳定性差，且凸出屋面楼梯间存在鞭梢效应，凸出部分又缺少加强整体性的构造连接措施。此外，楼盖及屋盖的预制板之间及预制板与顺板向的梁之间出现裂缝较多。由其震害特征可知，墙体破坏较为严重，可考虑使用新型墙体，如FRP加固墙，用CFRP对砌体墙体可能产生的裂缝处外贴加固。

2.3.2底框砖混结构

砌体房屋的底层设计为框架结构（或底层落地墙体较少），这种柔性底层建筑的底层与上部各楼层的抗侧刚度差别较大。震后，由于纵向刚度小于横向刚度，出现房屋沿纵向倾斜变形，底层框架破坏部位集中在梁柱节点区，柱两端出现塑性铰破坏，使得底层框架节点失效毁坏，导致上部结构整体倾斜倒塌，有的底层框架节点失效使得上部结构整体下沉。由其震害特征可知，上刚下柔的结构使其薄弱层易破坏，现行抗震规范也限制了这种结构形式在高烈度区的使用，使用时应设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙，使底层形成具有二道防线的框架抗震墙体系，有利于改善底层的抗震能力。

3　结语

地震只是致灾体，而非灾害，只有当土木工程这个承灾体无法承受地震作用时，灾害才会产生，所以只有提升土木工程的抗灾能力，才能够遏制灾害的发生，减轻生命财产的损失。这需要从事土木工程领域教学、研究、设计、施工、使用、维护的科研人员和工程技术人员的全体努力，终有一天，人类不再畏惧地震，只将其视为一种自然现象，而非灾害。