汶川地震中框架结构震害情况调查及分析
耿栋
合肥工业大学土木与水利工程学院，研2012级15班，2012110857
摘要：本文结合5.12汶川大地震，介绍了钢筋混凝土框架结构在地震中的震害情况，从房屋整体垮塌、房屋整体严重歪斜、房屋部分楼层垮塌、房屋部分集中垮塌四个方面介绍了框架结构整体震害现象, 从框架柱、梁、填充墙等破坏介绍了框架结构构件震害现象。

并从结构平立面布置、结构体系和结构构件等方面初步分析了钢筋混土框架结构破坏的主要原因。

最后对如何加强框架结构的抗震构造措施提出了建议。

关键词：汶川地震；钢筋混凝土框架结构；震害情况；震害分析；抗震措施
1.框架结构震害情况调查
四川地震区中的多层和高层房屋建筑大多数采用钢筋混凝土结构，框架结构应用居多。

震害表明，多层和高层钢筋混凝土房屋具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，经过合理的抗震设计，采用此类结构是可以保证安全的。

此次调查的德阳、绵竹、什邡、都江堰等重灾区的框架结构和框架－剪力墙结构的主体结构震害较轻，未见主体结构整体坍塌。

但填充墙体和围护结构的震害比较严重。

特别是框架结构，填充墙体开裂严重。

通过增设构造梁、柱，加强维护墙体与主体结构的连接，可以有效减轻非结构构件的震害。

钢筋混凝土框架结构具有较好的抗震性能，在地震时遭受到的破坏比砌体结构的震害轻得多。

但如果设计不当、缺乏合理有效的抗震措施或施工质量不良，多层和高层钢筋混凝土框架结构建筑也会产生一定程度的震害，部分结构构件会发生严重的破坏。

其主要表现在以下几个方面。

1.1框架结构整体破坏
1.1.1 房屋整体垮塌型
填充墙普遍倒塌，房屋的柱子几乎全部折断或压断，因柱子破坏导致房屋整体倾倒，楼屋盖叠落在一起，房屋全都一塌到底，整栋房屋彻底倒塌。

下图所示为位于断层附近的北川县城曲山镇某钢筋混凝土框架结构的破坏形态就属于这种类型。

框架结构的柱子几乎全部折断，房屋整体失稳，几乎完全倒平。

1.1.2 房屋整体严重歪斜型
填充墙普遍损毁，房屋部分底层或下层数层失稳倒塌，柱子毁坏，而顶层或上层严重破坏，顶层或上部楼层框架落下并有局部倒塌，呈整体倾斜状态。

如图所示，位于断层附近的北川县城曲山镇新城区某一框架房屋，可以看到底部框架变形集中，整栋房屋残留有大变形的痕迹，柱子首先破坏而失去承重能力，部分底层完全倒塌，造成房屋整体严重倾斜。

1.1.3 房屋部分楼层垮塌型
有的房屋一端或两端倒塌，中间尚存。

有的两端尚存，有的中间倒塌。

房屋某层或某几层填充墙坍塌，柱子严重破坏，丧失承载能力，因这些层的柱子破坏导致上楼层整体同步塌落。

如图所示，北川县一中原本是5层教学楼，地震时底层和第2层完全垮塌，上部3层下座。

1.1.4 房屋部分集中垮塌型
房屋部分垮塌，部分虽坏而未倒。

填充墙出现贯通的水平或垂直裂缝，斜向或交叉裂缝，严重者断裂和倒塌，框架柱上下端普遍断裂，局部框架梁碎裂，楼板及楼梯平台断裂，楼梯
间墙体断裂局部倒塌。

出现楼层柱铰机构，形成层间侧移机构。

如图所示的绵竹市汉旺镇东气厂技校教学楼，就属于房屋部分集中垮塌型。

这类框架房屋整体设计上存在着较大的不均匀性，造成平面或楼层的局部薄弱环节，不能发挥结构整体抗震能力。

1.2框架结构构件破坏
1.2.1 框架柱的破坏
框架柱在地震时的破坏有不同的情形。

一般框架长柱的破坏发生在柱上下两端，特别是柱顶。

其表现形式是，在弯矩、剪力、轴力的复合作用下柱顶周围有水平裂缝或交叉斜裂缝，严重者会发生混疑土压溃，箍筋拉断或崩开，纵筋压屈外鼓呈灯笼状。

框架结构中设有错层、夹层、嵌砌于柱之间窗台墙或支于框架柱的楼梯平台梁时，就会形成短柱。

短柱由于刚度较大，分担的地震剪力大，而剪跨比又小，容易在柱子全高范围内产生斜裂缝或交叉裂缝，导致脆性剪切破坏。

1.2.2 框架梁的震害
框架梁的破坏一般发生在梁端。

在竖向荷载与地震作用下，梁端承受反复荷载作用的剪力与弯矩，出现垂直裂缝、交叉斜裂缝。

当抗剪钢筋配置不足时发生脆性剪切破坏；当抗弯钢筋配置不足时发生弯曲破坏。

另外，当梁主筋在节点内锚固不足时发生锚固失效破坏。

1.2.3 框架梁柱节点的震害
在反复荷载作用下，节点核心区混凝土处于剪压复合应力状态。

当节点配筋偏少或构造不当时，会出现交叉裂缝，导致剪切破坏，严重时节点混凝土剪碎剥落，柱纵筋压屈外鼓。

节点区箍筋过少，或者混凝土浇筑质量不足，都会加重节点区的破坏。

1.2.4 填充墙的的震害
框架中常以砖砌体作为填充墙，起着分隔和围护作用，框架中的砌体填充墙与框架共同工作，使结构在水平地震作用下早期刚度大大增加，吸收较大的地震能量。

而填充墙本身的抗剪强度低，在地震作用下很快出现裂缝，若墙体与梁柱无可靠连接，还会导致墙体外闪倒塌，威胁人身安全。

2.框架结构震害情况分析
2.1 结构平立面布置的缺陷导致破坏
我国建筑抗震设计规范对建筑体型均匀规整性有明确要求，汶川地震的震害现象又一次说明了体型均匀规整的重要性。

不规则建筑震害明显重，如什邡市宏达集团民主生产基地办公楼，结构整体平面布置呈折线型，地震中底层柱子几乎全部严重破坏，如左下图所示，角柱震害明显重于内柱，柱子承受了较大的扭转作用。

与之形成鲜明对比的是其附近的一幢体型规则的建筑基本保持完好。

都江堰市虹口乡高原新村附近的一不均匀框架结构，柱子平面布置混乱且有大量异形柱，结构侧向刚度分布不均匀甚至在有些部位出现突变。

在地震中这一结构遭受严重破坏，柱端混凝土压碎脱落，钢筋外露屈服，柱中剪切破坏及楼板大幅度侧移，其震害与结构平面布置不均密切相关。

垂向不规则的结构震害也明显加重，当结构沿竖向的质量或刚度有突变，形成薄弱层，产生较大塑性变形，发生破坏，甚至倒塌。

如图美国橄榄景医院主楼，1～2层为框架，2层
有较多的砖填充墙，3层以上为框架—抗震墙，上刚下柔，刚度相差悬殊，在地震中遭受较严重破坏。

除此之外，当建筑平面部分呈圆形或有突出部分时，受力比较复杂，容易造成局部应力集中。

在汶川地震中底层单跨大开间，上部结构重，属于典型的鸡腿建筑，缺少多道抗震防线,遭到了严重破坏。

另外，有些错层框架，没有明确的传力途径，错层也易形成短柱效应，有些填充墙的不合理开洞形成短柱，加重震害。

2.2 结构体系和构件方面的问题
在汶川地震中钢筋混凝土框架结构的整体倒塌、倾斜、整层压扁等整体破坏几乎均由柱的破坏引起，也就是所谓的强梁弱柱破坏模式，而未实现强柱弱梁的抗震要求。

柱子截面小，材料强度低，层刚度弱，实际轴压比超限，往往容易形成薄弱层，在大的地震动作用下容易形成塑性柱机构，结构容易发生整体倾斜或倒塌。

梁与现浇的刚性楼板共同工作，其刚度大大增加，同时楼板钢筋作用增加梁端负向抗弯能力，强柱弱梁设计理念难以实现，出现强梁弱柱，箍筋间距过大，柱两端及梁柱节点核心区加密不足，甚至未加密，箍筋对混凝土和纵筋的约束力差，致使混凝土压碎，纵筋压屈或剪弯，框架柱出现多种破坏形态。

汶川地震中也有不少框架结构的主体结构震害较轻，但填充墙破坏严重。

这可能是其没能与主体结构有可靠的拉接，或者连接部位没有采取必要的加强措施有关，比如缺少拉接筋或是拉接筋长度不够或拉接筋的间距过大等。

3.结束语
汶川地震灾难主要源自房屋和工程结构的破坏和倒塌，防止房屋和工程结构倒塌是减少人员伤亡和经济损失的主要途径。

一方面，应明确地震设防的目标是防止倒塌，防止结构破坏后丧失整体稳定性，以保障人员安全。

另一方面，应切实将抗震设防贯穿与规划、工程选址、工程设计、工程施工、质量监管和竣工验收、工程维护等全过程。

地震也暴露了施工质量和施工方法的一些严重弊端及缺陷，如框架节点箍筋设置存在严重缺陷，箍筋间距过大和
箍筋过细，不少混凝土骨料基本都是大直径卵石等，导致混凝土强度无法保证，在往复荷载作用下强度和变形能力更差，后果严重，教训深刻。

所以应制定相应的法律法规，加大房屋及工程质量监管力度，确保其抗展能力。

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