汶川地震發生后,5月13日起,國家和地方的地震、建設主管部門派出了數千名工程技術人員奔赴地震災區,對震損房屋建筑開展調查工作,取得了十分寶貴的第一手資料,在對震損建筑(
建筑幕墻)進行快速評估后,寫出了一批論文,為我們正確理解幕墻
抗震設計有很大幫助。對震損建筑(建筑幕墻)進行快速評估、收集資料、采集樣本、鑒定評估建立完整的檔案,是繼緊急救援后刻不容緩的任務,也是各級政府和工程技術人員的責任。這些資料將為災區的恢復重建和我國工程建設抗震規范和標準的修訂提供科學依據,從而使我國地震災區各類房屋建筑和工程設施的抗震能力得到進一步提高,也為我國建筑幕墻抗震設計和建筑幕墻抗震設計規范(標準)修訂提供了科學依據,我們將建造更耐震的建筑幕墻。
實踐是檢驗真理的唯一標準,汶川地震對我國建筑幕墻抗震設計是一次最有效的檢驗,因此,認真研究震害特點,總結經驗,思考《建筑抗震設計規范》和幕墻設計規范中有關幕墻抗震設計的規定與設計、施工中的問題,對于災后建造更為耐震的建筑結構和建筑幕墻,修訂抗震設計規范和幕墻設計規范中有關幕墻抗震設計的規定具有重要意義。面對如此嚴重的破壞,我們應該清醒地認識到,除了實際
地震烈度高于預計的設防烈度、特殊的地震衰減規律、地震波傳播特征及對地形反應等原因外,針對建筑結構本身的特點,對照規范規定和施工中存在的問題,加以客觀、科學的分析,對解釋和認識震害也是十分必要的。對規范(標準)中哪些經過檢驗證明是正確的,在今后就要堅持執行,對在汶川地震中暴露出建筑幕墻抗震設計中存在的問題,要研究提出改進出措施,經過試驗、論證再在實際工程中使用、改進、完善,成熟后列入規范(標準)中,造出更耐震的建筑幕墻。
王亞勇所長在他的文章《汶川地震建筑震害啟示——抗震概念設計》一文中指出:‘---令人意外的是
玻璃幕墻在地震時并沒有大量脫落傷人,大部分表現良好,盡管地震動
強度達到“大震水準”,主體結構已有損壞,隔墻和
吊頂也大量破壞,玻璃幕墻卻完好無損。可見這種幕墻設計具有良好的變形能力。《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ102—2003)第4.2.6條規定:“玻璃幕墻平面內變形性能,…抗震設計時,應按主體結構的彈性層間位移角限值的3倍進行設計。”對于明框幕墻的玻璃與槽口的配合尺寸作了規定(見第4.3.12條、9.5.2條和9.5.3條)。主體結構的彈性層間位移角限值的3倍相當于“中震水準”下主體結構保持彈性的最大層間位移角限值,相當于“大震”作用時結構的彈塑性位移值。各類玻璃幕墻中,明框幕墻的主要問題是框架本身的變形過大導致玻璃擠碎,但是,如果框架的變形得到控制,也能保證玻璃的安全;隱框幕墻由于在伸縮縫處受到撞擊或
硅酮結構
密封膠承載力降低均可能造成玻璃脫落。’震害經驗表明,幕墻在結構總體安全時,可以滿足大震后繼續使用的要求。
傅學怡的文章《汶川、臺灣建筑震害啟示——改進規范的幾點建議》一文中指出:‘這次汶川地震引起部分房屋倒塌,特別是一些學校倒塌,損失摻重,引發了對所有建筑都采用“大震不倒”設計原則的思考,是否根據房屋使用功能,綜合震后修復使用的代價,區分四類房屋調整不倒設計原則如下:
1)次要房屋(倉庫臨建)“大震不倒”。
2)一般房屋(住宅、辦公、商業)“大震可修”,大震后會有一層的破壞,但可修復使用。
3)重要房屋(如學校、醫院、體育、公共)“大震不壞”,大震基本不壞,不需要做大的修理就可以繼
續使用。
4)生命線工程(通訊、電力、交通、市政管線)“大震可用”,大震下可正常使用。
這樣進一步的細分能對今后的抗震急救災工作以及震后的修復工作,帶來巨大的經濟和社會效益。
如果不進行細分都用一個“大震不倒”的原則和整個國家改革開放30年來的經濟發展不協調,也不利
于震后修復。’
同濟大學盧文勝教授對大量建筑幕墻模擬振動臺試驗報告和研究成果的分析,以及進行一系列研究試驗總結的文章《建筑幕墻抗震性能指標探討》指出:“模擬振動臺試驗可以有效地實現地震波形再現,從而有效地考核主體結構局部層間變形特征以及加速度變化特征,可以得出安裝于主體結構的構件尤其是幕墻構件的兩項重要的抗震性能要求,即加速度指標要求和位移指標要求。”“場地、設防烈度、結構類型、建筑高度和體形等都會影響該兩個抗震性能評價指標”。“地面震動放大作用隨樓層不同而不同,一般隨高度而增加。規范中統一確定取值,可能過低估計建筑結構頂部和特殊部位的地震反應。
高層建筑模型結構的振動臺試驗分析表明,結構最大加速度放大系數大多大于5.0,甚至達到10.0左右。取5.0可能使得局部幕墻結構設計偏于不安全;”“建筑幕墻的抗震性能與其變形能力直接相關。建筑幕墻依附主體結構,在震作用下要能夠承受主體結構對其施加的變形作用,即建筑幕墻須具有足夠的空間變形能力,以便與主體結構的變形相協調,幕墻結構變形性能通常用層間位移這一指標來描述。”“模型結構的振動臺試驗分析表明,有些模型結構的最大層間位移角超過彈性層間位移角限值的3倍。此時幕墻結構所具有的變形能力可能不足。”“通過對大量建筑結構模擬地震振動臺試驗分析,探討主體結構層間位移角與歸一化高度之間的關系。由于主體結構大震下的層間位移達到峰值,取大震下層間位移角值來分析。”“大多數結構的層間位移均在1/50以內,多數在1/100附近;總體來看,結構類型不同其層間位移角沿結構高度分布的規律不同。對于以剪切變形為主的結構,其層間位移角峰值分布在結構底層附近;對已彎曲變形為主的結構,層間位移角在中間附近較大;對于彎一剪變形為主的結構,層間位移角在底層和中間層較大,對于頂層附近較為薄弱的
超高層建筑,層間位移角在頂層附近也會出現突然增大的現象;對于大多數建筑結構,在
地震作用下的變形為主-----發生彎-剪變形的結構的層間位移角沿高度發布的特點-----在結構的底層附近,即歸一化高度δ在0.00~0.20之間時,層間們移角逐漸增大;而當δ在0.20~0.80之間時,層間位移角較大;之后當δ大于0.8時,又逐漸減小。對于同一幢建筑結構來說,中間層的層間變形較大,安裝在這一部位的建筑幕墻的平面內變形應該適應結構的這一變形特點,所以有必要提高中間層附近建筑幕墻的平面內變形能力,使其滿足結構塑性變形的需要,------建筑幕墻的平面內變形能力可作如下修正:在底層和頂層附近,即δ>0.80和δ<0.20時,對于建筑幕墻的平面內變形能力取主體結構塑性變形能力的2/3------。”同時盧文勝教授又指出:“幕墻自重較輕,即使在罕遇地震作用下,產生的分布
荷載僅為0.1~0.4KN/m2,而
風荷載作用可以達到2.0~5.0KN/m2,使幕墻
板材產生很大的彎曲內力。因此地震作用遠小于風荷載,抗風性能是主要設計因素。但由于地震作用是動力作用,既對幕墻構件及其多重節點產生影響,又對主體結構產生影響,任何一個薄弱環節都會產生震害,甚至導致脫落、倒塌。”這些成果,為我們修改規范提供了有益的思路。
《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)總結了2008年汶川地震震害經驗,繼續開展了專題研究和部分試驗研究,調查總結了近年來國內外大地震(包括汶川地震)的經驗教訓,采納了地震工程的新科研成果。規范新增建筑抗震性能化設計原則,補充了大跨度屋蓋建筑水平及豎向地震作用計算方法。
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