尼泊爾地震中RC框架結構震害的啟示

2020-12-23 震長

2015年4月25日，尼泊爾發生8.1級強震，之後多個強餘震相繼發生，建築破壞、人員傷亡嚴重。在建築物震害調查中發現，Sindhupalchok縣首府Chautara、Dolakha縣首府Charikot以及Singati的部分鋼筋混凝土（RC）框架結構震損嚴重，少數倒塌，其震害呈現一定共性，其結構受力特點與我國RC框架類似。下面針對這三處調查點的框架震害進行研究，以期為提高我國RC框架抗震性能提供參考。

圖1 尼泊爾地震烈度綜合分布圖

本次調查共計抽查了51棟RC框架房屋，並在Charikot鎮的同一條街上選取了6棟房屋進行尺寸量測。除Sindhupalchok Districk醫院為通過正規抗震設計建造外，其餘建築為自建房屋。此類自建房屋由業主自行建造，未經過正規設計；房屋平面尺寸為：長9-20米，寬6-12米，柱距為2-5米，層高為2.7-3.3米，層數為3-7層；房屋採用獨立基礎，設有基礎梁；RC柱、梁、樓板為現澆施工，待框架拆模後嵌砌120mm-240mm厚的粘土磚填充牆。儘管被調查框架結構缺乏一些抗震措施，但基本建造方式和受力模式與我國RC框架大體相同，因此震害經驗也可為我們提供借鑑。

01

Sindhupalchok Districk 醫院

典型震害

Sindhupalchok Districk 醫院為經過正規抗震設計建造的RC框架，由1棟三層、2棟二層建築組成。整體結構判斷為中等破壞，一層多數框架柱端混凝土開裂及壓碎（圖2a）；未發現框架梁震損；少數與未開洞或小開洞填充牆相鄰的框架柱以及少數樓梯間框架柱柱頂剪切破壞；二層結構構件震損相對較輕；一層填充牆普遍嚴重開裂，少數局部倒塌（圖2b），屋頂多處女兒牆及頂梁掉落。

（a） 一層框架柱震損

（b） 一層填充牆嚴重破壞，局部倒塌

圖2 Sindhupalchok District醫院典型震害

02

自建RC框架結構典型震害

三個調查點均有少數自建框架結構發生整體倒塌，主要分為底層或與街道同高的樓層坐層（圖3a）；因相鄰房屋的碰撞造成坐層或側向倒塌（圖3b）；結構整體倒塌（圖3c）三種情況。

（a） 嚴重破壞(A)和坐層(B)的框架

（b） 坐層(B)和碰撞倒塌(C)的框架

（c） 框架整體倒塌

圖3 自建RC框架結構典型震害

三個調查點部分框架結構呈現嚴重破壞和中等破壞，主要表現為薄弱層柱端震損，填充牆開裂、牆體局部倒塌（圖4）；個別在建框架尚未砌築填充牆，薄弱層層間側移很大，瀕臨倒塌（圖5）。

圖4 Charikot嚴重破壞框架

圖5 Singati嚴重破壞的RC框架

部分自建RC框架結構中，未開洞或小開洞填充牆相鄰的框架柱頂出現剪切破壞。這一破壞現象在多個調查點的框架結構中均可見到，如圖6。

圖6 自建框剪柱的剪切破壞

03

填充牆對RC框架抗震性能的影響

過強的填充牆非但不能充分發揮耗能作用，反而會造成相鄰框架柱的嚴重震損，威脅結構安全，降低結構的延性，增加結構的修復代價。在我國蘆山地震、魯甸地震震害調查中，此類震害同樣多處可見(圖7)。較長的牆體、較小的開洞、強度較高的砌塊和砂漿都會增大牆體的抗剪承載力，從而增大框架柱端的附加剪力，宜在設計階段充分考慮填充牆引起的柱端附加剪力，可參考抗震規範對於底框結構帶填充牆框架柱的相關規定；也可採取柔性連接措施，避免填充牆與框架柱的強相互作用。

（a） 上裡中學底層框架柱 (2013 蘆山地震)

（b） 龍頭山幼兒園底層框架柱 (2014 魯甸地震)

圖7 我國框架柱頂剪切破壞典型震害

04

框架柱的關鍵抗震措施和施工構造

與我國部分施工做法相似，尼泊爾的自建框架柱施工縫多設置在梁底以上20-30mm處，但上部混凝土澆注前施工縫往往未做任何處理，人為形成柱端薄弱層。地震發生時裂縫首先沿施工縫發展，削弱了構件的抗震能力。框架結構的底層易形成薄弱層，底層柱頂在地震作用和填充牆附加剪力的聯合作用下，則可能成為框架結構的薄弱區。儘管我國混凝土結構工程施工規範對施工縫施工有規定，但柱頂節點清理工作難度較大，且即便施工縫清理乾淨，仍比整澆混凝土薄弱。在蘆山地震、魯甸地震震害調查中，柱頂施工縫處的破壞多處可見。

建議框架結構底層柱頂的施工縫宜設置在一層頂樓蓋頂平面處，即一層柱和一層頂梁柱節點整體澆築，避免底層柱頂因施工縫造成削弱。

05

非結構構件的抗震構造措施

與我國常用抗震構造措施相比，調查點RC框架結構的填充牆、女兒牆等非結構構件的拉結構造設置不足，牆體出現坍塌，從反面表明了非結構構件設置抗震構造措施的必要性。像圖2b中的角部牆體缺少構造柱和拉結筋，簡單的單根鋼筋拉結措施無法保證牆體穩定，一層局部倒塌，二層局部瀕臨倒塌。

抗震規範規定砌體圍護牆與主體結構應有可靠的拉結，標準圖集《砌體填充牆結構構造》建議在砌體隔牆的牆角、縱橫牆交接處設置構造柱，並設置拉筋與牆體拉結。

通過對此次尼泊爾東南部三個城鎮的RC框架結構在地震中典型震害的調查分析，對比我國RC框架的抗震措施及以往震害，探討了防止填充牆相鄰柱端剪切破壞的措施、防止施工縫對柱的削弱、非結構構件抗震構造措施的必要性，希望能夠為提高我國RC框架抗震性能提供參考。

作者：中國地震局工程力學研究所 王濤

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