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1、word地震作用下高层建筑的震害特点研究摘 要:本文阐述了高层建筑结构的震害特点的问题。首先总结了目前工程结构地震灾害的一些可能原因。其次，结合近年来各国发生的一些典型的地震灾害，总结了地震造成破坏的特点。最后，对高层建筑的抗震提出了一些建议。关键词: 高层建筑；地震灾害；损伤 Investigation on Properties of Seismic Responses ofTall BuildingsAbstract:The Damage characteristics oftall buildingsunder earthquake was illustrated in this st
2、udy. First summarize the possible reasons for the seismic damages of building structures. Furthermore, the observations and collapses of building structures duringmany typical earthquake events were summarized. Last, give some remendations to the tall building seismic destruction.Key words: tallbuil
3、ding; seismic disaster; damage1 引言地震是一种突然发生的强烈自然灾害，其在该建筑物的破坏作用的主要原因是地震波在地下传播引起造成强烈的地面运动引起。地震对工程结构造成了巨大的破坏。在强烈地震中，严重损毁许多房屋倒塌，造成了严重的人员伤亡和财产损失。据统计，地球每年平均发生500万次左右的地震，其中5级以上的地震约1000次1。其中，震级为8级以上、震中烈度在11度以上的消灭性地震约2次，震级为7级以上、震中烈度在9度以上的大地震约20次，震级在2.5级以上的有感地震15万次以上。1999年9月21日凌晨在我国某某发生的7.6级地震，死亡人数达2103人，总死伤人
4、数超过1万，房屋倒塌上万，造成的震害和对经济的破坏作用十分巨大2。可能造成严重危害人类的年均地震约10次左右。地震通常可在几秒至十几秒的瞬间释放极具破坏力的巨大能量。由于成灾速度极快，地震发生极具复发性不确定性，这是地震导致严重人员伤亡的主要原因。地震巨大能量的释放通常是几秒钟至几十秒钟。由于快速成灾，地震复发有很大的不确定性，这是地震造成严重的人员伤亡的主要原因。中国是世界上有地震历史记载最丰富的国家，有文字可考的历史约有4 000多年。历史上死亡人数最多的地震是明嘉靖四年1556年某某关中(华县)(死亡23.4万人)(震中烈度11度，死亡24.2万人)。地震灾害已经成为中国主要的自然灾害之
5、一。3地震灾害的严重程度与人员伤亡与经济损失的大小取决于多方面的因素，如地震的震级、发生地点、发生时刻、震源深度、地震类型，城市对地震的设防情况，建筑物的建筑质量、场地条件、抗震能力、地震诱发的次生灾害的种类与规模，以与防灾减灾意识的上下等等。目前的科学技术水平尚不能准确预测地震的发生。因此，通过总结现有地震中建筑结构的破坏特点并对后续的结构防灾减灾设计进展指导、对建筑结构进展抗震设计已成为工程结构防止地震灾害的一种有效的方法。地震的严重程度、伤亡程度和经济损失取决于许多因素，如地震震级，发生地点，发生时间，地震设防、地震类型、震源深度、建筑质量、场地条件、抗震能力和地震引发的次生灾害的规模，
6、以与防灾减灾等的认识水平。如今的科技水平还无法准确预测地震。因此，总结现有建筑结构和地震的特点，通过人们总结的结构防灾减灾设计规X对结构进展抗震设计设计是工程结构防止地震破坏有效的方法。在本文中，收集损害的原因信息，总结共同的特点，为高层建筑结构的设计和减轻结构破坏提出一个明确的概念，具有一定的参考值。2 高层建筑震害原因2.1 高层建筑概念高层建筑即超过一定高度和层数的多层建筑。在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层与以上视为高层建筑；中国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24m高的其他民用建筑为高层建筑。42.2 高层建筑常见的结构形式高层建筑常用的结构形
7、式按找材料性质可分为钢筋钢结构体系和混凝土体系。钢结构体系包括：钢框架砼剪力墙结构、钢框架结构、框筒结构、钢框架支撑结构、钢框架砼核心筒结构、束筒结构、桁架筒结构、筒中筒结构。钢筋混凝土体系包括：框架剪力墙结构、框架结构、框筒结构、剪力墙结构、筒中筒结构。2.3 震害原因结合高层建筑结构的特点，钢筋混凝土材料常用于高层建筑中。相对于其他材料建造的房屋，钢筋混凝土结构的房屋有更好的抗震性能，但倘假设设计不合理，施工质量较差，钢筋混凝土结构的住房都会有严重的损害，主体建筑结构损害的轻重视情节而定，与地面运动特性和自身特点两个因素。2.3.1 地震动特性引起的震害地震损坏的建筑物的程度不仅取决于震级
8、，而且还取决与震中的距离，场地土的特点和建筑物本身的动态特性。一般建筑物在小震级，震源深，远离震中时不太可能遭受破坏。研究已经明确：当在土壤介质中传播时，地震波长周期分量已经扩散较远，而地震波短周期地震分量容易衰减。在硬土中，短周期地震波保存的更多。在软土中，长周期地震波传播得更远和更厚的软土层卓越周期越长，幅度地震波变得更加放大。当卓越周期和建筑物的固有周期接近时，容易产生共振，产生更严重的伤害见图1。图 1 覆盖土层厚度与震害关系2.3.2 自身特征引起的震害结构布局不合理：如果建筑物布局不规如此，分布质量和刚度不均匀，引起不对称中心和质量的中心较大不一致，容易使结构产生过度扭转反响和严重
9、破坏。如果垂直排列的刚度局部弱化或过大的突变，当地震时会产生应力集中，此时结构将产生更严重的破坏见图2。图 2 底框结构底层失效鞭梢效应：当建筑物受地震作用时，它顶部的小突出局部由于质量和刚度比拟小，在每一个来回的转折瞬间，形成较大的速度，产生较大的位移，就和鞭子的尖一样。破坏实例：九十年代，在某某的一次学术研讨会期间，某某省著名抗震理论学者、古建筑专家、某某理工大学土木系李世温教授闲谈时说到，海原地震使汾阳文峰塔遭到破坏，所以对长周期的高层建筑物，一定要考虑远震的影响。1920年12月16日某某海原发生了85级的强烈地震，死亡20余万人。汾阳文峰塔就在这次地震波与下，从顶上11层至13层，出
10、现宽大的裂缝，局部倒塌。沿着南北向在窗洞拱券上下开裂、别离、倾出，东半部倒塌较重。从地图上量测，海原距汾阳直线距离约550公里，即千里之外，地震波是从西向东传来，砖塔在顺着东西方向摆动，因之出现南北向的裂缝。洞上方拱券是受地震惯性力的薄弱部位，所以窗肚墙震害很重。顶上几层是摇摆较大的区段，建筑术语叫“鞭梢效应。越是细高的建筑，鞭梢效应越大，破坏越重。建筑物越细高，建筑认定自振周期越长。文峰塔尽管远在千里之外，虽受到陕北高原的阻隔，黄河天堑的止断和吕梁山的屏挡，地震波的能量仍然十分厉害。结构碰撞：地震引起邻近结构的碰撞，在设置了抗震缝和温度裂缝时，如果裂缝宽度太小，距离过于接近，两相邻结构会产生
11、摆动碰撞，造成结构损坏见图3。图 3 伸缩缝处碰撞破坏2.3.3 地震烈度与设防烈度不符抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。取值的标准是根本烈度，就是一个地区在今后50年期限内，在一般场地条件下超越概率为10%的地震烈度。设防烈度是一个根本值，所以可能在有些地区的产生地震的烈度大于抗震设防烈度，地震作用远远高出建筑物50年期限内预计可能遭遇到的超越概率为10%地震作用。2.3.4 结构体系不合理目前中国的建筑抗震设计提出了一系列重要的根本要求，如建筑设计应符合设计理念的要求，不应该使用严重违规的设计；建筑物与其布局应规如此，且具有良好的完整性；结构侧向刚度
12、变化要均匀，竖直侧向抗力构件的横截面尺寸和材料的强度应该从底部到顶部逐渐减小，以防止横向刚度和承载力突变。这些根本的要求是基于从大量的损伤实例中不断认识的结果，实验和理论研究提炼出来的。过去的一些，造成很大的伤害都是由于结构不规如此引起的，建筑结构不合理、抗震设防不合理等等也是引起结构破坏的主要因素。结构设计太花哨，如窗户设计太多，致使剪力墙面积太小，长柱太少，短柱、短横梁很多等众多因素，使建筑物的抗震性能大大降低。随意改变建筑物的结构，改变了承重部件，诸如拆卸层之间承重墙将导致建筑物的抗震性能减弱，在遭遇强烈地震时，会使房屋等结构倒塌。2.3.5 未考虑抗震最新抗震设计规X规定，高于50米以
13、上或建筑物高于15层的应当进展抗震设计审查。一些建筑商们为了防止抗震设计审查，于是将建筑物的设计高度降低于14层，或小于50米。经发现，在地震中倒塌的建筑物，很多是低于14层或小于50米的建筑物。2.3.6 施工质量不佳建筑物的好坏，要靠三方面的质量：设计质量、材料质量和施工质量。而前两个质量都与施工质量严密相关，设计靠施工来表现，材料需通过施工发挥作用。所以整栋建筑抗震性能的好坏，控制好施工质量是关键因素。它直接关系到结构各部件的强度和各部件的连接整体性。要提高建筑物的抗震性能，必须要做到精心施工。特别要保证主体结构隐蔽工程的施工质量，各部件不仅强度要达到要求，尺寸也要准确。连接要可靠，每一
14、根钢筋、每一个埋件都要充分发挥其应有的作用。这样的话，不用多用钢筋、混凝土等材料，就能使建筑物有很强的抗震性能。这就需要在施工过程中认真负责，严格要求，一丝不苟按照施工规X操作。实践证明，地震灾害的程度与建筑物的抗震设计和抗震措施以与施工质量相关。事实明确，有效的减轻震害的方法，就是对建筑物进展抗震设计。在1966年和1989年，某某，某某地区分别发生了6.5级和6.1地震，造成严重人员伤亡和房屋毁坏，但是当两个灾后恢复和重建都采用合理的抗震设防标准后，在1981年和1996年再次发生5.8级地震时，房屋经受住了考验，只受到轻微损伤。近年来发生的一系列大地震，在日本，土耳其，某某等地也发现，那
15、些按照新的抗震规X或新的建筑规X的房屋震害很低，而按照旧规X或旧的建筑设计的房屋破坏的程度就很高。3 高层建筑结构震害特点在建筑结构中最为常见的是框架结构，剪力墙结构，框架剪力墙结构。最为简单的结构形式为钢筋混凝土结构，传力路径清晰，有着比拟成熟的设计理论，再加上室内建筑布局灵活，本钱低廉等特点，已广泛应用在新建和现有的建筑结构中。近年来，国内发生的屡次地震中，毁坏最严重的主要集中在老房子和砖石建筑物中，钢筋混凝土建筑物，尤其是的高层钢筋混凝土建筑毁坏较小。下面对不同类型的建筑物损伤特点作简要说明。3.1 框架结构的震害框架结构的整体损坏形式可以分为延性和脆性破坏。如果结构塑性铰链出现在梁的端
16、部，以形成梁铰机构，即通常说的强柱弱梁，如此该结构可以承受较大的整体变形，吸收更多的地震输入的能量，此时结构的破坏为延性破坏，当结构塑性铰出现在柱端，形成柱铰机构，即通常说的强梁弱柱，如此该结构的变形往往集中在一个特定的薄弱层，发生脆性破坏，在遭遇强震时，房屋损坏严重。框架结构的损坏常在柱端和节点，梁端损伤比拟小。框架柱主要损害形式是：柱身剪切破坏，柱末端弯曲剪切破坏，角柱弯曲剪切破坏和短柱剪切破坏；框架梁伤害比拟轻，一般为垂直弯曲裂缝或剪切斜裂缝；框架梁节点和柱节点是连接梁和柱的重要组成局部，在地震中节点一般会产生对角线方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，如果严重的话，混凝土被剪碎掉落，柱纵筋屈曲外鼓，这主要是由于抗剪承载力不足或是因为施工质量低劣，没有足够箍筋是最主要的原因。图4显示了梁柱节点在地震中的破坏见图4。图 4 框
