地震对建筑的影响(参考模板)

第九组

组员：陈耀铭、黄伟鹏、江信贤

地震与民用建筑

一、民用建筑在地震中的震害特点

（一）砌体结构房屋的震害及分析

1）震害现象

（1）墙角的破坏：房屋的四角墙面上开裂以至于局部倒塌的现象。

（2）楼梯间的破坏：楼梯间两侧承重墙出现严重的斜裂缝。

（3）内外墙连接的破坏：内外墙连接处出现竖向裂缝，严重时纵横墙拉脱。造成纵墙外闪倒塌，房屋丧失整体性。

（4）突出屋面的屋顶间等附属结构的破坏：地震时，平面突出部位出现局部破坏现象。相邻部位的刚度差异较大时尤为严重。突出屋面的屋顶间、烟囱、女儿墙等附属结构，由于地震“鞭鞘效应”的影响，一般较下部主体结构破坏严重，而且突出部分面积和房屋面积相差越大，震害越

严重，如图所示。

（5）墙体的破坏：墙体出现水平裂缝、斜裂缝、X形裂缝，严重的则出现歪斜以致倒塌现象，图所示。方向平行的墙体，在水平地震作用下，墙体首先出现斜裂缝，如果墙体高宽比接近1，则墙体出现X形交叉裂缝；如果墙体的高宽比较小，则在墙体中间部位出现水平裂缝。

（6）其他部位常见破坏：由于楼盖缺乏足够的拉结或施工中楼板搁置长度过小，会造成楼板坠落；

由于伸缩缝过窄，不能起到防震缝的作用，地震时缝两侧墙体放生碰撞而造成破坏。

2）分析：历次大地震，如1963年前南斯拉夫地震，1972年美国费尔南多斯地震，1976年罗马利亚地震，1975年营口海城地震，1976年唐山地震以及2008年汶川地震中，都证明底部框架砌体结构房屋震害是相当严重的。

在地震作用下，底部框架—抗震墙结构房屋的底层承受着上不砖房倾覆力矩的作用，其外侧柱会出现受拉的状况；底层为内框架时，外侧的砖壁柱则会因砖柱受拉承载力低而开裂，甚至严重破坏；底层为半框架时会出现底层横墙开裂，而后由于内力重分布，加重了层半框架的破坏；底层商店住宅，由于需要大空间，横墙较少，因底层的抗震能力弱形成特别的薄弱楼层，造成破坏特别严重。

（二）钢结构房屋的震害及分析

1）钢结构的震害主要有节点连接的破坏、构件的破坏以及结构的整体倒塌三种形式。

2）分析：历次地震表明，在同等场地、地震烈度（seismic intensity）条件下，钢结构房屋的震害要较钢筋混凝土结构房屋的震害小得多。以1985年9月墨西哥城大地震（里氏8.1级）的震害为例，其中倒塌和严重破坏的钢结构房屋为12栋，而钢筋混凝土房屋却有127栋。

1、节点连接的破坏

（1）框架梁柱节点区的破坏

由于节点集中力、构造复杂、施工难度较大，极易造成应力集中，因此节点

破坏时发生最多的一种破坏形式。1994年美国诺斯里奇（Northridge）地震和1995

年日本阪神地震均造成了很多梁柱刚性节点的破坏。2008年汶川地震也造成钢结

构网架节点破坏。

诺斯里奇地震时，H形截面的梁柱节点的典型破坏形式。由图中可见，大多数

节点破坏发生在梁端下翼缘处的柱中，这可能是由于混凝土楼板与钢梁共同作用，

使下翼缘应力增大，而下翼缘与柱的连接焊缝又存在较多缺陷造成的

。

阪神地震中带有外伸横隔板的箱形柱与H型钢梁刚性节点的破坏形式。此外，连接裂缝主要向梁的一侧扩展，这主要和采用外伸的横隔板构造有关。

（2）支撑连接的破坏

在多次地震中都出现过支撑与节点板连接的破坏或支撑与柱的连接的破坏。1980年在日本的宫城县-大木地震中，一栋两层的框架-支撑结构（两层仓库），由于支撑节点的断裂，使仓库的第一层完全倒塌。

采用螺栓连接的支撑破坏形式包括支撑截面削弱处的断裂、节点板端部剪切

滑移破坏、以及支撑杆件螺孔间剪切滑移破坏。

支撑是框架-支撑结构中最主要的抗侧力部分，一旦地震发生，它将首当其冲承受水平地震作用，如果某层的支撑发生破坏，将使该层成为薄弱楼层，造成严重后果。

2、构件的破坏

①支撑杆件的整体失稳、局部失稳和断裂破坏

在框架-支撑结构中，这种破坏形式是非常普遍的现象。支撑杆件可近似看成两端简支轴心受力构件，在风荷载和多遇地震作用下，保持弹性工作状态，只要设计得当，一般不会失去整体稳定。在罕遇地震作用下，中心支撑构件会受大巨大的往复拉压作用，一般都会发生整体失稳现象，并进入塑性屈服状态，耗散能量。但随着拉压循环次数的增多，承载力会发生退化现象。当支撑构件的组成板件宽厚比较大时，往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象，进而引发低周疲劳和断裂破坏，这在以往的震害中并不少见。试验研究表明，要防止板件在往

复塑性应变作用下发生局部失稳，进而引发低周疲劳破坏，必须对支撑板件的宽厚比进行限制，且应比塑性设计的还要严格。

②钢柱脆性断裂

在1995年阪神地震中，位于芦屋市海滨城高层住宅小区的21栋巨型钢框架结构的住宅楼中，共有57根钢柱发生了断裂，所有箱形截面柱的断裂均发生在14层以下的楼层里，且均为脆性受拉断裂，断口呈水平状。

3、结构的倒塌破坏

1985年墨西哥大地震中，墨西哥市的Pino Suarez 综合大楼的三个22层的钢结构塔楼之一倒塌，其余二栋也发生了严重破坏，其中一栋已接近倒塌。这三栋塔楼的结构体系均为框架-支撑结构，细部构造也相同，分析表明，塔楼发生倒塌和严重破坏的主要原因之一，是由于纵横向垂直支撑偏位设置，导致刚度中心和质量重心相距太大，在地震中产生了较大的扭转效应，致使钢柱的作用力大于其承载力，引发了三栋完全相同的塔楼的严重破坏或倒塌。由此可见，规则对称的结构体系对抗震将十分有利。

1995年阪神地震中，也有钢结构房屋倒塌，倒塌的房屋大多是1971年以前建造的，当时日本钢结构设计规范尚未修订，抗震设计水平还不高。在同一地震中，按新规范设计建造的钢结构房屋的倒塌数要少得多，说明震害的严重与否，和结构的抗震设计水平有很大关系。