建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力??汶川地震建筑震害的教訓(xùn)
        
                                  
                    
        作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時(shí)間：2009-12-22 20:26:10					[收藏]
        
               
        
                
        				
        				
        

               
        
               
          
				建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力??汶川地震建筑震害的教訓(xùn)
          
葉列平，曲哲，陸新征，馮鵬
          
清華大學(xué)土木工程系，北京 100084
          

          
摘 要：工程結(jié)構(gòu)的抗震能力是社會(huì)抗震防災(zāi)系統(tǒng)的第一道防線。建筑物的倒塌是震害的根源，建筑物在地震中的破壞程度，大體決定了震害的嚴(yán)重程度。因此，建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，特別是抗倒塌能力，對(duì)于社會(huì)整體抗震防災(zāi)非常重要。本文結(jié)合汶川地震中建筑震害的教訓(xùn)，運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的思想分析了提高建筑結(jié)構(gòu)整體抗震能力的途徑，重點(diǎn)針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌能力，提出了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題和改
          
進(jìn)建議。
          
關(guān)鍵詞：汶川地震；建筑震害；結(jié)構(gòu)抗震體系；抗倒塌設(shè)計(jì)；魯棒性；整體穩(wěn)定性；整體牢固性
          

          
    在城市抗震防災(zāi)系統(tǒng)的等級(jí)序列中，建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的抗震能力是抗震防災(zāi)的第一道防線。房屋建筑的倒塌與破壞是造成巨大災(zāi)難的根源，正如美國(guó)科羅拉多大學(xué)的一位專家曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“造成傷亡的是建筑物，而不是地震”。本文根據(jù)汶川地震中的典型建筑震害分析，用系統(tǒng)科學(xué)的思想分析了提高建筑結(jié)構(gòu)整體抗震能力的途徑，重點(diǎn)針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌能力，提出了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題和改進(jìn)建
          
議。
          
　　1 汶川地震中建筑震害的基本特點(diǎn)
          
　　汶川地震建筑震害表明，隨著我國(guó)房屋建筑抗震安全儲(chǔ)備與設(shè)計(jì)水平的提高（從74 抗震規(guī)范到89 抗震規(guī)范再到01 抗震規(guī)范），從80 年代到90 年代再到21 世紀(jì)后，按照最新抗震標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的建筑物，其震害有明顯減輕的趨勢(shì)。符合89 和01 抗震規(guī)范的建筑，基本沒(méi)有嚴(yán)重?fù)p壞或倒塌。對(duì)于體量不大、體型比較規(guī)則的，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架、磚混結(jié)構(gòu)等成熟結(jié)構(gòu)體系的建筑物，當(dāng)按89 和01 抗震規(guī)范進(jìn)
          
行設(shè)計(jì)，并保證施工質(zhì)量時(shí)，總體上能夠達(dá)到預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。這意味著良好的抗震設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，完全能夠有效的減少因建筑物震害產(chǎn)生的損失，特別是能夠大量減少人員傷亡。
          
　　相反，89 抗震規(guī)范以前的建筑震害明顯較重，特別是大量為采取抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)，在這次地震中震害十分嚴(yán)重。另一方面，村鎮(zhèn)建筑和農(nóng)民自建住宅，由于缺乏必要的抗震知識(shí)和必要的技術(shù)指導(dǎo)，加之年久失修，震害也比較嚴(yán)重。圖1 和圖2 分別為安縣秀水鎮(zhèn)新舊兩個(gè)街區(qū)的整體震害情況。
          


          
　　2 汶川地震中主要結(jié)構(gòu)形式的震害
          
　　本文主要討論建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力，以下首先介紹汶川地震中主體結(jié)構(gòu)損壞、嚴(yán)重破壞和倒塌的典型建筑震害。
          
　　2.1 磚混結(jié)構(gòu)
          
　　四川地震區(qū)磚混結(jié)構(gòu)的數(shù)量很多，震害也非常嚴(yán)重。村鎮(zhèn)的住宅、教學(xué)樓，城市的一些舊的居民樓、辦公樓、小型廠房大多采用這種結(jié)構(gòu)。在汶川地震中，大量磚混結(jié)構(gòu)發(fā)生整體倒塌，甚至是粉碎性倒塌，造成了慘重的人員損失。圖3 為磚混結(jié)構(gòu)的典型震害。

          
　　對(duì)一些倒塌的磚混結(jié)構(gòu)建筑的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，倒塌的主要原因可以歸結(jié)為兩點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)形式不合理，如教學(xué)樓大多采用縱墻承重、大開(kāi)間、大開(kāi)窗、外挑走廊；二是抗震構(gòu)造措施嚴(yán)重不足，如預(yù)制樓板無(wú)拉結(jié)、無(wú)后澆疊合層，特別無(wú)構(gòu)造柱，甚至沒(méi)有圈梁。具有這兩個(gè)特點(diǎn)的砌體結(jié)構(gòu)大多在設(shè)防烈度地震下發(fā)生整體性倒塌，甚至是粉碎性倒塌，許多磚混教學(xué)樓的整體倒塌更成為震后社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，造成了嚴(yán)重
          
的社會(huì)影響（圖4）。
          


          
　　然而震害調(diào)查中同時(shí)發(fā)現(xiàn)，一些按規(guī)范認(rèn)真設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)形式和抗震構(gòu)造措施合理的磚混結(jié)構(gòu)房屋，抗震性能滿足設(shè)防要求，見(jiàn)圖5。事實(shí)上，1976 年唐山地震以及上世紀(jì)末我國(guó)西部地區(qū)的多次地震震害都表明[1][2][3]，磚混結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱對(duì)于結(jié)構(gòu)在地震中保持整體性，避免發(fā)生整體倒塌具有非常重要的作用，特別是構(gòu)造柱的作用尤為重要。只要構(gòu)造措施得當(dāng)，磚混結(jié)構(gòu)完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的抗震設(shè)防目標(biāo)。這次地震卻重蹈了唐山地震慘烈震害的覆轍，很多是在結(jié)構(gòu)體系和設(shè)計(jì)方面存在問(wèn)題，具體原因?qū)⒃谙挛脑敿?xì)討論。
          


          
　　2.2 框架－砌體混合結(jié)構(gòu)
          
　　這類(lèi)混合結(jié)構(gòu)大致可以分為豎向混合（如底部框架－上部磚混的結(jié)構(gòu)）和水平混合（部分框架－部分磚混的結(jié)構(gòu)）兩類(lèi)。它們表現(xiàn)出各自不同的典型震害。
          
　　豎向混合的框架-砌體混合結(jié)構(gòu)多為底部軟弱層破壞。在底框磚混建筑中，底層框架結(jié)構(gòu)的剛度遠(yuǎn)小于上部結(jié)構(gòu)，地震作用下底層框架變形集中，損傷嚴(yán)重，成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的軟弱樓層，使結(jié)構(gòu)發(fā)生局部型的破壞，甚至倒塌，而結(jié)構(gòu)的其它部分則沒(méi)能發(fā)揮其抗震能力。圖6 為幾個(gè)典型的底部軟弱層破壞震害。
          


          
　　對(duì)于框架-砌體水平混合結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)體系混亂，在地震作用下框架和砌體承重墻抗側(cè)力構(gòu)件的剛度和變形能力不協(xié)調(diào)，框架部分與砌體結(jié)構(gòu)部分受力復(fù)雜，極易導(dǎo)致嚴(yán)重破壞。圖7 為框架－砌體水平混合結(jié)構(gòu)的震害情況?？蚣?砌體水平混合結(jié)構(gòu)的大量存在，不僅僅是這次地震受影響區(qū)域的局部問(wèn)題，而是在我國(guó)西部地區(qū)具有一定的代表性，近年來(lái)西部地區(qū)的幾次地震都反映出類(lèi)似的問(wèn)題，應(yīng)該引起重視[4]。
          


          
　　2.3 框架結(jié)構(gòu)
          
　　本次地震中，大多數(shù)框架結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)震害一般較輕，盡管如此，震害調(diào)查顯示，框架結(jié)構(gòu)的柱端出鉸、柱端剪切破壞、節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞等現(xiàn)象比較常見(jiàn)，見(jiàn)圖8。這些震害表明，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范[5]中要求柱鉸機(jī)制機(jī)制的破壞模式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)，“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)結(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”等設(shè)計(jì)理念沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。在強(qiáng)柱弱梁方面，由于框架梁跨度過(guò)大使得其截面尺寸增大、樓板對(duì)框架梁的剛度和承載力貢獻(xiàn)、建筑需要在框架
          
梁的砌體或填充墻的剛度增強(qiáng)作用，規(guī)范對(duì)框架柱的軸壓比限值過(guò)高使得框架柱的截面尺寸偏小等，使得框架梁或屋蓋的實(shí)際剛度增大，在實(shí)際框架結(jié)構(gòu)震害中，很少看到“強(qiáng)柱弱梁”型破壞。
          


          
　　在強(qiáng)剪弱彎方面，即使柱端首先發(fā)生彎曲破壞而形成塑性鉸，巨大的軸壓容易使混凝土壓潰而發(fā)生剝離脫落，從而嚴(yán)重削弱柱端的抗剪能力，而柱端出鉸并不會(huì)減小柱端受到的地震剪力，因而很容易引起剪切破壞。由此可見(jiàn)，需要考慮壓彎破壞對(duì)柱端抗剪承載力降低的影響，提出切實(shí)可行實(shí)用的配筋構(gòu)造技術(shù)，如連續(xù)箍筋技術(shù)，防止柱端混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重退化，充分保證“強(qiáng)剪弱彎”。
          
　　另外，框架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻發(fā)生明顯的震害，見(jiàn)圖9。這雖然不屬于主體結(jié)構(gòu)的破壞，但仍然會(huì)對(duì)人員安全造成威脅，同時(shí)也造成很大的財(cái)產(chǎn)損失，使災(zāi)后修復(fù)與重建成本大大增加，尤其是對(duì)住戶的心理造成嚴(yán)重恐慌，不利于震后恢復(fù)正常生活和工作的開(kāi)展。從性能化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)填充墻、女兒墻、建筑外立面裝飾材料等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的抗震性能和抗震安全的研究，并在性能化抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)給出具體的規(guī)定。
          


          
　　2.4 逃生通道損壞嚴(yán)重
          
　　震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樓梯間、懸挑走廊等災(zāi)后逃生通道的震害普遍較為嚴(yán)重。在現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)澆樓梯的破壞主要集中在跑板或跑梁跨中斷裂，填充墻開(kāi)裂嚴(yán)重；而在采用預(yù)制鋼筋混凝土梁式樓梯或板式樓梯的住宅結(jié)構(gòu)中，樓梯梯板與兩端支座連接處拉開(kāi)，樓梯間與結(jié)構(gòu)其它部分完全分離。如圖10 所示。
          


          
　　在罕遇地震中建筑物應(yīng)能保證“大震不倒”，這是對(duì)建筑物內(nèi)人員生命安全的保障，其意義在于保證建筑物發(fā)生破壞后人員有機(jī)會(huì)逃離建筑物而獲救。但是，即使建筑物能夠“大震不倒”，逃生通道卻嚴(yán)重?fù)p壞，人員也無(wú)法及時(shí)脫離險(xiǎn)境。因此，在保證“大震不倒”的前提下，逃生通道的重要性應(yīng)適當(dāng)提高，有必要對(duì)樓梯間特別休息平臺(tái)與梯板的抗震設(shè)計(jì)開(kāi)展專門(mén)的研究，提高樓梯作為逃生通道的功能要求。
          
　　3 提高建筑物抗倒塌能力的設(shè)計(jì)思想
          
　　由于本次汶川地震屬于特大罕遇地震，高烈度區(qū)保證建筑在罕遇地震中做到“大震不倒”，提高建筑物抗倒塌能力，減小地震中的人員傷亡是抗震防災(zāi)的最基本要求。這次汶川地震倒塌房屋650 余萬(wàn)間，人員死傷基本上都是因?yàn)榉课萁ㄖ顾宦窕虮辉摇１M管我國(guó)抗震規(guī)范的第三階段設(shè)防要求大震不倒，但大震抗倒塌計(jì)算一般僅針對(duì)少數(shù)重要建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行，而對(duì)大量一般結(jié)構(gòu)，則主要依賴結(jié)構(gòu)構(gòu)造與概念設(shè)計(jì)。
          
然而，這次汶川地震中倒塌的大多數(shù)是一般房屋建筑。因此，如何保證結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的目標(biāo)，特別是針對(duì)一般房屋建筑，有必要進(jìn)一步展開(kāi)深入的研究。探究這些建筑倒塌的原因，除了地區(qū)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題外，研究建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在災(zāi)害作用下的整體性，是提高結(jié)構(gòu)整體抗震能力的關(guān)鍵。
          
　　3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、整體穩(wěn)定性和整體牢固性
          
　　建筑結(jié)構(gòu)是由很多基本構(gòu)件組成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，本文基于系統(tǒng)科學(xué)的思想，探討建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的抗倒塌能力和設(shè)計(jì)建議。根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)的基本概念，一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的功能主要取決于其整體性。整體性是系統(tǒng)方法的核心和目標(biāo)。系統(tǒng)的整體性可以簡(jiǎn)單的表述為“整體不等于部分之和”。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一方面，構(gòu)件的功能依賴于結(jié)構(gòu)整體，任何構(gòu)件一旦離開(kāi)結(jié)構(gòu)整體，就不再具有它在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中所能發(fā)揮的功能；另一方面，構(gòu)件影響結(jié)構(gòu)整體的功能，任何構(gòu)件一旦離開(kāi)結(jié)構(gòu)整體，結(jié)構(gòu)整體喪失的功能不等于該構(gòu)件在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中所發(fā)揮的功能，可能更大，也可能更小。
          
　　由于系統(tǒng)組成的復(fù)雜性，采用同樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按不同方式所組成的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其整體性可能表現(xiàn)為截然不同的結(jié)果。如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的互相依賴而加劇了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體功能的損失，則結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體抗震能力弱，這樣的整體性屬于不利的整體性，也即所謂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的易損性。911 事件后，國(guó)際工程界對(duì)建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌機(jī)理的研究正是為了克服結(jié)構(gòu)易損性可能造成的危害。與之相對(duì)的是有利的整體
          
性，經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)和組織的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，能夠利用元素之間的相互依賴與影響，最大限度地減少結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體功能的損失，即所謂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性。
          
　　魯棒性是反映復(fù)雜系統(tǒng)整體性的一個(gè)重要特性。在討論建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)專家也常用“結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性”和“結(jié)構(gòu)的整體牢固性”來(lái)表述。事實(shí)上，“魯棒性”、“整體穩(wěn)定性”和“整體牢固性”是從不同的角度對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性的描述。在系統(tǒng)方法中，穩(wěn)定性有其特定的定義，而整體牢固性則是更接近工程的技術(shù)術(shù)語(yǔ)。為此，以下先從系統(tǒng)科學(xué)角度，對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的“魯棒性”、“整體穩(wěn)定性”和“整體牢固性”的概念給予明確。
          
　　結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性是指，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)局部構(gòu)件的破壞而出現(xiàn)與之不相稱的整體功能喪失，也即局部構(gòu)件破壞對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能沒(méi)有造成什么影響，這可以直觀的表述為一種“減法整體性”，即3-1>2。文獻(xiàn)[5]詳細(xì)討論了抗震結(jié)構(gòu)的魯棒性對(duì)于罕遇地震中結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的重要意義，并提出了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)抗震魯棒性的方法，如增加結(jié)構(gòu)的冗余度、明確不同構(gòu)件的功能類(lèi)型、實(shí)現(xiàn)多重抗震防線、提高結(jié)構(gòu)的整體牢固性等。
          
　　結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性注重對(duì)損傷結(jié)果的描述，而結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性則注重對(duì)損傷過(guò)程的描述。這里所說(shuō)的穩(wěn)定性，是從結(jié)構(gòu)狀態(tài)突變的角度定義的廣義穩(wěn)定性，而一般經(jīng)常討論的壓桿分叉失穩(wěn)問(wèn)題只是種種狀態(tài)突變中的一種。在災(zāi)害作用下，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從完好狀態(tài)向破損狀態(tài)甚至倒塌狀態(tài)的變化過(guò)程，存在穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的兩種變化過(guò)程。如果發(fā)生突變破壞，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的倒塌過(guò)程將難以預(yù)測(cè)和控制。因此，
          
希望結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷破壞過(guò)程能夠表現(xiàn)為連續(xù)穩(wěn)定的漸進(jìn)式破壞過(guò)程，這種破壞過(guò)程相對(duì)容易預(yù)測(cè)與掌控，而且破壞過(guò)程中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性依然能夠得到保持。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定漸進(jìn)式的破壞過(guò)程，可分解為多個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的階段，每個(gè)階段都有相應(yīng)的損傷控制機(jī)制，并能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次的承載能力和變形能力，從而有效的避免瞬間的突變式破壞。這種連續(xù)穩(wěn)定的漸進(jìn)式破壞過(guò)程，可以使得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從開(kāi)始破壞到最終倒塌有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，并且在這一過(guò)程如果外界災(zāi)害作用停止，則整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)破壞過(guò)程也停止，不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以維持其整體狀態(tài)，因而能夠保證建筑內(nèi)的人員逃離。文獻(xiàn)[7]將結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞模式分為整體型與局部型兩種，其中整體型破壞模型具有連續(xù)穩(wěn)定的破壞過(guò)程，且有利于充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中各個(gè)部分的能力，是比較理想的破壞模式。文獻(xiàn)[7]提出了
          
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保證整體型破壞模式的思路，并指出其關(guān)鍵在于正確認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的層次性并使構(gòu)件功能及其安全儲(chǔ)備與它們的重要性相匹配。
          
　　結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性與整體穩(wěn)定性實(shí)際上是一個(gè)問(wèn)題從不同角度的表述，前者描述結(jié)果，后者描述過(guò)程。因此，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)魯棒性與穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)思路與途徑是統(tǒng)一的。
          
　　除此之外，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)成立的前提條件是構(gòu)件之間的相互作用。如果在地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可輕易地解體為單個(gè)構(gòu)件，則上述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性也無(wú)從談起。因此，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體牢固性是實(shí)現(xiàn)上述魯棒性和整體穩(wěn)定性的前提，也即建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)注重構(gòu)件之間的連接構(gòu)造，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間有利的相互作用能夠得到充分的發(fā)揮，最大程度的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體抗震能力目標(biāo)。
          
　　盡管整體牢固性是實(shí)現(xiàn)上述魯棒性和整體穩(wěn)定性的前提，但結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性和整體穩(wěn)定性屬于整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)層面的概念，與整體牢固性仍然具有不同的意義。比如，底框結(jié)構(gòu)，可能底框柱與上部結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造措施很牢固，但由于這個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)屬于局部型破壞機(jī)制，結(jié)構(gòu)的整體抗震能力仍然不好。因此，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、整體穩(wěn)定性和整體牢固性是保證結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體抗倒塌能力不可或缺的三個(gè)方面。
          
　　3.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全儲(chǔ)備
          
　　雖然建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從建成伊始便是作為一個(gè)整體而存在的，具有整體性，但在一般常遇荷載（如豎向靜力荷載等）作用下，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性的作用和意義并未得到充分體現(xiàn)，各個(gè)構(gòu)件都處于正常工作狀態(tài)，基本如同積木式結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。只有在強(qiáng)烈的外界作用下（如罕遇地震等極端災(zāi)害），構(gòu)件與構(gòu)件之間的相互作用的強(qiáng)烈非線性特征，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性才在保證整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全中體現(xiàn)出其意義和
          
價(jià)值。
          
　　圖11 用結(jié)構(gòu)的側(cè)向荷載-位移曲線表示結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在水平地震作用下的行為。圖中B 點(diǎn)為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的宏觀屈服點(diǎn)，屈服點(diǎn)前后結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體剛度發(fā)生明顯的變化。圖中D 點(diǎn)為倒塌前后的臨界點(diǎn)，稱為“倒塌點(diǎn)”。倒塌點(diǎn)的定義目前還沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論，本文從結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性角度來(lái)定義“倒塌點(diǎn)”，認(rèn)為在水平作用停止，結(jié)構(gòu)仍能承擔(dān)其自重作用并恢復(fù)一定的彈性變形，即圖11 中DE 段曲線，則沒(méi)有倒塌；但如果撤去水平作用，結(jié)構(gòu)在其自重作用下變形進(jìn)一步加大而無(wú)法控制，即圖11 中DF 段曲線，則結(jié)構(gòu)倒塌。兩種狀態(tài)的臨界點(diǎn)即為結(jié)構(gòu)的倒塌點(diǎn)。
          


          
　　在“小震不壞”的設(shè)計(jì)階段，為了保證結(jié)構(gòu)不進(jìn)入屈服，規(guī)范考慮到正常情況下可能的各種隨機(jī)因素與結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，設(shè)定了低于屈服點(diǎn)B 的“小震設(shè)計(jì)點(diǎn)”，如圖11 中的A 點(diǎn)。在這一階段，結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備主要由各個(gè)構(gòu)件的承載力安全儲(chǔ)備保證，即在數(shù)值上等于安全儲(chǔ)備最小的構(gòu)件的承載力安全儲(chǔ)備。這種安全儲(chǔ)備可以稱為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的“基本承載力安全儲(chǔ)備”，如圖11 中A 點(diǎn)與B 點(diǎn)之間的承載力富余程度。其工程意義在于保證結(jié)構(gòu)系統(tǒng)滿足正常使用狀況下的安全和適用性能需求。
          
　　在“大震不倒”的設(shè)計(jì)階段，為了保證結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震中不發(fā)生倒塌，應(yīng)該在倒塌點(diǎn)D 之前合理設(shè)定“大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)”，如圖11 中的C 點(diǎn)。在我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中，大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)C 點(diǎn)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移要求，比如對(duì)RC 框架和多高層鋼結(jié)構(gòu)要求彈塑性層間變形不得超過(guò)1/50?！暗顾c(diǎn)”是客觀存在的狀態(tài)，而大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)是考慮安全儲(chǔ)備與各種隨機(jī)因素，按照人為設(shè)定的“大震”等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的狀態(tài)。事實(shí)上，從“大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)C”到“倒塌點(diǎn)D”之間，結(jié)構(gòu)可能并未倒塌，而是破壞的嚴(yán)重程度不同。
          
　　結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為一個(gè)整體，其屈服表現(xiàn)為系統(tǒng)中的某些構(gòu)件的屈服甚至破壞，這時(shí)整體結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備既與構(gòu)件的安全儲(chǔ)備相關(guān)，但又不完全取決于構(gòu)件的安全儲(chǔ)備而是取決于取決于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中所有構(gòu)件在承載力、延性、耗能能力等各個(gè)方面儲(chǔ)備的合理分布與等級(jí)層次。因此，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全儲(chǔ)備只有在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體的層次上才能表現(xiàn)出來(lái)，稱為“整體安全儲(chǔ)備”，對(duì)應(yīng)于圖11 中B 點(diǎn)與C 點(diǎn)之間的富余程度。目
          
前，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)入彈塑性的計(jì)算分析，可以得到結(jié)構(gòu)的整體安全儲(chǔ)備，目前震規(guī)范只要求重點(diǎn)工程進(jìn)行計(jì)算，但對(duì)一般房屋建筑結(jié)構(gòu)，還需要進(jìn)一步開(kāi)展研究，發(fā)展簡(jiǎn)化實(shí)用的計(jì)算，使得能夠把握一般房屋建筑結(jié)構(gòu)的“整體安全儲(chǔ)備”水平。
          
　　當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮的意外作用（如巨震）時(shí)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)可能超越C 點(diǎn)。這時(shí)，圖11 中C 點(diǎn)與D 點(diǎn)之間的部分對(duì)于保證結(jié)構(gòu)不倒塌具有決定性的作用。這部分儲(chǔ)備目前難以通過(guò)計(jì)算手段加以確定，可以稱為“意外安全儲(chǔ)備”，主要取決于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、整體穩(wěn)定性和整體牢固性，但這方面的研究目前還相當(dāng)缺乏。
          
　　提高房屋建筑的抗倒塌能力，一方面是要合理的確定規(guī)范中的“大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)”C 點(diǎn)，如果在規(guī)定的大震水平作用下，結(jié)構(gòu)響應(yīng)不超過(guò)C 點(diǎn)，則可以保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌；另一方面，由于地震發(fā)生的高度不確定性，建筑結(jié)構(gòu)有可能遭遇比按規(guī)范設(shè)定的“大震”等級(jí)更大的巨震（比如，這次汶川地震，汶川和北川為7 度抗震設(shè)防地區(qū)，設(shè)計(jì)大震為8 度，卻經(jīng)歷了約11 度的地震。我國(guó)以前幾次大地震也是這類(lèi)情
          
況，如1966 邢臺(tái)地震：設(shè)防7 度，實(shí)際10 度；1975 海城地震：設(shè)防6 度，實(shí)際9~11 度；1976 唐山地震：設(shè)防6 度，實(shí)際11 度）。因此，在遭遇實(shí)際地震情況下，結(jié)構(gòu)狀態(tài)可能超過(guò)大震設(shè)計(jì)點(diǎn)。這時(shí)就需要研究如何使得結(jié)構(gòu)的倒塌臨界點(diǎn)D 點(diǎn)盡量推遲。
          
　　當(dāng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)超越屈服點(diǎn)B 點(diǎn)，接近“大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)”C 點(diǎn)，甚至超越C 點(diǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間非線性作用非常強(qiáng)烈，有些構(gòu)件已經(jīng)屈服甚至退出工作，結(jié)構(gòu)整體性對(duì)于保證結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的功能至關(guān)重要。因此在些階段，應(yīng)重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)整體性，努力提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、穩(wěn)定性與整體牢固性。另外，在“大震設(shè)計(jì)點(diǎn)”C 點(diǎn)之前，尚可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法大體確定隨機(jī)因素的影響，確定結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備；一旦超越C 點(diǎn)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)與地震作用都將無(wú)法統(tǒng)計(jì)或無(wú)法預(yù)計(jì)，這種隨機(jī)性也要考慮。
          
　　圖12 為作者在這次汶川地震調(diào)查中收集到不同破壞程度的建筑震害狀況。顯然，這些建筑震害狀況已超過(guò)抗震規(guī)范的“大震設(shè)計(jì)點(diǎn)”，有些并未倒塌，而有些則倒塌。盡管超過(guò)“大震設(shè)計(jì)點(diǎn)”可能也會(huì)造成一定的人員傷亡，但比徹底倒塌的人員傷亡要小很多。如前所說(shuō)，“大震設(shè)計(jì)點(diǎn)”后結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的抗震性能主要取決于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、整體穩(wěn)定性和整體牢固性，也即結(jié)構(gòu)系統(tǒng)“倒塌點(diǎn)D”與“大震設(shè)計(jì)點(diǎn)
          
C”之間的“意外安全儲(chǔ)備”大小。因此，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、整體穩(wěn)定性和整體牢固性，是提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力具的基本思想。
          


          
　　綜上所述，對(duì)于一般建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，目前設(shè)計(jì)規(guī)范只明確了基本安全儲(chǔ)備，而結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體安全儲(chǔ)備和意外安全儲(chǔ)備在概念上尚未明確，相應(yīng)的工程教育也很缺乏。實(shí)際設(shè)計(jì)中有經(jīng)驗(yàn)的工程師會(huì)憑借其豐富的經(jīng)驗(yàn)和智慧合理發(fā)揮規(guī)范的抗震構(gòu)造措施來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體安全儲(chǔ)備與意外安全儲(chǔ)備。但由于規(guī)范目前對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體安全儲(chǔ)備與意外安全儲(chǔ)備沒(méi)有明確規(guī)定，大多未引起重視，特別是對(duì)于一
          
般房屋建筑，甚至根本不被重視，甚至有些工程師盡量用足規(guī)范，不留任何余地，這固然有規(guī)范不夠完善的地方，但這樣的做法實(shí)際上是不具備工程師的基本素質(zhì)的。
          
　　在磚混結(jié)構(gòu)中，磚墻是主要承力構(gòu)件，容易發(fā)生脆性破壞，破壞過(guò)程不穩(wěn)定，且承重墻之間的連接容易被忽視，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體牢固性不良。圈梁與構(gòu)造柱形成的整體受力框架可以為承重墻提供約束與連接，是提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的魯棒性、穩(wěn)定性和整體牢固性，有效提高增加結(jié)構(gòu)意外安全儲(chǔ)備的關(guān)鍵。然而，意外安全儲(chǔ)備與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常關(guān)注的基本安全儲(chǔ)備分別來(lái)自不同的構(gòu)件，使得磚混結(jié)構(gòu)的整體性容易被設(shè)計(jì)、施工與管理人員忽視，為這類(lèi)結(jié)構(gòu)在地震中的安全性埋下隱患，成為磚混結(jié)構(gòu)抗震能力不足的最大問(wèn)題。上文中提到的框架結(jié)構(gòu)在震害中表現(xiàn)出的“強(qiáng)梁弱柱、強(qiáng)彎弱剪”等不良破壞模式，也是基本安全儲(chǔ)備與意外安全儲(chǔ)備錯(cuò)位的體現(xiàn)。梁、柱的承載力級(jí)差，構(gòu)件彎、剪承載力的級(jí)差，都只有在結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服，構(gòu)件發(fā)生破壞以后才能體現(xiàn)出來(lái)，而在基本安全儲(chǔ)備階段無(wú)法體現(xiàn)?？梢?jiàn)，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范與設(shè)計(jì)理論中在
          
整體安全儲(chǔ)備和意外安全儲(chǔ)備方面的缺失，是汶川地震中大量房屋倒塌的主要原因之一。下面從三個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的“整體安全儲(chǔ)備”和“意外安全儲(chǔ)備”進(jìn)行討論，以期提高我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。
          
　　4 提高建筑物抗倒塌能力的方法
          
　　本文以下分別從完善結(jié)構(gòu)整體安全儲(chǔ)備的第二階段“大震不倒”抗震設(shè)計(jì)方法，以及從結(jié)構(gòu)抗震體系和結(jié)構(gòu)整體性兩方面，對(duì)“大震不倒設(shè)計(jì)點(diǎn)”后增加結(jié)構(gòu)意外安全儲(chǔ)備和提高建筑物抗倒塌能力方法進(jìn)行討論。
          
　　4.1 完善第二階段抗震設(shè)計(jì)方法
          
　　目前，我國(guó)房屋建筑采用三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，并采用二階段設(shè)計(jì)方法予以實(shí)現(xiàn)。第一階段為按小震進(jìn)行抗震計(jì)算設(shè)計(jì)，這部分已經(jīng)比較成熟，主要解決結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本安全儲(chǔ)備。但對(duì)于第二階段設(shè)計(jì)，由于結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的計(jì)算分析難度很大，目前我國(guó)抗震規(guī)范只對(duì)重要建筑有比較具體的大震驗(yàn)算規(guī)定，對(duì)一般建筑主要是通過(guò)采用合理的結(jié)構(gòu)體系和采取抗震措施實(shí)現(xiàn)“大震不倒”。
          
　　抗震措施和構(gòu)造是地震震害研究、試驗(yàn)研究和理論分析的成果。由于大震下結(jié)構(gòu)倒塌問(wèn)題的復(fù)雜性，現(xiàn)有研究成果很有限，目前我國(guó)抗震規(guī)范關(guān)于大震不倒的抗震措施還需要進(jìn)一步完善，有必要通過(guò)總結(jié)震害特征、對(duì)建筑典型震害的實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)與理論分析，進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)抗倒塌的設(shè)計(jì)方法和具體措施，在抗震規(guī)范中給出抗倒塌設(shè)計(jì)的具體規(guī)定。如日本1981 年后執(zhí)行的建筑基準(zhǔn)法，規(guī)定31m 以上的建筑均需進(jìn)行
          
按第二階段進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，所采用的方法包括：結(jié)構(gòu)抗震承載力計(jì)算方法；極限抗震承載力計(jì)算方法；基于能量的計(jì)算方法，對(duì)于60m 以上的建筑，則要求采用時(shí)程分析方法?？梢?jiàn)，日本要求進(jìn)行第二階段抗震計(jì)算的建筑范圍比我國(guó)規(guī)范大，而且有相應(yīng)的配套的實(shí)用計(jì)算方法，便于設(shè)計(jì)人員具體應(yīng)用。因此，建議進(jìn)一步開(kāi)展建筑結(jié)構(gòu)抗地震倒塌設(shè)計(jì)方法研究，完善我國(guó)規(guī)范第二階段設(shè)計(jì)方法的具體規(guī)定，擴(kuò)大第二階
          
段設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍。
          
　　關(guān)于第二階段設(shè)計(jì)方法，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震倒塌機(jī)制分析，開(kāi)展建筑結(jié)構(gòu)倒塌模式的研究。針對(duì)大震下結(jié)構(gòu)整體安全儲(chǔ)備目標(biāo)，應(yīng)在設(shè)計(jì)中控制結(jié)構(gòu)的倒塌模式，使之存在不易倒塌的區(qū)域（如衛(wèi)生間和樓梯），盡量保證建筑物內(nèi)人員可以及時(shí)逃離，或?yàn)闊o(wú)法及時(shí)逃出的人員提供局部生存空間，等待外部人員的救援。
          
　　4.2 重視結(jié)構(gòu)體系與選型
          
　　合理的結(jié)構(gòu)形式和抗震體系是保證建筑抗震安全的首要因素。本次地震中，結(jié)構(gòu)形式不合理、結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，未有效設(shè)置圈梁好構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)，在本次地震中破壞嚴(yán)重，特別是單跨、縱墻承重、外挑走廊的教學(xué)樓。這類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)體系的抗震能力先天不足，再加上沒(méi)有采取起碼的抗震構(gòu)造措施（未設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱，樓板沒(méi)有拉結(jié)）和粗糙的施工質(zhì)量，才釀成如此嚴(yán)重的后果。
          
　　根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)方法的思想，結(jié)構(gòu)的抗震能力，首先取決于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即結(jié)構(gòu)抗震體系的問(wèn)題，其次是抗震構(gòu)造措施，最后才是具體的抗震計(jì)算的問(wèn)題。然而，在工程實(shí)踐中，由于結(jié)構(gòu)抗震體系和結(jié)構(gòu)形式很多，無(wú)法簡(jiǎn)單的用規(guī)范條文做出規(guī)定，同時(shí)我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)體系的工程教育方面長(zhǎng)期存在一些問(wèn)題，以至于工程師們只會(huì)死摳設(shè)計(jì)規(guī)范，并盡量用足規(guī)范的限制，不過(guò)分的說(shuō)，就是盡量鉆規(guī)范的空子，盡管規(guī)范可能存在不完善之處，但作為工程師不能用這種方式去應(yīng)用規(guī)范，而應(yīng)憑借自己的基本結(jié)構(gòu)概念好對(duì)工程負(fù)責(zé)的態(tài)度進(jìn)行設(shè)計(jì)（規(guī)范也要明確規(guī)定，按規(guī)范設(shè)計(jì)不能免除設(shè)計(jì)者的法律責(zé)任）。在這次震害調(diào)查中，綿陽(yáng)市有位會(huì)用規(guī)范的“大膽”工程師，其設(shè)計(jì)的10 多棟建筑中，有3 棟倒塌，其余破壞嚴(yán)重或較為嚴(yán)重。這暴露出目前“重構(gòu)件，輕結(jié)構(gòu)”的抗震設(shè)計(jì)方法的危害。為此，有必要深刻總結(jié)地震震害經(jīng)
          
驗(yàn)，吸取震害教訓(xùn)，強(qiáng)化抗震規(guī)范中關(guān)于結(jié)構(gòu)體系與選型方面的指導(dǎo)性條文，進(jìn)一步大力完善我國(guó)的建筑規(guī)范體系，逐漸改變目前基于構(gòu)件的規(guī)范條文體系和工程教育傳統(tǒng)，建立立足于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性的思想和規(guī)范體系，可以適當(dāng)參考國(guó)外抗震規(guī)范中的成功經(jīng)驗(yàn)，如日本規(guī)范通過(guò)偏心率和剛度率的具體規(guī)定明確了對(duì)結(jié)構(gòu)體型的要求。
          
　　另一方面，我國(guó)目前對(duì)結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的審查力度還有待改進(jìn)。建筑抗震設(shè)計(jì)審查應(yīng)在重點(diǎn)針對(duì)結(jié)構(gòu)抗震體系的合理性審查的基礎(chǔ)上進(jìn)行，而不是僅僅按規(guī)范條文逐條審查。調(diào)整并健全專業(yè)規(guī)范與相關(guān)法律法規(guī)之間的關(guān)系，突出規(guī)范的專業(yè)性與權(quán)威性，弱化其法規(guī)性。同時(shí)，為避免建筑師任意采用復(fù)雜不規(guī)則的建筑造型，給結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)造成困難，應(yīng)規(guī)定建筑師和工程師共同對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全擔(dān)負(fù)責(zé)任。
          
　　需要指出的是，近年來(lái)我國(guó)建筑設(shè)計(jì)出現(xiàn)的了追求新奇特的趨勢(shì)，造成大量不利于抗震的極不規(guī)則的建筑。建筑界的這種傾向會(huì)顯著增加建筑抗震設(shè)計(jì)的難度，也會(huì)造成許多隱患。然而，盡管我國(guó)大量新奇特建筑不斷出爐，但真正在世界上有影響的標(biāo)志性建筑并不多。相反，美國(guó)、日本和西方的許多著名建筑大多不是以新奇特取勝，這一點(diǎn)值得我國(guó)建筑師認(rèn)真反思。
          
　　4.3 重視對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性的研究
          
　　建立基于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性的規(guī)范體系，就必須從系統(tǒng)科學(xué)方法的高度，重視結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性、魯棒性、穩(wěn)定性和牢固性的研究。而結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性、魯棒性、穩(wěn)定性和牢固性正是使結(jié)構(gòu)在極端災(zāi)害作用下保證安全的基本屬性。
          
　　結(jié)構(gòu)應(yīng)被看作是由不同構(gòu)件有機(jī)組織而成，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件與結(jié)構(gòu)之間互相依賴、互相影響的一個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)，安全可靠的構(gòu)件并不一定意味著安全可靠的結(jié)構(gòu)。當(dāng)構(gòu)件之間的組織關(guān)系不利結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性能目標(biāo)時(shí)，結(jié)構(gòu)將表現(xiàn)出易損性，極端的例子便是連續(xù)性倒塌，結(jié)構(gòu)局部的破壞迅速擴(kuò)散并導(dǎo)致與原因不相稱的后果。沒(méi)有圈梁和構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)恰恰屬于這種類(lèi)型。砌體墻嚴(yán)重缺乏變形能力，
          
容易發(fā)生脆性，而砌體墻偏偏又是結(jié)構(gòu)中的主要承重構(gòu)件。砌體墻某處一旦發(fā)生脆性破壞，巨大的內(nèi)力重分布很容易在結(jié)構(gòu)中引發(fā)連續(xù)性破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的短時(shí)間內(nèi)連續(xù)性垮塌，預(yù)制樓板與樓體的不良連接更加劇了整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體倒塌。
          
　　然而另一方面，只要構(gòu)件組織合理，能夠形成有序的受力層次與破壞序列，就可以實(shí)現(xiàn)高魯棒性的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。圈梁、構(gòu)件造的重要意義就在于此。它們并不僅能顯著提高磚墻的承重能力，更重要的是顯著增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，使之由易損性轉(zhuǎn)變?yōu)轸敯粜?。圈梁和?gòu)造柱通過(guò)對(duì)砌體墻的有效約束，提高了磚墻的變形能力，延緩了墻體的倒塌，并減小了結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)快速解體的可能性。這種對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)抗震能力具有
          
質(zhì)變的提高，不是通過(guò)提高砌體強(qiáng)度和砂漿強(qiáng)度等量變措施可以達(dá)到的，它也恰恰體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性研究的必要性。
          
　　從利用結(jié)構(gòu)整體性的角度講，提高結(jié)構(gòu)抵御災(zāi)害的能力并不一定要大幅提高結(jié)構(gòu)的承載力安全儲(chǔ)備而導(dǎo)致大幅增加建設(shè)成本。恰恰相反，只要深入研究結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，合理利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性，完全可以通過(guò)少量的抗震設(shè)計(jì)或構(gòu)造措施（如設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁、樓板拉結(jié)等），顯著提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。這符合我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，這方面的研究值得大力提倡。文獻(xiàn)[9]中關(guān)于提高我國(guó)新疆地區(qū)大量存在的土坯房的抗震能力的建議是很好的例子。這次汶川地震中再次暴露出了砌體結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，建議在總結(jié)這次震害中表現(xiàn)良好砌體結(jié)構(gòu)的成功做法，吸取破壞嚴(yán)重甚至完全倒塌砌體結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，就如何提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性與抗倒塌能力，開(kāi)展進(jìn)一步的細(xì)致研究，提出可靠的、且切實(shí)可行的砌體結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施。與此同時(shí)，也應(yīng)加大對(duì)其他結(jié)構(gòu)體系的整體性與抗倒塌能力問(wèn)題的研究投入，為
          
建立基于結(jié)構(gòu)整體系統(tǒng)的規(guī)范體系打好基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)在巨震下人員可逃的結(jié)構(gòu)不倒的目標(biāo)。
          
　　五、結(jié)語(yǔ)
          
　　由于“大震不倒”對(duì)于減少地震人員傷亡非常重要，本文針對(duì)震害中大量房屋嚴(yán)重破損甚至完全倒塌的現(xiàn)象，討論了提高建筑物抗倒塌能力的設(shè)計(jì)思想。主要結(jié)論如下：
          
　　(1) 建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全儲(chǔ)備分為基本安全儲(chǔ)備、整體安全儲(chǔ)備與意外安全儲(chǔ)備三個(gè)層次。其中基本安全儲(chǔ)備是構(gòu)件層次的安全儲(chǔ)備，整體安全儲(chǔ)備和意外安全儲(chǔ)備是系統(tǒng)整體層次上的安全儲(chǔ)備。現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范更多關(guān)注的是基本安全儲(chǔ)備，而對(duì)整體安全儲(chǔ)備和意外安全儲(chǔ)備缺少明確的要求。
          
　　(2) 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在可預(yù)計(jì)的多遇荷載作用下的安全性可以通過(guò)基本安全儲(chǔ)備加以保障，而其抵御災(zāi)害的能力則依賴于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體安全儲(chǔ)備和意外安全儲(chǔ)備。意外安全儲(chǔ)備不足是汶川地震建筑結(jié)構(gòu)震害嚴(yán)重的主要原因之一。
          
　　(3) 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的意外安全儲(chǔ)備主要來(lái)自其魯棒性、穩(wěn)定性和整體牢固性。其中整體牢固性是保證結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有整體性的前提，它要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間具有恰當(dāng)而可靠的連接。魯棒性和穩(wěn)定性則可以使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)趨向于有利的整體性結(jié)果。魯棒性要求結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不因局部受損而發(fā)生與原因不相稱的破壞；穩(wěn)定性要求結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的破壞過(guò)程具有多個(gè)層次，各個(gè)層次能夠有效地控制損傷擴(kuò)散的次序與程度。
          
　　(4) 建議從結(jié)構(gòu)第二階段抗倒塌設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體性三個(gè)方面進(jìn)一步開(kāi)展深入的研究，完善我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范，特別是應(yīng)加強(qiáng)這方面的工程結(jié)構(gòu)教育，提高我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力的設(shè)計(jì)水平。
          
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