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          按抗震新規(guī)范修改幕墻規(guī)范關(guān)于抗震設計的兩點建議

          來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:張芹  日期:2011-3-28
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            汶川地震發(fā)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(shù)千名工程技術(shù)人員奔赴地震災區(qū),對震損房屋建筑開展調(diào)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。
           
            汶川地震發(fā)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(shù)千名工程技術(shù)人員奔赴地震災區(qū),對震損房屋建筑開展調(diào)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(shù)人員的責任。這些資料將為災區(qū)的恢復重建和我國工程建設抗震規(guī)范和標準的修訂提供科學依據(jù),從而使我國地震災區(qū)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(guī)范(標準)修訂提供了科學依據(jù),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(jié)經(jīng)驗,思考《建筑抗震設計規(guī)范》和幕墻設計規(guī)范中有關(guān)幕墻抗震設計的規(guī)定與設計、施工中的問題,對于災后建造更為耐震的建筑結(jié)構(gòu)和建筑幕墻,修訂抗震設計規(guī)范和幕墻設計規(guī)范中有關(guān)幕墻抗震設計的規(guī)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(guī)律、地震波傳播特征及對地形反應等原因外,針對建筑結(jié)構(gòu)本身的特點,對照規(guī)范規(guī)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(guī)范(標準)中哪些經(jīng)過檢驗證明是正確的,在今后就要堅持執(zhí)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(jīng)過試驗、論證再在實際工程中使用、改進、完善,成熟后列入規(guī)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(xiàn)良好,盡管地震動強度達到“大震水準”,主體結(jié)構(gòu)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(shù)規(guī)范》(JGJ102—2003)第4.2.6條規(guī)定:“玻璃幕墻平面內(nèi)變形性能,…抗震設計時,應按主體結(jié)構(gòu)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(guī)定(見第4.3.12條、9.5.2條和9.5.3條)。主體結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值的3倍相當于“中震水準”下主體結(jié)構(gòu)保持彈性的最大層間位移角限值,相當于“大震”作用時結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)密封膠承載力降低均可能造成玻璃脫落。’震害經(jīng)驗表明,幕墻在結(jié)構(gòu)總體安全時,可以滿足大震后繼續(xù)使用的要求。
            傅學怡的文章《汶川、臺灣建筑震害啟示——改進規(guī)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(fā)了對所有建筑都采用“大震不倒”設計原則的思考,是否根據(jù)房屋使用功能,綜合震后修復使用的代價,區(qū)分四類房屋調(diào)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(yè))“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(yī)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(xù)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(jīng)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(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào),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(jié)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(xiàn)地震波形再現(xiàn),從而有效地考核主體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的構(gòu)件尤其是幕墻構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guī)范中統(tǒng)一確定取值,可能過低估計建筑結(jié)構(gòu)頂部和特殊部位的地震反應。高層建筑模型結(jié)構(gòu)的振動臺試驗分析表明,結(jié)構(gòu)最大加速度放大系數(shù)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(jié)構(gòu)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(guān)。建筑幕墻依附主體結(jié)構(gòu),在震作用下要能夠承受主體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的變形相協(xié)調(diào),幕墻結(jié)構(gòu)變形性能通常用層間位移這一指標來描述。”“模型結(jié)構(gòu)的振動臺試驗分析表明,有些模型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所具有的變形能力可能不足。”“通過對大量建筑結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗分析,探討主體結(jié)構(gòu)層間位移角與歸一化高度之間的關(guān)系。由于主體結(jié)構(gòu)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(shù)結(jié)構(gòu)的層間位移均在1/50以內(nèi),多數(shù)在1/100附近;總體來看,結(jié)構(gòu)類型不同其層間位移角沿結(jié)構(gòu)高度分布的規(guī)律不同。對于以剪切變形為主的結(jié)構(gòu),其層間位移角峰值分布在結(jié)構(gòu)底層附近;對已彎曲變形為主的結(jié)構(gòu),層間位移角在中間附近較大;對于彎一剪變形為主的結(jié)構(gòu),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(xiàn)突然增大的現(xiàn)象;對于大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu),在地震作用下的變形為主-----發(fā)生彎-剪變形的結(jié)構(gòu)的層間位移角沿高度發(fā)布的特點-----在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)變形應該適應結(jié)構(gòu)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(nèi)變形能力,使其滿足結(jié)構(gòu)塑性變形的需要,------建筑幕墻的平面內(nèi)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(nèi)變形能力取主體結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)生很大的彎曲內(nèi)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(gòu)件及其多重節(jié)點產(chǎn)生影響,又對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,任何一個薄弱環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生震害,甚至導致脫落、倒塌。”這些成果,為我們修改規(guī)范提供了有益的思路。
            《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)總結(jié)了2008年汶川地震震害經(jīng)驗,繼續(xù)開展了專題研究和部分試驗研究,調(diào)查總結(jié)了近年來國內(nèi)外大地震(包括汶川地震)的經(jīng)驗教訓,采納了地震工程的新科研成果。規(guī)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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