钢筋混凝土结构破坏分析

我国的多层和高层房屋设计中大都采用钢筋混凝土结构形式，根据房屋的高度和抗震设防烈度的不同分别采用框架结构、抗震墙结构、框架 -抗震墙结构、筒体结构等。其破坏（图6.6）原因包括：平面刚度分布不均匀、不对称产生的震害、竖向刚度突变产生的震害、防震缝处理不当产生的震害、柱的震害、梁的震害、梁柱节点的震害、墙体的震害等。

图6.6　钢筋混凝土结构的破坏

对于钢筋混凝土建筑，应选择合理的基础形式，保证基础有足够的埋置深度，条件适宜应设置地下室；结构的自振周期应避开场地的特征周期，以免发生共振而加重震害；平面及竖向布置应规则，避免突然变化，对于平面和竖向布置不规则的结构应采取抗震措施，保证结构整体的预期性能。

下面将通过破坏实例对钢筋混凝土结构的震害形式进行分析。

1.大开间结构的破坏实例及对策

图6.7为大开间结构，底层多用于车库或商店，地震时，由于开间较大，建筑物整体刚度不连续，建筑物的底层发生损毁崩塌，整个建筑物发生侧倾。

图6.7　大开间结构破坏及其示意图

地震灾害发生时，由于其开间较大，使得整个构筑物上部重量较大下部较小，造成头重脚轻，强震时容易造成破坏。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）规定，要注意把握建筑体型，使质量与刚度均匀变化，确保抗震设计的正确实施。

2.结构明显变异区的破坏实例及对策

图6.8所示为钢筋混凝土结构，中间层为结构体系明显变化区，在地震作用下，此建筑的一整层楼全部倒塌，整个结构发生了较为严重的破坏。

图6.8　结构明显变异区的破坏

结构发生明显变异区的原因是大开间或结构明显变异区为结构软弱部位，承载力较差，地震时往往在此薄弱部位破坏。在高烈度区，应尽量避免将建筑物设计成大开间的结构，对结构明显变异区应采取局部构造措施和抗震设施，保证结构的整体抗震性能。

3.竖向刚度突变建筑物的破坏实例及对策

图6.9中钢筋混凝土结构为异型建筑，1995年阪神大地震时，此结构产生了较大的裂缝和倾斜，丧失了使用功能。

结构沿竖向的质量和刚度有过大突变时，突变处应力集中，在地震中往往形成薄弱层，产生较大的塑性变形，极易发生破坏。对于不规则的建筑结构，应从结构计算、内力调整、采取必要的加强措施等多方面加以仔细考虑，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施以保证建筑的整体抗震性能。

图6.9　竖向刚度突变建筑物的破坏及其示意图

4.不同建筑结合处的破坏实例及对策

图6.10所示为1995年阪神地震中的两建筑，在震后结合部位产生了较为严重的裂缝，最终破坏。

图6.10　不同建筑结合处的破坏

伸缩缝左右两侧的建筑可能为不同时期兴建、或者两者的建筑材料不甚相同，导致两者在交界面处不易结合，地震时产生不和谐振动而发生破坏。地震多发地区应尽量保证建筑物的整体性，保证其刚度、延性等的一致性，这样才能减少震区建筑物破坏的可能性。

5.承重墙体剪切破坏实例及对策

图6.11所示建筑为剪力墙结构，其开窗较大，地震时在外纵墙的窗间墙上出现了较为明显的X形交叉裂缝，使整体结构遭到了破坏。

图6.11　承重墙体剪切破坏及其示意图

承重墙发生剪切破坏的主要原因是墙体为承重构件，地震时受力复杂，而且窗间墙体洞口处受到削弱，使得墙体产生了X形裂缝，最终导致破坏。

6.建筑物柱脚的破坏实例及对策(www.xing528.com)

1995年阪神地震中，许多建筑的破坏是由一层柱子的剪切破坏导致的。图6.12所示为钢筋混凝土结构，地震时一层柱子发生了剪切破坏，造成混凝土部分剥落，纵向钢筋裸露并弯曲。

图6.12　建筑物柱脚破坏及其示意图

建筑物柱脚的破坏大多是由于箍筋间距过大，箍筋所能抵抗的弯曲能力比较小，不能承受过大的侧向力，此时也会导致纵筋产生较大弯曲。为有效地防止柱子发生剪切破坏，应对箍筋进行加密设置，柱头和柱脚中箍筋间距应适当调整，以保证有足够的抵抗水平变形能力。

7.建筑物柱顶的破坏实例及对策

图6.13所示为建筑物柱顶破坏实例及其示意图。由图6.13可知，地震作用下，钢筋混凝土结构柱的混凝土压碎崩落，纵筋和箍筋裸露。同时，柱内箍筋被拉断，纵筋被压曲成灯笼状，破坏较为严重。

发生此类破坏的主要原因是柱节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力比较复杂。此外，箍筋配置不足、锚固欠佳等也会造成柱顶的破坏。为减少或避免此类破坏的发生，可以采取加密箍筋配置或增大箍筋强度的措施来保证其抗震能力，同时锚固的长度也应符合规范的要求。

图6.13　建筑物柱顶破坏实例及其示意图

8.建筑物柱子的破坏实例及对策

图6.14所示为钢筋混凝土结构短柱在地震作用下的破坏实例。地震发生时，柱子的混凝土保护层剥落，柱子发生了较为明显的破坏。当柱高小于4倍的柱截面高度即H/b小于4时将会形成短柱，而当短柱的刚度较大时，易产生剪切破坏。对于底层柱，柱根不应小于柱净高的1/3；当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上、下各500mm。

图6.14　地震对建筑物短柱的破坏及其示意图

图6.15所示为钢筋混凝土结构角柱在地震作用下的典型破坏实例。该柱混凝土压碎崩落，纵筋和箍筋裸露，且纵筋被压曲成灯笼状，破坏较为严重。此钢筋混凝土角柱处于双向受弯、受剪的状态，再加上扭转作用，其震害比内柱严重。为减少该现象的发生，在设计时应充分考虑多方向弯矩的作用，尤其是扭矩作用，正确分析构件的内力状态。通常采取的措施为在主筋外侧配剪切加强筋，在内侧作网状配置，以加强约束作用，此外应保证箍筋数目，使其发挥应有作用。

图6.15　角柱的破坏实例

9.建筑物节点的破坏实例及对策

图6.16所示为建筑物节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落，节点柱纵向钢筋压曲等破坏。节点破坏的主要原因包括：节点抗剪承载力不足、约束箍筋太少、梁筋锚固长度不够、梁柱断面小以及施工质量差等。对于此种震害，在构筑物设计时，梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力，加密约束箍筋。

图6.16　梁柱节点的破坏及其示意图

10.砌体填充墙的破坏实例及对策

砌体填充墙刚度大而承载力低，且变形能力小，在地震作用下发生往复变形时，墙体往往发生剪切破坏。由图6.17可以看到，在地震作用下，此建筑出现明显裂缝，且有部分的倒塌，上部的破坏情况明显比下部的破坏情况严重。由于空心砌体墙的破坏较实心砌体墙严重，砌块墙较砖墙严重，因此应选择合适的墙体材料与类型作为填充墙，另外应加强框架与墙体之间的有效拉结。

图6.17　填充墙的破坏

钢筋混凝土结构是目前房屋建筑中最为常见的一种结构类型，一般是钢筋承受拉力，混凝土承受压力。与砖结构相比坚固、耐久，与木结构相比防火性较好，与钢结构相比成本较低。

在地震作用下，钢筋混凝土结构也会发生与其他结构不同的震害，除以上所述的承重墙体剪切破坏、梁柱节点的破坏等典型震害外，还可能发生以下的破坏形式：

（1）位于较弱地基上的高大柔性建筑物，当结构自振周期与场地特征周期比较接近时，易发生类共振现象，有时即使烈度不高，但结构物的破坏比预计的严重得多。

（2）建于软弱地基土或液化土层上的框架结构，在地震时常因地基的不均匀沉降使上部结构倾斜甚至倒塌。

（3）防震缝两侧结构单元由于各自的振动特性不同，因此，在地震时可能会产生相向的位移。这时如果防震缝宽度不够，或者局部被填塞，则结构单元之间会发生碰撞而导致破坏。

（4）结构沿竖向刚度有突然变化，可能使结构在刚度突然变小的楼层产生过大变形，甚至倒塌。