龍文志：如何提高建筑門窗幕墻抗震能力

來源:中國門窗配套材料網(wǎng) 　作者:* 　日期:2008-10-10
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    記者：發(fā)生特大地震，建筑物的破損是正常的，而像“5·12汶川大地震”中如此多的建筑塌陷，造成大量人員傷亡，令人觸目驚心。您能否介紹一下汶川地區(qū)抗震設(shè)防烈度及“5·12汶川大地震”實(shí)際地震烈度？

    龍文志：《我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)規(guī)定：汶川，北川，茂縣，理縣，成都，都江堰，青川等為7度抗震設(shè)防；綿陽，宣漢，廣漢，威遠(yuǎn)等為6度抗震設(shè)防。陜西的西安、渭南抗震設(shè)防烈度為8度。“5·12汶川大地震”由于遭受破壞的主震地區(qū)是處于四川山區(qū)的一些小縣城和都江堰、綿陽、德陽等中等規(guī)模城市，成都主城區(qū)雖然離震中不足一百公里，但由于其地質(zhì)構(gòu)造原因，沒有受到實(shí)質(zhì)性的影響破壞。在這些主震地區(qū)大量的普通民房、早期未進(jìn)行抗震設(shè)防處理的房屋，基本都遭到破壞、倒塌，新建的建筑也有不少不同程度的開裂受損、倒塌破壞，由于這些縣城地區(qū)經(jīng)濟(jì)規(guī)模比較小，涉及有建筑幕墻的新建建筑不多，且幕墻面積基本為幾百~幾千平方米，農(nóng)村大都是木窗，小鎮(zhèn)鋁窗也不多，只是在都江堰、綿陽、德陽地區(qū)有少量面積稍大的建筑幕墻。鋁窗也多一些，與都江堰相比綿陽、德陽市區(qū)內(nèi)建筑受損程度比較輕，沒有破壞性的建筑倒塌，涉及的建筑幕墻基本完好，一些幕墻僅局部受損、破壞。

    在重災(zāi)區(qū)的北川、汶川、綿竹、平武等縣城，涉及的建筑幕墻大都隨建筑主體的倒塌而不存在了，都江堰等城市市內(nèi)情況要好一些，有部分幕墻雖然建筑主體已經(jīng)部分倒塌但尚能保持結(jié)構(gòu)的完整，僅局部受損、破壞。幕墻、門窗依存于主體結(jié)構(gòu)，汶川地震區(qū)域建筑主體結(jié)構(gòu)若已經(jīng)倒塌毀滅，“皮之不存，毛將焉附”，幕墻門窗已不復(fù)存在。

    記者：在行業(yè)會(huì)議上，您展示了不少地震災(zāi)區(qū)建筑圖片，通過這些圖片，您對(duì)災(zāi)區(qū)建筑有哪些印象？可否對(duì)建筑中的門窗幕墻做個(gè)評(píng)議？

    龍文志：這次汶川地震中大部分玻璃門窗和幕墻抗震能力比預(yù)想要好，但是一些圖片表明也有少數(shù)玻璃門窗和幕墻抗震能力不合格。當(dāng)然原因是多方面的：客觀原因是地震震害的不確定性；主觀原因是建筑質(zhì)量的不確定性。

    建筑幕墻抗震性優(yōu)于其他形式的外墻圍護(hù)裝飾。如墻磚、濕貼花崗石、粘貼類鋁塑板造型裝飾，則在甚至遠(yuǎn)離主震區(qū)的地方都遭受破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的脫落、變形。在四川汶川大地震中，幕墻的抗震性能優(yōu)于其他形式的外墻圍護(hù)裝飾得到了充分的體現(xiàn)。

    固定窗抗震能力低于推拉窗和平開窗。平開窗窗扇在地震時(shí)往往處于開啟狀態(tài)，此時(shí)窗扇并不在墻的平面內(nèi)，受墻體變形擠壓很少，因而開啟中的平開窗扇破損不多。推拉窗扇是可以水平滑動(dòng)的，即使在建筑變形很大時(shí)，它相對(duì)于窗框可以有一定程度的相對(duì)位移，實(shí)際變形要小于窗框。

    另外，點(diǎn)式玻璃幕墻表現(xiàn)優(yōu)異；隱框玻璃幕墻抗震能力高于有框玻璃幕墻；全玻幕墻破裂較多，受損比較嚴(yán)重，其原因主要是玻璃卡槽不規(guī)范、間隙處理不當(dāng)，在地震大變位時(shí)造成硬接觸擠壓玻璃破壞；鋁板幕墻抗震性優(yōu)于其他幕墻。

    記者：通過現(xiàn)場圖片，您認(rèn)為幕墻門窗與主體結(jié)構(gòu)之間應(yīng)該怎樣連結(jié)，才能提高抗震性能？

    龍文志：根據(jù)現(xiàn)場照片顯示，無論是在汶川、北川，還是在都江堰和成都，許多毀壞和塌陷的建筑大都是磚混結(jié)構(gòu)。村鎮(zhèn)磚混破壞很多（基本沒經(jīng)過設(shè)計(jì)）；砌體結(jié)構(gòu)破壞較多；底框結(jié)構(gòu)的底層柱破壞較多；框架混凝土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好（主要是填充墻損壞較多）；鋼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)良好。幕墻門窗自身抗震性能是有差異的，主要取決于結(jié)構(gòu)、面材、自重等，(例如多層玻璃幕墻、石材幕墻、雙層幕墻自重和抗震性能較其他幕墻要高一些，其自身抗震性能較其他幕墻要差一些)，抗震性能不同的幕墻和門窗如何與抗震性能不同的主體結(jié)構(gòu)相匹配，從而提高建筑物整體抗震性至今研究尚少。幕墻門窗與主體結(jié)構(gòu)連結(jié)件是剛性連結(jié)還是彈性連結(jié)？這個(gè)問題也值得研究與探討。從汶川地震幕墻門窗抗震性與主體結(jié)構(gòu)類型關(guān)聯(lián)性的一些實(shí)例中，可以得出這樣的印象性看法：小震時(shí)剛性連結(jié)，而在中震、大震時(shí)轉(zhuǎn)換為彈性連結(jié)，這樣既保證能傳遞垂直面板方向荷載（例如風(fēng)荷載），又減少或防止主體結(jié)構(gòu)對(duì)幕墻門窗的地震作用，提高抗震性能。

　　記者：您對(duì)于門窗幕墻行業(yè)今后改進(jìn)幕墻抗震設(shè)計(jì)工作，有哪些建議？

    龍文志：第一，建筑防震也是百年大計(jì)。在建筑施工行業(yè)，人們常說工程質(zhì)量是“百年大計(jì)”。殊不知，在建筑施工行業(yè)的決策者和設(shè)計(jì)者中普及防震減災(zāi)知識(shí)，在建筑物設(shè)計(jì)付諸實(shí)施之前，進(jìn)行必要的地震安全性評(píng)價(jià)并采用相應(yīng)措施，可以說是防患于未然的更重要的“百年大計(jì)”。目前的情況則不太理想。有些設(shè)計(jì)人員對(duì)抗震設(shè)計(jì)方法的本質(zhì)還認(rèn)識(shí)不透，抗震設(shè)計(jì)不是從原則入手，而僅著重于具體計(jì)算，造成了建筑物表面上是經(jīng)過抗震計(jì)算而且滿足規(guī)范要求，但實(shí)際上并不具有真正的抗震性能的情況。不少建筑設(shè)計(jì)、施工隊(duì)伍缺乏防震意識(shí)和知識(shí)。一些設(shè)計(jì)工程師，輕視抗震計(jì)算，不鉆研抗震設(shè)計(jì)，或者就不太懂抗震設(shè)計(jì)，尤其涉及到彈塑性的大震不倒問題。

    第二，需要確定一個(gè)科學(xué)、合理、安全的設(shè)防烈度。既然地震不能避免、地震預(yù)報(bào)是目前尚未解決的世界難題，那我們應(yīng)將關(guān)注的重點(diǎn)放在如何提高建筑物的抗震性能上。我國的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在規(guī)定地震作用方面先天不足，也是這次汶川地區(qū)大量砌體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞的一個(gè)重要原因。汶川及附近的許多縣市在大地震中有95%以上房屋倒塌，損失十分慘重。而在地震區(qū)劃圖上北川、汶川、綿竹、理縣、都江堰是按7度設(shè)防，綿陽、德陽按6度設(shè)防。這與實(shí)際出入太大。有必要重新審定地震區(qū)劃圖，提高這些城市的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，制定我國先進(jìn)、合理的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，確定科學(xué)、合理、安全的設(shè)防烈度，這應(yīng)該是目前迫切的重要課題。

    第三，嚴(yán)格控制建筑質(zhì)量。從照片可看出，同一城市也有一些幕墻門窗抗震性能不合格，這其中質(zhì)量不好也是重要原因。也有個(gè)別建筑質(zhì)量好、抗震性能優(yōu)良。例如北川縣劉漢希望小學(xué)震后周邊房屋全部倒塌，意外的是，這所專為貧困孩子們修建的希望小學(xué)在強(qiáng)烈的震波中卻沒有垮塌，玻璃幕墻都完好無損，震后的教學(xué)樓的交接處裂了兩條細(xì)細(xì)的裂縫，樓后的地面下沉，使得整棟樓稍有傾斜，偏離中心大概有兩厘米的樣子。但房子沒有倒塌，全校包括幼兒班在內(nèi)的483名同學(xué)全撤到空地上，無一傷亡。

    記者：您剛才提到設(shè)計(jì)上存在的問題，能不能詳細(xì)談?wù)勗撛鯓?a href='../../zsk/ct.asp?id=6562' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>提升門窗幕墻抗震設(shè)計(jì)？

    龍文志：第一，變形縫抗震作用大，門窗幕墻應(yīng)重視變形縫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。汶川地震一些案例表明，變形縫抗震作用大，門窗幕墻應(yīng)重視變形縫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。有些幕墻在建筑沉降縫處結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)，要么板塊跨越沉降縫，要么間隙沒有留夠，從而造成此局部幕墻受到破壞。有些門窗幕墻設(shè)計(jì)的變形縫往往比土建變形縫小，尤其是支撐龍骨間的距離都比土建變形縫小，按照建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)變形縫時(shí)起碼龍骨間的距離要和土建變形縫大小一致，滿足第三水準(zhǔn)要求；易擠壓破碎掉落的面板間距離可以根據(jù)第二水準(zhǔn)計(jì)算確定；中間過渡材料可采用彈性材料，比如橡膠（但外觀效果不好），建議采用較薄的金屬板材，最好有一個(gè)水平滑動(dòng)的構(gòu)造。

    第二，幕墻門窗宜控制平面內(nèi)兩個(gè)方向變形，設(shè)置平面內(nèi)兩個(gè)方向的變形設(shè)計(jì)指標(biāo)。盡量減少罕遇地震作用下，因框架變形太大，導(dǎo)致玻璃飛散和框架脫落。地震波可以分解為六個(gè)振動(dòng)分量：兩個(gè)水平分量，一個(gè)豎向分量和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。建議修訂目前平面內(nèi)變形單向控制，增改成雙向控制，減少玻璃飛散，防止框架脫落。

    第三，建筑幕墻可以采用兩種抗震設(shè)防目標(biāo)。我國現(xiàn)行的幕墻工程技術(shù)規(guī)范采用的建筑物抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)是：“大震不倒，中震可修，小震不壞�！比欢氪ㄕ鸷Ρ砻鳎哼@樣的設(shè)防目標(biāo)雖然可以在一定程度上減少地震人員傷亡，但還遠(yuǎn)不能使地震時(shí)人員傷亡數(shù)量減少到發(fā)達(dá)國家的水平。在地震中雖然有不少建筑物未倒，但已成危房，功能遭到破壞，生產(chǎn)中斷，導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，在建筑抗震設(shè)計(jì)中，不能簡單地只設(shè)定“大震不倒，中震可修，小震不壞”一種設(shè)防目標(biāo)，還應(yīng)視建筑物的使用功能和建筑中的人員密度和特點(diǎn)來控制建筑物的破壞程度或它的性態(tài)水平，以確保地震時(shí)建筑物的使用功能正常。對(duì)于一些重要建筑物和幕墻，其設(shè)防目標(biāo)可以設(shè)定為“中震不壞，大震輕微破壞并且可修”。建議幕墻門窗分兩個(gè)階段抗震設(shè)計(jì)：一次設(shè)計(jì)即所謂的彈性設(shè)計(jì)，確保在中等規(guī)模地震下，結(jié)構(gòu)應(yīng)力不超過材料的屈服極限，保證幕墻門窗的使用性能不受影響，達(dá)到“中震不壞”要求。二次設(shè)計(jì)目標(biāo)是大震幕墻門窗可修，要對(duì)幕墻門窗與主體結(jié)構(gòu)連接件進(jìn)行彈塑性驗(yàn)算。尤其是雙層幕墻、石材幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接更要驗(yàn)算，要求構(gòu)件發(fā)生塑性變形時(shí)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度足夠，確保罕遇大震下框架不脫落。

    第四，提升抗震設(shè)計(jì)理念，推行適合中國國情的抗震性態(tài)設(shè)計(jì)�；谏踩目拐鹪O(shè)計(jì)理念提升為基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念�；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的新的重要發(fā)展，與現(xiàn)有常規(guī)方法相比優(yōu)點(diǎn)是：使三水準(zhǔn)設(shè)防要求有具體量化的性能目標(biāo)、水準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中更強(qiáng)調(diào)實(shí)施性能水準(zhǔn)的判別準(zhǔn)則、性能目標(biāo)的選用和深入仔細(xì)的分析、論證。提升抗震設(shè)計(jì)理念，推行適合中國國情的抗震性態(tài)設(shè)計(jì)勢在必行。

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