灾后重建和工程调研讲座学习报告
杨碧璇
(四川大学建筑与环境学院2014级，四川 成都 610065，2014141473194) 摘要：破坏性地震会给国家经济建设和人民生命财产安全造成直接和间接的危害和损失，尤其是强烈的地震会给人类带来巨大的灾害。因此，如何提高建筑物的抗震能力就成为一个很关注的问题。施工质量的影响是深远的，在整个施工过程中，任何一个环节出现问题，都可能影响建筑结构本身的抗震能力。本文根据四次讲座内容进行大致描述，并发表心得体会
1.引言
地震原理地震是由于地面的运动，使地面上原来处于静止的建筑受到动力作用而产生强迫振动，因而在结构中产生内力、变形和位移。经过简化后模型的动力学分析，即一次次的震害分析进行修正、补充，得到一些建筑物在地震作用下的反应机理及破坏形式，提出了一些建筑物抗震的计算方法及设计的基本原则，使地震的危害降到最低
破坏性地震会给国家经济建设和人民生命财产安全造成直接和间接的危害和损失，尤其是强烈的地震会给人类带来巨大的灾害。目前，每年全世界由地震灾害造成的平均死亡人数达8000-10000 人，平均经济损失每次达十亿美元。尽管如此，地震造成的惨重人员伤亡和巨大的财产损失，主要却是由建筑物的破坏所引起。因此，如何提高建筑物的抗震能力就成为一个很关注的问题。
2.各部分内容及感想
2．1第一次讲座：灾后重建和工程调研（李碧雄）
李老师对汶川8 O级特大地震导致大量教学楼严重破坏或完全坍塌进行了广泛调研，分析了砖木结构、砖混结构和框架结构教学楼的震害特征和震害原因。分析结果表明，传统的砖木结构和砖混结构缺乏必要的整体连接措施；建筑体型不对称加剧了地震中建筑的倾倒。建议高烈度地区的框架结构教学楼应重视剪力墙的设置，砌体结构的窗间墙采用组合砌体：合理的建筑平面布局方案是提高教学楼抗震能力的重要途径，并重视对建筑质量的全过程控制。
通过学习我可以了解到，砖混结构中，以大开间、大开窗、外走廊等建筑样式的震害最为严重。不少地方在上世纪90年代以前建造的砖混结构房屋中较多地使用了大开间、大开窗、外走廊等建筑样式。当时的抗震规范没有在圈梁和构造柱的设置上提出更多要求。再加上大量与墙体连接不充分的预制空心楼板，使砖混结构的整体性受到影响。这些结构建筑在重灾区普遍遭受到严重的破坏甚至是整体倒塌。砌体混合结构形式的建筑，在重灾区普遍损毁严重。无论是底部框架砖混的竖向混合结构还是部分框架部分砖混的水平混合结构，由于刚度突变、传力途径复杂和变形能力不协调等因素，大量此类建筑受损严重。框架结构中，出现了框架柱先于框架梁受到破坏的现象。震害调查显示，此次地震中，部分房屋的一些框架结构的破坏体现为框架柱先于框架梁受到破坏。灾区的不少厂房、库房的排架结构由于跨度大、屋架重、柱间连接薄弱，加上年久失修等原因，在此次地震中受损严重，垮塌较多。农村自建房在重灾区受灾情况十分严重，倒塌现象普遍。上世纪90年代前，农村自建房大量使用砖瓦、木头等简易材料。由于由于缺乏相应的建造技术，再加上砌筑墙体的黏合材料强度差，一般情况下也没有进行专门的抗震设计，因此震害十分严重，倒塌普遍。木结构房屋和轻钢结构房屋在此次地震中损坏较轻。木结构采用榫卯进行连接，榫头在榫卯节点处可轻微转动，具有“柔性”连接的特点；柱根直接放在柱基石上，水平震动时柱根可在柱基石上轻微滑动；厚重的屋盖通过穿斗或斗拱的连接方式与内柱、檐柱体系连成一体，保证了木结构房屋的整体性。木结构的这些特点使得重灾区的木结构房屋除有不少屋面瓦脱落外，多数房屋损坏较轻。 2.2第二次讲座：汶川地震多层钢筋混凝土框架结构房屋震害分析（张新培）
四川汶川地震导致众多多层钢筋混凝土框架结构房屋不同程度的损坏，造成了巨大的财产损失和人员伤亡。张老师根据都江堰、绵竹、茂县、江油、彭州、成都、崇州等地震灾区共86幢多层钢筋混凝土框架结构房屋的震害资料，按房屋所在地不同的地震动峰值加速度分类，对该类房屋的震害进行了统计分析。根据统计数据，得出了框架结构房屋的抗震薄弱部位，分析了其震害原因。在此基础上，提出了若干改善框架房屋抗震性能的措施，可供今后指导框架结构房屋的设计和施工参考。
在讲座中 运用大量的图片，以及表格统计分析，运用数据事实具体对框架结构在抗震方面的受力薄弱环节以及破坏的方式和机理进行了详细的分析说明。并且针对类型的不同处理方式的建议，对我们未来的工作起到了很好的指导作用。
讲座中指出框架柱两端震害出现比例最高且柱头震害比例及严重程度均大于柱脚。筋是导致框架柱两端损坏的主因，其次为混凝土。箍筋原因可分为两种：其一是柱箍筋加密区的箍筋间距不均匀，局部箍筋间距过大或未按建筑抗震设计规范要求加密箍筋，其二是箍筋锚固不足。对框架梁而言，第
二、三层楼盖框架梁是薄弱部位。框架梁端损坏以混凝土开裂为主，其表现为梁端的斜裂缝与U形裂缝且主要为斜裂缝。此类损坏是由局部构造不合理引起，梁中部斜裂缝则由于梁下填充墙的设置改变了梁局部受力，使梁跨中与两端受力不均匀。
讲座中特别提到的框架楼梯以及附属部分的破坏分析十分有价值。由于我国工程技术人员在设计中未将楼梯纳入框架作整体抗震分析，构造上我国建筑抗震设计规范也未明确其抗震要求。因此，楼梯实际上是未进行抗震设防的。考虑到地震中楼梯是最重要的避险通道。因此，设计中应得充分重视。目前，我国建筑抗震设计规范已明确将楼梯纳入框架作整体抗震分析，但未明确其抗震构造措施。
2.3第三次讲座：岩石、混凝土破裂过程研究及光学信号特征分析（钟声）
岩石破裂是一个复杂的非平衡、非线性的演化过程。研究岩土工程材料的破裂过程，对揭示材料破裂过程的宏观非线性力学行为，评价岩石以及岩石工程的安全状态，了解岩土工程结构的稳定性以及采取合理的支护措施，都具有重要的理论意义和工程价值。
根据老师介绍，正岩石的破坏过程,在本质上是内部微破裂萌生、扩展继而贯通的过程。在扩容过程中,岩石中一部分贮藏能量会以弹性波的形式释放出来即声发射。近来,更多地研究表明,声发射信号作为一个时间序列,其包含着丰富的岩石内部状态演化信息,对声发射信号进行解构、研究,可以从另一个方面了解、判断岩石内部裂纹演化过程,甚至有可能捕捉岩石破坏的前兆信息。如果尝试采用非线性动力学理论对声发射信号特征进行解构分析。由于岩石和岩体中非均匀性的存在，很容易产生不对称破坏。一旦涉及到不对称性的破坏，几乎所有的二维破坏问题都变成了三维破坏问题。一方面，岩石介质是非透明材料，给岩石内部三维裂纹扩展和试件破坏观测带来非常大的困难。即使对于均质材料，经典断裂力学在三维破裂中遇到数学的困难，而对于极不均匀性的岩石介质的破裂问题还更难通过解析理论进行准确的描述。另一方面，在实验室的三轴试验中，因为试件制作以及加载条件的困难，往往采用伪三轴试验代替真三轴试验。数学理论上的复杂性、实验室试验和现场观测试验条件和技术的限制，都给岩石三维破裂过程的研究带来很大的困难。有限元方法仍然是解决这些问题的强有力的工具之一。以往数值模拟分析的目的往往是为了得到一个满意的初始应力场变形场或者最终受力结果，随着计算环境的改善和实际问题的客观要求的发展，岩石破裂过程分析正在转向整个结构和一个发展过程的全程模拟。
2.4第四次讲座：屈曲约束支撑体系的应用（熊峰）
屈曲约束支撑体系是一种新型的钢结构耗能支撑,整个体系的中心在于芯材,它一般是用屈服点比较低的钢材料铸造而成的,这种结构在轴向力的作用下能够产生很大的塑性变形,从而达到耗能的效果,同时为了不让芯材在受压的时候整体都变得弯曲,芯材就被放置在一个特制的钢管套中,并将混凝土和砂浆灌注于钢管套中,起到定形和加固作用,这就能够使芯材在受拉和受压的时候都可以达到一定的屈曲程度。在灌注砂浆或混凝土的时候,通常会在芯材和砂浆之间设置一层无粘结性的材料,或者空留出一层比较狭小的空气层,这是为了有效降低芯材受轴力时传给砂浆或者混凝土的力,当然,尽量消除这个传力能更有效地提高支撑的承载力,使得整个支撑结构在受到重压的时候也能达到完全的屈服,受压承载力和受拉承载力保持相当的数值,很好地克服了传统的支撑结构受压屈曲的不足之处,提高了支撑体系的承载能力,支撑的滞回曲线达到饱满的状态,抗震性能明显增强。
屈曲约束支撑体系在实际应用中有其它框架无可比拟的优势。主要表现在一是在遇到小震的时候,屈曲约束支撑框架明显比抗弯刚框架的弹性刚度要高出很多,容易达到规范的变形要求。二是在遇到强震的时候,屈曲约束支撑框架相较传统中心支撑框架具有更强和更稳定的能量耗散能力,这关键在于屈曲约束支撑具有受拉和受压屈服性。另外在抗震加固中,屈曲约束支撑体系的地基费用也比传统的支撑体系框架便宜很多。同时,屈曲约束支撑体系的钢材总用量也比其它框架结构的用量低很多,非常经济便捷。三是在安装方面,屈曲约束支撑体系是用螺栓连接到节点板上的,省去了现场焊接和检测的步骤,容易操作,方便实用。四是屈曲约束支撑在遇到大震遭受严重损坏后,支撑构件可以进行更换。同时由于支撑的刚度和强度非常容易调整,这就使得屈曲约束支撑框架的设计比较灵活,且种类比较齐全。
随着建筑物的层数越来越多,人们对建筑物的抗震性能的要求也愈来愈高,屈曲约束支撑体系不仅能够达到建筑物所要求的抗震系数,还能降低震后的维修费用,这有赖于它独特的设计方法。一般的支撑框架结构在强烈地震中,支撑体系和梁、柱结构都会受到严重破坏,而且无法修复,建筑物只能报废。但是屈曲约束支撑体系却能够在强烈地震中进入塑性进行耗能,另外的主体结构或是保持弹性状态或是也进入塑性耗能,所以屈曲约束框架的整体变形量比其它的框架结构要低很多,震后的建筑物还可以进行再利用,只要取下损坏了的屈曲约束支撑更换新的即可。
3.学习心得
3.1影响建筑结构抗震能力的主要因素
3.1.1建造结构所用的材料及施工质量
这个因素是显而易见的，但是也容易被人们忽视。对于材料而言，我们要明确这样一个道理：地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下，质量大，地震作用就大，震害程度就大；质量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中，广泛采用多孔砖、、加气混凝土板、空心塑料板材、瓦楞铁等轻质材料，将能显著改善建筑的抗震性能。
施工质量的影响是深远的，在整个施工过程中，任何一个环节出现问题，都可能影响建筑结构本身的抗震能力。施工中造成的材料性能和截面几何特征在一定范围内变动，砂浆强度、混凝土浇筑质量以及延性构造措施在施工中的变动等施工质量问题，对实际结构抗震性能具有重要影响。
3.1.2建筑物本身的设计
建筑物如果平面布置复杂，致使质心与刚心不重合，在地震作用下产生扭转效应，则会加剧地震的破坏作用。海城地震和唐山地震中有不少这样的震害实例。台湾921 地震中，一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则，在水平地震作用下，结构产生严重扭转效应而破坏倒塌，同时撞坏相邻建筑上部的阳台。抗震设计中，要求结构平面布置尽可能地使结构的刚心和质心相一致，以减小地震作用下结构产生的扭转效应，对于结构平面布置不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端抗震墙或框架柱承载力的验算。建筑立面应避免头重脚轻，结构重心尽可能的降低，出屋面部分如屋顶的女儿墙、水箱间等，由于根部与下部结构连接薄弱，刚度突变，受鞭梢效应影响严重，在地震时容易率先破坏倾倒；另外，其地震作用通过周边的屋面结构传至下部结构，如屋面结构刚度不够时，在突出屋面结构的下部一定范围内破坏相对集中。
3.1.3建筑场地
地震造成建筑物的破坏, 情况是各种各样的。其一，由于地震时的地面强烈运动，使建筑物在振动过程中，因丧失整体性或强度不足，或变形过大而破坏；其二，由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害所造成；其三，由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防目的，或者代价昂贵。
3.2提高建筑结构抗震能力的建议 3.2.1对旧有建筑进行加固行动
建成于七十年代前后的建筑物，限于当时的具体条件，基本上都没有或者很少考虑抗震问题，很多房屋现在已经开始出现基础沉降、墙体裂缝、倾斜、面层剥落等现象或隐患，其中部分建筑已影响使用，甚至出现危房。鉴于拆旧建新投资费用较大，为了确保人民生命财产的安全，充分利用原有旧房，对不符合抗震要求的进行加固，对部分部位及构件进行修缮，以满足抗震设防目标，是十分必要的。我国人口众多，地震灾害频繁，因此多途径研究探索既有建筑物的抗震改造加固方法，以满足不同的改造加固要求，对工程结构抗震具有积极的意义。
3.2.2研究开发更为合理的结构形式
随着科技日益高速发展，自重轻、跨度大、功能多样、施工周期短成为现代建筑结构的发展方向。因而，研制出轻质高强的新型建筑材料，研究开发合理的结构形式成为各种新型结构体系应运而生的前提和基础。
