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　作者:* 　日期:2008-10-10
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記者：發生特大地震，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抗震設防烈度及“5·12汶川大地震”實際地震烈度？

龍文志：《我國建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)規定：汶

    記者：發生特大地震，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抗震設防烈度及“5·12汶川大地震”實際地震烈度？

    龍文志：《我國建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)規定：汶川，北川，茂縣，理縣，成都，都江堰，青川等為7度抗震設防；綿陽，宣漢，廣漢，威遠等為6度抗震設防。陜西的西安、渭南抗震設防烈度為8度。“5·12汶川大地震”由于遭受破壞的主震地區是處于四川山區的一些小縣城和都江堰、綿陽、德陽等中等規模城市，成都主城區雖然離震中不足一百公里，但由于其地質構造原因，沒有受到實質性的影響破壞。在這些主震地區大量的普通民房、早期未進行抗震設防處理的房屋，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，由于這些縣城地區經濟規模比較小，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，農村大都是木窗，小鎮鋁窗也不多，只是在都江堰、綿陽、德陽地區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、德陽市區內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。

    在重災區的北川、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，都江堰等城市市內情況要好一些，有部分幕墻雖然建筑主體已經部分倒塌但尚能保持結構的完整，僅局部受損、破壞。幕墻、門窗依存于主體結構，汶川地震區域建筑主體結構若已經倒塌毀滅，“皮之不存，毛將焉附”，幕墻門窗已不復存在。

    記者：在行業會議上，您展示了不少地震災區建筑圖片，通過這些圖片，您對災區建筑有哪些印象？可否對建筑中的門窗幕墻做個評議？

    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想要好，但是一些圖片表明也有少數玻璃門窗和幕墻抗震能力不合格。當然原因是多方面的：客觀原因是地震震害的不確定性；主觀原因是建筑質量的不確定性。

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

    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往往處于開啟狀態，此時窗扇并不在墻的平面內，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的，即使在建筑變形很大時，它相對于窗框可以有一定程度的相對位移，實際變形要小于窗框。

    另外，點式玻璃幕墻表現優異；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，受損比較嚴重，其原因主要是玻璃卡槽不規范、間隙處理不當，在地震大變位時造成硬接觸擠壓玻璃破壞；鋁板幕墻抗震性優于其他幕墻。

    記者：通過現場圖片，您認為幕墻門窗與主體結構之間應該怎樣連結，才能提高抗震性能？

    龍文志：根據現場照片顯示，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構。村鎮磚混破壞很多（基本沒經過設計）；砌體結構破壞較多；底框結構的底層柱破壞較多；框架混凝土結構表現較好（主要是填充墻損壞較多）；鋼結構表現良好。幕墻門窗自身抗震性能是有差異的，主要取決于結構、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構相匹配，從而提高建筑物整體抗震性至今研究尚少。幕墻門窗與主體結構連結件是剛性連結還是彈性連結？這個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構類型關聯性的一些實例中，可以得出這樣的印象性看法：小震時剛性連結，而在中震、大震時轉換為彈性連結，這樣既保證能傳遞垂直面板方向荷載（例如風荷載），又減少或防止主體結構對幕墻門窗的地震作用，提高抗震性能。

　　記者：您對于門窗幕墻行業今后改進幕墻抗震設計工作，有哪些建議？

    龍文志：第一，建筑防震也是百年大計。在建筑施工行業，人們常說工程質量是“百年大計”。殊不知，在建筑施工行業的決策者和設計者中普及防震減災知識，在建筑物設計付諸實施之前，進行必要的地震安全性評價并采用相應措施，可以說是防患于未然的更重要的“百年大計”。目前的情況則不太理想。有些設計人員對抗震設計方法的本質還認識不透，抗震設計不是從原則入手，而僅著重于具體計算，造成了建筑物表面上是經過抗震計算而且滿足規范要求，但實際上并不具有真正的抗震性能的情況。不少建筑設計、施工隊伍缺乏防震意識和知識。一些設計工程師，輕視抗震計算，不鉆研抗震設計，或者就不太懂抗震設計，尤其涉及到彈塑性的大震不倒問題。

    第二，需要確定一個科學、合理、安全的設防烈度。既然地震不能避免、地震預報是目前尚未解決的世界難題，那我們應將關注的重點放在如何提高建筑物的抗震性能上。我國的抗震設計規范在規定地震作用方面先天不足，也是這次汶川地區大量砌體結構嚴重破壞的一個重要原因。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。而在地震區劃圖上北川、汶川、綿竹、理縣、都江堰是按7度設防，綿陽、德陽按6度設防。這與實際出入太大。有必要重新審定地震區劃圖，提高這些城市的抗震設防標準，制定我國先進、合理的抗震設計規范，確定科學、合理、安全的設防烈度，這應該是目前迫切的重要課題。

    第三，嚴格控制建筑質量。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，這其中質量不好也是重要原因。也有個別建筑質量好、抗震性能優良。例如北川縣劉漢希望小學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在強烈的震波中卻沒有垮塌，玻璃幕墻都完好無損，震后的教學樓的交接處裂了兩條細細的裂縫，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的483名同學全撤到空地上，無一傷亡。

    記者：您剛才提到設計上存在的問題，能不能詳細談談該怎樣提升門窗幕墻抗震設計？

    龍文志：第一，變形縫抗震作用大，門窗幕墻應重視變形縫節點設計。汶川地震一些案例表明，變形縫抗震作用大，門窗幕墻應重視變形縫節點設計。有些幕墻在建筑沉降縫處結構處理不當，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。有些門窗幕墻設計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，按照建筑抗震設計規范要求，設計變形縫時起碼龍骨間的距離要和土建變形縫大小一致，滿足第三水準要求；易擠壓破碎掉落的面板間距離可以根據第二水準計算確定；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，最好有一個水平滑動的構造。

    第二，幕墻門窗宜控制平面內兩個方向變形，設置平面內兩個方向的變形設計指標。盡量減少罕遇地震作用下，因框架變形太大，導致玻璃飛散和框架脫落。地震波可以分解為六個振動分量：兩個水平分量，一個豎向分量和三個轉動分量。建議修訂目前平面內變形單向控制，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防目標。我國現行的幕墻工程技術規范采用的建筑物抗震設計目標是：“大震不倒，中震可修，小震不壞。”然而，汶川震害表明：這樣的設防目標雖然可以在一定程度上減少地震人員傷亡，但還遠不能使地震時人員傷亡數量減少到發達國家的水平。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，生產中斷，導致巨大經濟損失。因此，在建筑抗震設計中，不能簡單地只設定“大震不倒，中震可修，小震不壞”一種設防目標，還應視建筑物的使用功能和建筑中的人員密度和特點來控制建筑物的破壞程度或它的性態水平，以確保地震時建筑物的使用功能正常。對于一些重要建筑物和幕墻，其設防目標可以設定為“中震不壞，大震輕微破壞并且可修”。建議幕墻門窗分兩個階段抗震設計：一次設計即所謂的彈性設計，確保在中等規模地震下，結構應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，達到“中震不壞”要求。二次設計目標是大震幕墻門窗可修，要對幕墻門窗與主體結構連接件進行彈塑性驗算。尤其是雙層幕墻、石材幕墻與主體結構連接更要驗算，要求構件發生塑性變形時，節點強度足夠，確保罕遇大震下框架不脫落。

    第四，提升抗震設計理念，推行適合中國國情的抗震性態設計�；谏踩目拐鹪O計理念提升為基于性能的抗震設計理念�；谛阅艿目拐鹪O計是建筑結構抗震設計的新的重要發展，與現有常規方法相比優點是：使三水準設防要求有具體量化的性能目標、水準，設計中更強調實施性能水準的判別準則、性能目標的選用和深入仔細的分析、論證。提升抗震設計理念，推行適合中國國情的抗震性態設計勢在必行。

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