| 龙文志：如何提高建筑门窗幕墙抗震能力 |
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来源：中国建材报
时间：2008/10/10
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记者：发生特大地震，建筑物的破损是正常的，而像“5·12汶川大地震”中如此多的建筑塌陷，造成大量人员伤亡，令人触目惊心。您能否介绍一下汶川地区抗震设防烈度及“5·12汶川大地震”实际地震烈度？
龙文志：《我国建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)规定：汶川，北川，茂县，理县，成都，都江堰，青川等为7度抗震设防；绵阳，宣汉，广汉，威远等为6度抗震设防。陕西的西安、渭南抗震设防烈度为8度。“5·12汶川大地震”由于遭受破坏的主震地区是处于四川山区的一些小县城和都江堰、绵阳、德阳等中等规模城市，成都主城区虽然离震中不足一百公里，但由于其地质构造原因，没有受到实质性的影响破坏。在这些主震地区大量的普通民房、早期未进行抗震设防处理的房屋，基本都遭到破坏、倒塌，新建的建筑也有不少不同程度的开裂受损、倒塌破坏，由于这些县城地区经济规模比较小，涉及有建筑幕墙的新建建筑不多，且幕墙面积基本为几百~几千平方米，农村大都是木窗，小镇铝窗也不多，只是在都江堰、绵阳、德阳地区有少量面积稍大的建筑幕墙。铝窗也多一些，与都江堰相比绵阳、德阳市区内建筑受损程度比较轻，没有破坏性的建筑倒塌，涉及的建筑幕墙基本完好，一些幕墙仅局部受损、破坏。
在重灾区的北川、汶川、绵竹、平武等县城，涉及的建筑幕墙大都随建筑主体的倒塌而不存在了，都江堰等城市市内情况要好一些，有部分幕墙虽然建筑主体已经部分倒塌但尚能保持结构的完整，仅局部受损、破坏。幕墙、门窗依存于主体结构，汶川地震区域建筑主体结构若已经倒塌毁灭，“皮之不存，毛将焉附”，幕墙门窗已不复存在。
记者：在行业会议上，您展示了不少地震灾区建筑图片，通过这些图片，您对灾区建筑有哪些印象？可否对建筑中的门窗幕墙做个评议？
龙文志：这次汶川地震中大部分玻璃门窗和幕墙抗震能力比预想要好，但是一些图片表明也有少数玻璃门窗和幕墙抗震能力不合格。当然原因是多方面的：客观原因是地震震害的不确定性；主观原因是建筑质量的不确定性。
建筑幕墙抗震性优于其他形式的外墙围护装饰。如墙砖、湿贴花岗石、粘贴类铝塑板造型装饰，则在甚至远离主震区的地方都遭受破坏，产生严重的脱落、变形。在四川汶川大地震中，幕墙的抗震性能优于其他形式的外墙围护装饰得到了充分的体现。
固定窗抗震能力低于推拉窗和平开窗。平开窗窗扇在地震时往往处于开启状态，此时窗扇并不在墙的平面内，受墙体变形挤压很少，因而开启中的平开窗扇破损不多。推拉窗扇是可以水平滑动的，即使在建筑变形很大时，它相对于窗框可以有一定程度的相对位移，实际变形要小于窗框。
另外，点式玻璃幕墙表现优异；隐框玻璃幕墙抗震能力高于有框玻璃幕墙；全玻幕墙破裂较多，受损比较严重，其原因主要是玻璃卡槽不规范、间隙处理不当，在地震大变位时造成硬接触挤压玻璃破坏；铝板幕墙抗震性优于其他幕墙。
记者：通过现场图片，您认为幕墙门窗与主体结构之间应该怎样连结，才能提高抗震性能？
龙文志：根据现场照片显示，无论是在汶川、北川，还是在都江堰和成都，许多毁坏和塌陷的建筑大都是砖混结构。村镇砖混破坏很多（基本没经过设计）；砌体结构破坏较多；底框结构的底层柱破坏较多；框架混凝土结构表现较好（主要是填充墙损坏较多）；钢结构表现良好。幕墙门窗自身抗震性能是有差异的，主要取决于结构、面材、自重等，(例如多层玻璃幕墙、石材幕墙、双层幕墙自重和抗震性能较其他幕墙要高一些，其自身抗震性能较其他幕墙要差一些)，抗震性能不同的幕墙和门窗如何与抗震性能不同的主体结构相匹配，从而提高建筑物整体抗震性至今研究尚少。幕墙门窗与主体结构连结件是刚性连结还是弹性连结？这个问题也值得研究与探讨。从汶川地震幕墙门窗抗震性与主体结构类型关联性的一些实例中，可以得出这样的印象性看法：小震时刚性连结，而在中震、大震时转换为弹性连结，这样既保证能传递垂直面板方向荷载（例如风荷载），又减少或防止主体结构对幕墙门窗的地震作用，提高抗震性能。
记者：您对于门窗幕墙行业今后改进幕墙抗震设计工作，有哪些建议？
龙文志：第一，建筑防震也是百年大计。在建筑施工行业，人们常说工程质量是“百年大计”。殊不知，在建筑施工行业的决策者和设计者中普及防震减灾知识，在建筑物设计付诸实施之前，进行必要的地震安全性评价并采用相应措施，可以说是防患于未然的更重要的“百年大计”。目前的情况则不太理想。有些设计人员对抗震设计方法的本质还认识不透，抗震设计不是从原则入手，而仅着重于具体计算，造成了建筑物表面上是经过抗震计算而且满足规范要求，但实际上并不具有真正的抗震性能的情况。不少建筑设计、施工队伍缺乏防震意识和知识。一些设计工程师，轻视抗震计算，不钻研抗震设计，或者就不太懂抗震设计，尤其涉及到弹塑性的大震不倒问题。
第二，需要确定一个科学、合理、安全的设防烈度。既然地震不能避免、地震预报是目前尚未解决的世界难题，那我们应将关注的重点放在如何提高建筑物的抗震性能上。我国的抗震设计规范在规定地震作用方面先天不足，也是这次汶川地区大量砌体结构严重破坏的一个重要原因。汶川及附近的许多县市在大地震中有95%以上房屋倒塌，损失十分惨重。而在地震区划图上北川、汶川、绵竹、理县、都江堰是按7度设防，绵阳、德阳按6度设防。这与实际出入太大。有必要重新审定地震区划图，提高这些城市的抗震设防标准，制定我国先进、合理的抗震设计规范，确定科学、合理、安全的设防烈度，这应该是目前迫切的重要课题。
第三，严格控制建筑质量。从照片可看出，同一城市也有一些幕墙门窗抗震性能不合格，这其中质量不好也是重要原因。也有个别建筑质量好、抗震性能优良。例如北川县刘汉希望小学震后周边房屋全部倒塌，意外的是，这所专为贫困孩子们修建的希望小学在强烈的震波中却没有垮塌，玻璃幕墙都完好无损，震后的教学楼的交接处裂了两条细细的裂缝，楼后的地面下沉，使得整栋楼稍有倾斜，偏离中心大概有两厘米的样子。但房子没有倒塌，全校包括幼儿班在内的483名同学全撤到空地上，无一伤亡。
记者：您刚才提到设计上存在的问题，能不能详细谈谈该怎样提升门窗幕墙抗震设计？
龙文志：第一，变形缝抗震作用大，门窗幕墙应重视变形缝节点设计。汶川地震一些案例表明，变形缝抗震作用大，门窗幕墙应重视变形缝节点设计。有些幕墙在建筑沉降缝处结构处理不当，要么板块跨越沉降缝，要么间隙没有留够，从而造成此局部幕墙受到破坏。有些门窗幕墙设计的变形缝往往比土建变形缝小，尤其是支撑龙骨间的距离都比土建变形缝小，按照建筑抗震设计规范要求，设计变形缝时起码龙骨间的距离要和土建变形缝大小一致，满足第三水准要求；易挤压破碎掉落的面板间距离可以根据第二水准计算确定；中间过渡材料可采用弹性材料，比如橡胶（但外观效果不好），建议采用较薄的金属板材，最好有一个水平滑动的构造。
第二，幕墙门窗宜控制平面内两个方向变形，设置平面内两个方向的变形设计指标。尽量减少罕遇地震作用下，因框架变形太大，导致玻璃飞散和框架脱落。地震波可以分解为六个振动分量：两个水平分量，一个竖向分量和三个转动分量。建议修订目前平面内变形单向控制，增改成双向控制，减少玻璃飞散，防止框架脱落。
第三，建筑幕墙可以采用两种抗震设防目标。我国现行的幕墙工程技术规范采用的建筑物抗震设计目标是：“大震不倒，中震可修，小震不坏。”然而，汶川震害表明：这样的设防目标虽然可以在一定程度上减少地震人员伤亡，但还远不能使地震时人员伤亡数量减少到发达国家的水平。在地震中虽然有不少建筑物未倒，但已成危房，功能遭到破坏，生产中断，导致巨大经济损失。因此，在建筑抗震设计中，不能简单地只设定“大震不倒，中震可修，小震不坏”一种设防目标，还应视建筑物的使用功能和建筑中的人员密度和特点来控制建筑物的破坏程度或它的性态水平，以确保地震时建筑物的使用功能正常。对于一些重要建筑物和幕墙，其设防目标可以设定为“中震不坏，大震轻微破坏并且可修”。建议幕墙门窗分两个阶段抗震设计：一次设计即所谓的弹性设计，确保在中等规模地震下，结构应力不超过材料的屈服极限，保证幕墙门窗的使用性能不受影响，达到“中震不坏”要求。二次设计目标是大震幕墙门窗可修，要对幕墙门窗与主体结构连接件进行弹塑性验算。尤其是双层幕墙、石材幕墙与主体结构连接更要验算，要求构件发生塑性变形时，节点强度足够，确保罕遇大震下框架不脱落。
第四，提升抗震设计理念，推行适合中国国情的抗震性态设计。基于生命安全的抗震设计理念提升为基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的新的重要发展，与现有常规方法相比优点是：使三水准设防要求有具体量化的性能目标、水准，设计中更强调实施性能水准的判别准则、性能目标的选用和深入仔细的分析、论证。提升抗震设计理念，推行适合中国国情的抗震性态设计势在必行。
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