解說第五期：

防震縫,一定要設(shè)嗎？

體型簡單、均勻、對稱的建筑方案對抗震比較有利，但體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的建筑是否必須設(shè)防震縫，將其分割為多個(gè)簡單、規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元呢？本文將在回顧抗震規(guī)范相關(guān)規(guī)定沿革的基礎(chǔ)上，結(jié)合震害情況對防震縫的利弊進(jìn)行分析，并就是否設(shè)縫給出規(guī)范的“本意”。

通常來說，體型簡單、均勻、對稱的建筑方案是有利于抗震的，也比較受廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的青睞。但在實(shí)際工程中，往往由于使用功能的需要、建筑場地的限制等因素，很難保證建筑方案簡單規(guī)則。然而，對于體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的建筑，是否一定要設(shè)置防震縫將其分割為多個(gè)簡單、規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元呢？國內(nèi)外歷次地震的大量震害表明，設(shè)置防震縫要慎之又慎。設(shè)置防震縫，而相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震構(gòu)造措施采用不恰當(dāng)，或設(shè)置防震縫，而縫寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地震時(shí)結(jié)構(gòu)實(shí)際位移，均不可避免地造成相鄰建筑或結(jié)構(gòu)單元的碰撞破壞（圖1~圖4），這一類破壞現(xiàn)象在歷次地震中屢見不鮮。

(a) 防震縫寬度不夠，高低建筑相互碰撞造成墻體破壞

（b）相鄰建筑地震中相互碰撞，損壞嚴(yán)重

圖1 ?2008年汶川地震，相鄰建筑的碰撞破壞實(shí)例（1）

施工模板等雜物填塞防震縫，相鄰兩棟建筑地震時(shí)相互碰撞、擠壓，導(dǎo)致其中一棟建筑的填充墻倒塌

圖2 ?2008年汶川地震，相鄰建筑的碰撞破壞實(shí)例(2)

北川縣公安局辦公樓與兩側(cè)宿舍樓碰撞，導(dǎo)致西側(cè)宿舍樓倒塌，并引起西側(cè)其他建筑的連續(xù)倒塌。

圖3 ?2008年汶川地震，相鄰建筑的碰撞破壞實(shí)例(3)????

（a）男生公寓樓，地震中，防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單體相互碰撞，西側(cè)結(jié)構(gòu)局部倒塌

（b）女生公寓樓，地震中，防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單體相互碰撞，東側(cè)結(jié)構(gòu)完全倒塌，西側(cè)結(jié)構(gòu)的碰撞產(chǎn)生的斜裂縫清晰可見。

圖4 ?2010年玉樹地震，玉樹州綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)校兩棟學(xué)生公寓樓的碰撞破壞情況

2、規(guī)范關(guān)于防震縫態(tài)度的變遷

? ??2.1??74規(guī)范

我國的74規(guī)范（《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》TJ11-74）在第20、35、48、59條分別對多層磚房、空曠磚房和磚柱廠房、單層混凝土廠房、多層混凝土框架結(jié)構(gòu)的防震縫設(shè)置作出了規(guī)定。74規(guī)范的主導(dǎo)思想是“倡導(dǎo)”設(shè)縫，程度用詞一般為“宜”和“應(yīng)”！

第20條??當(dāng)設(shè)計(jì)烈度為8度和9度并遇有下列情況之一時(shí)，宜用防震縫將房屋分成若干體形簡單、結(jié)構(gòu)剛度均勻的獨(dú)立單元。2.2 ?78規(guī)范

我國的78規(guī)范（《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 11-78）在第26、49、62、77條分別對多層磚房、空曠磚房和磚柱廠房、單層混凝土廠房、多層混凝土框架結(jié)構(gòu)的防震縫設(shè)置作出了規(guī)定。

78規(guī)范的主導(dǎo)思想同樣是“倡導(dǎo)”設(shè)縫，程度用詞一般為“宜”和“應(yīng)”，同時(shí)為進(jìn)一步提高地震時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性，縫寬在74規(guī)范的基礎(chǔ)上大幅提高！

2.3 ?89規(guī)范

我國的89規(guī)范（《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 11-89）在第2.2.2條給出了防震縫設(shè)置的一般規(guī)定，同時(shí)，在第6.1.5條、5.1.4條、8.1.1條和8.2.2條等處分別對鋼筋混凝土房屋、砌體結(jié)構(gòu)房屋、鋼筋混凝土廠房以及單層磚柱廠房等防震縫設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定。

同74規(guī)范、78規(guī)范相比，89規(guī)范的主導(dǎo)思想有明顯轉(zhuǎn)變，即，由“推薦”設(shè)縫轉(zhuǎn)變?yōu)椤安煌扑]”設(shè)縫，程度用詞一般為“可”設(shè)縫，提倡優(yōu)先選擇不設(shè)縫的方案！

2.4 ?01規(guī)范

我國的01規(guī)范（《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2001）在第3.4.5、3.4.6條給出了防震縫設(shè)置的一般規(guī)定，同時(shí)，在第6.1.4條、7.1.7條、8.1.4條、9.1.1條和9.3.2條等處分別對鋼筋混凝土房屋、砌體結(jié)構(gòu)房屋、鋼結(jié)構(gòu)房屋、鋼筋混凝土廠房以及單層磚柱廠房等防震縫設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定。

01規(guī)范的主導(dǎo)思想是“不推薦”設(shè)縫，程度用詞一般為“可”設(shè)縫，提倡優(yōu)先選擇不設(shè)縫的方案等！

2.5 ?10規(guī)范

我國的10規(guī)范（《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010）在第3.4.5條給出了防震縫設(shè)置的一般規(guī)定，同時(shí)，在第6.1.4條、7.1.7條、8.1.4條、9.1.1條和9.3.2條等處分別對鋼筋混凝土房屋、砌體結(jié)構(gòu)房屋、鋼結(jié)構(gòu)房屋、鋼筋混凝土廠房以及單層磚柱廠房等防震縫設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定。

10規(guī)范的主導(dǎo)思想是“不提倡”設(shè)縫。是否設(shè)縫，應(yīng)根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎(chǔ)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素的比較分析確定！

2.6 ?小結(jié)

3 、關(guān)于縫寬計(jì)算的討論

3.1 ?國內(nèi)外規(guī)范關(guān)于縫寬的規(guī)定

我國抗震規(guī)范關(guān)于防震縫的寬度，歷來是只給出具體的數(shù)值規(guī)定，沒有對防震縫寬度的計(jì)算方法作出明確規(guī)定。這樣處理的好處是，一線工程技術(shù)人員在執(zhí)行時(shí)，簡單、明確，一般不會(huì)出現(xiàn)理解上的歧義，缺點(diǎn)是，缺乏理論上的透明度。

歐洲規(guī)范EN 1998-1：2004（Eurocode 8：Design of structures for earhtquake resistance）規(guī)定：建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注意防止相鄰建筑或同一建筑不同結(jié)構(gòu)單元在地震中碰撞破壞，對于相鄰建筑或同一建筑相鄰的結(jié)構(gòu)單元之間的凈距要求，歐洲規(guī)范則規(guī)定：①當(dāng)兩側(cè)結(jié)構(gòu)屬性不同時(shí)，凈距不應(yīng)小于可能碰撞點(diǎn)處的最大水平位移；②當(dāng)兩側(cè)結(jié)構(gòu)屬性相同時(shí)，凈距不應(yīng)小于可能碰撞點(diǎn)處的兩側(cè)最大水平位移的SRSS組合值。需要說明的是，此處的位移均為設(shè)計(jì)地震（50年超越概率10%）下的彈塑性位移。

美國規(guī)范ASCE/SEI 7-05規(guī)定，建筑分縫應(yīng)有足夠的寬度，以防止兩側(cè)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形時(shí)發(fā)生碰撞破壞。對此，F(xiàn)EMA P-750有進(jìn)一步的闡釋：分縫的最小寬度不應(yīng)小于兩側(cè)結(jié)構(gòu)單體預(yù)期的最大彈塑性位移（含扭轉(zhuǎn)變形）的SRSS組合值；對于剛度很大的剪力墻結(jié)構(gòu)，則明確規(guī)定，高度不超過6m時(shí)，縫寬不應(yīng)小于25mm，高度超過6m時(shí)，每超過3m，縫寬增加13mm。

3.2 ?不碰撞的理論縫寬

理論上，防震縫的寬度應(yīng)能滿足相鄰建筑物在預(yù)期地震作用下不會(huì)發(fā)生相互碰撞破壞的要求，因此，防震縫的最小寬度應(yīng)滿足下式要求：

圖5 ?防震縫理論寬度計(jì)算示意圖

（1）小震碰撞復(fù)核

按規(guī)范規(guī)定，多遇地震下結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的最大頂點(diǎn)位移角可按規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值取用，即

因此，在不考慮基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，按抗震規(guī)范第6.1.4條規(guī)定，設(shè)置100mm寬的防震縫可滿足要求。

結(jié)論：小震不碰！

（2）中震碰撞復(fù)核

設(shè)防地震下，結(jié)構(gòu)已進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，其最大層間位移角限值根據(jù)抗震規(guī)范M.1.3的條文說明，按結(jié)構(gòu)輕微破壞時(shí)的層間位移角1/250取用，則此時(shí)的防震縫最小寬度應(yīng)為：

因此，此時(shí)按抗震規(guī)范第6.1.4條規(guī)定設(shè)置100mm寬的防震縫已不能滿足要求。

結(jié)論：中震會(huì)碰！

（3）大震碰撞復(fù)核

罕遇地震下，結(jié)構(gòu)已破壞的比較嚴(yán)重，此時(shí)結(jié)構(gòu)的變形將進(jìn)一步增大，但按規(guī)范規(guī)定其最大層間位移角不應(yīng)大于1/50，則此時(shí)的防震縫最小寬度應(yīng)為：

因此，此時(shí)按抗震規(guī)范第6.1.4條規(guī)定設(shè)置100mm寬的防震縫已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。

結(jié)論：大震必碰！

由上述分析可知，抗震規(guī)范各章節(jié)給出的防震縫寬度數(shù)值僅屬最低要求，按此寬度設(shè)置防震縫僅能保證在中小地震下（即結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)）相鄰結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生碰撞，在較大地震作用下，一旦結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，發(fā)生碰撞的可能性將大大增加。因此，對于實(shí)際工程，應(yīng)采取適當(dāng)措施，盡量不設(shè)防震縫，當(dāng)必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際盡可能地加大縫寬，以滿足地震時(shí)結(jié)構(gòu)的變形需求。

4、 關(guān)于不設(shè)縫的建議

4.1 ?設(shè)縫的利與弊

從事物的兩面性來看，平面復(fù)雜的建筑設(shè)置防震縫后，必然有其有利的一面和不利的一面。有利的一面，僅僅是結(jié)構(gòu)上的“需求“，即通過設(shè)縫將平面復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)劃分為若干規(guī)則的結(jié)構(gòu)單體，各結(jié)構(gòu)單體受力明確，計(jì)算簡單。

然而，設(shè)縫后同樣會(huì)存在若干弊端，而且這些不利之處往往會(huì)被工程人員忽略：

①強(qiáng)震碰撞難以避免：設(shè)置防震縫后，即使防震縫的寬度完全按現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范采用，也很難避免強(qiáng)烈地震時(shí)相鄰建筑（或結(jié)構(gòu)單元）發(fā)生碰撞；

②削弱縱向抗側(cè)剛度：設(shè)置防震縫后，結(jié)構(gòu)在垂直防震縫方向的抗側(cè)剛度會(huì)相應(yīng)減小，如果建筑較高，縫寬過大，防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)單體在地震及風(fēng)荷載作用下的位移可能會(huì)超限，進(jìn)而需要調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置，增加工程投資；

③使用維護(hù)難度大：在實(shí)際施工及使用過程中，很難保證縫內(nèi)不留雜物，進(jìn)而導(dǎo)致地震時(shí)相互碰撞破壞；

④建筑外觀與防水處理難度大：從建筑角度看，防震縫的存在還會(huì)破壞建筑的立面整體性和美觀性。同時(shí)，接縫處的防水等問題也是很難處理的。

4.2 ?不設(shè)縫的建議措施

鑒于按規(guī)范規(guī)定設(shè)置防震縫不能完全避免強(qiáng)烈地震下碰撞的發(fā)生，以及實(shí)際工程中分縫帶來的種種弊端和歷次地震中碰撞震害，建議盡量不要設(shè)置防震縫，而是通過采取精細(xì)的計(jì)算分析和有針對性的構(gòu)造措施及施工措施來解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題。

（1）注意調(diào)整建筑布局和結(jié)構(gòu)布置，盡可能使建筑物的剛度中心和質(zhì)量中心重合或接近，并保證具有足夠的動(dòng)力對稱性，以減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（2）剪力墻或壁式框架等強(qiáng)度和剛度較大的抗側(cè)力構(gòu)件盡可能沿建筑周邊布置，以增大抗扭剛度，減小結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（3）在初步設(shè)計(jì)階段，結(jié)合建筑專業(yè)布局，優(yōu)化局部結(jié)構(gòu)布置，盡可能減小平面凹凸轉(zhuǎn)角、疊角建筑的細(xì)腰部位等處的應(yīng)力集中效應(yīng)。

（4）在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)注意采取三維空間計(jì)算模型，局部應(yīng)力集中部位應(yīng)采用彈性樓板模型，同時(shí)，應(yīng)考慮雙向水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（5）對于局部應(yīng)力集中部位，應(yīng)按更高的性能目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，對于薄弱部位的樓板，宜按大震彈性的要求控制截面的剪壓比，以防止罕遇地震下局部樓板的剪切破壞。

（6）在構(gòu)造措施方面，應(yīng)注意加強(qiáng)局部應(yīng)力集中部位樓板的構(gòu)造與配筋，對于此區(qū)域樓板的邊緣構(gòu)件——邊梁，應(yīng)特別注意加強(qiáng)抗拉鋼筋的配置。

四? 句? 小? 結(jié)

設(shè)縫不當(dāng)必碰撞

建筑設(shè)備亦勉強(qiáng)

寧愿結(jié)構(gòu)迎難上

不留問題到終場

延伸閱讀

[1] 羅開海，毋劍平. 建筑工程常用抗震規(guī)范應(yīng)用詳解[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.11.

[2] 羅開海，毋劍平.?平面復(fù)雜建筑不設(shè)防震縫設(shè)計(jì)方法研究[J].?

土木建筑與環(huán)境工程，Vol32（S2）：315~318+321，2010.12.

羅開海

研究員，工學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師

國家一級(jí)注冊結(jié)構(gòu)工程師

我國結(jié)構(gòu)與抗震知名專家

毋劍平

研究員

國家一級(jí)注冊結(jié)構(gòu)工程師

一級(jí)注冊建筑師

往期回顧：

文章來源：CECS抗震專業(yè)委員會(huì)