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青海玉树地震中的玻璃窗和玻璃幕墙（一）

发布时间：2010-08-26

作者：赵西安(中国建筑科学研究院)

【摘  要】：2010年4月14日玉树7.1级大地震中建筑物遭受巨大损失，震害调查表明：玻璃固定窗破损与主体结构破坏具有明显的相关性。玻璃幕墙则基本完好，目前尚未发现幕墙受到严重震害的事例。
【关键词】：玻璃窗   幕墙   震害调查   抗震设计

 

    一、概述
    1.1  固定窗和幕墙
    固定窗和幕墙都是由面板和支承结构组成的维护结构系统。不同的是：固定窗通常是镶嵌在柱子或墙体平面内，在地震时必然与主体结构有相同的侧向位移；而幕墙的构造则使得幕墙与主体结构之间可以有微小的相对位移，或者使得幕墙本身具有较大的变形能力，可以忍受地震时主体结构所发生的侧向位移。
    因此，在历次大地震中玻璃窗的破坏都比较普遍，安装在墙体严重开裂、破损或框架明显侧倾建筑中的固定窗往往窗框扭曲、玻璃破碎、飞散；而在相同状态建筑中的幕墙则震害很少，常常完好无损。
    1976年唐山大地震残存建筑中玻璃窗大多破损，多数只留下空的洞口。而1995年日本阪神大地震和1999年台湾集集大地震均有大量的玻璃窗震害的报告。虽然大阪、神户和台中、台南等城市有不少带有幕墙的建筑，但却没有见到关于震后尚存建筑中幕墙的震害报道。
    2008年四川汶川8.0级大地震中，汶川、北川、德阳、绵阳等经历了强震的城市，玻璃窗和玻璃幕墙的抗震性能表现出和历次大地震相同的规律性。
    2010年4月14日，青海玉树发生了7.1级大地震，震中烈度达8度强。无抗震设防的民居大量倒塌。按7.5度（0.15g）抗震设防的正规建筑震害较轻，玻璃窗大量保存，玻璃幕墙基本上无损坏，可以对其抗震性能作出分析。
    1.2 侧向位移大小的估计
    正如作者在2008年发表的《汶川大地震中的玻璃窗和玻璃幕墙》一文中所指出：我们不
可能实际测量到玻璃窗和玻璃幕墙在地震中的平面内侧移量。但是，通过观测玻璃窗和幕墙所在平面的结构损坏情况，是可以估计它们在地震时所经历过的最大水平位移值。
    砖墙的破坏状况是最适用的衡量尺度。砖墙的破坏程度与其经受的水平位移有较好的对
应性。多年来，进行过大量砌体结构的性能试验研究，对无筋砖砌体来说，其基本规律表现
为：
水平位移角小于  1/800         砖墙完好无损；
                1/800~1/500   轻微裂缝；
                1/500~1/300   严重开裂；
                1/300~1/150   严重破坏、掉砖、局部
倒塌；  大于    1/150         倒塌。               
    因此，我们可以参照窗和幕墙所在平面内砖墙的破坏程度来估计这一平面的水平侧移，从而判定窗和幕墙在这种位移下的工作性能。
    图1为震中的一座藏族民居，从图中可见，窗的破损情况与墙等主体结构的震害相关。当墙体无损害或损坏轻微时，窗框形状保持不变，玻璃不会破碎（图1的中、右窗）；当主体结构发生大变形，墙体破裂、倒塌时，窗框也严重变形，甚至破断，玻璃就会破碎（图1中的左窗）。

图 1  窗的状态取决于主体结构的状态

 

    二、固定窗在地震中的工作性能
    在不同的尚存建筑物中，地震震害程度各不相同，相应地玻璃窗的表现也是各不相同
的：
    2.1 主体结构无震害的建筑物
    主体结构完好，承重砖墙或填充砖墙没有产生可见的震害时，可以认为其水平侧移不大于1/800。这时玻璃窗一般不会有破损（图2~图5）。

 图2  大门倒了,楼未损,窗完好

图3  办公楼的推拉窗无破损

图4  平开窗和凸窗都完好无损

图5  五层建筑完好,窗无损害

 

    2.2  主体结构有轻微裂缝的建筑物
    承重砖墙、框架填充墙出现少量细裂缝，或者砖墙没有裂缝、仅仅是伸缩缝两侧发生轻微碰撞时，意味着水平位移在1/800~1/500层高范围内。这种受震情况下，固定窗一般还是没有震害，玻璃不会破碎（图6~图8）。

图6  藏族民居二层墙微裂，窗完好

图 7  可可西里饭店窗未破损

图8  墙有细裂缝，凸窗无震害

 

   2.3  砖墙已严重开裂的建筑物
    砖墙已出现大量粗裂缝，甚至很粗的交叉斜裂缝时，表明建筑物在地震中遭受反复水平运动，且位移已达1/300。这种情况下窗玻璃会大量破碎（图9~图11）。

图9  政府办公楼玻璃破碎

图10 玉树汽车站墙大交叉裂缝

图11 墙破损，部分玻璃掉下

    有些留存的建筑，虽然砖墙破碎，但推拉窗破损不多，这可能是结构刚度较大，侧移小，加上用推拉窗，活动余量大，玻璃破损不多。类似的例子只是个别的，一般强震过后，残留建筑固定窗一般破坏都比较严重（图12）。

图12  虽然墙破坏严重，但推拉窗活动余地大，破损少

 

    2.4 砖墙严重破坏的建筑和产生大侧移建筑当砖墙的侧向位移超过1/300层高时，会产生大的破坏、砖块掉落，甚至局部倒塌。这时窗框屈曲、外突，甚至甩出，玻璃基本上破碎、飞散，墙上往往只留下窗洞口。当位移大于1/150时，砖砌体结构倒塌，玻璃窗也就随之消失了。

    2.5 活动窗扇破坏程度较轻
    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，因而破损程度要小一些（图12）。从图18可见，在墙体的挤压下窗框已成为平行四边形，但推拉窗扇仍保持矩形卡在窗框内，完好无损。

图18  窗洞变成平行四边形，推拉窗活动扇还保持矩形

 

 

 

 

 

                            【下一页】

 

 

作者：赵西安  (中国建筑科学研究院)

 

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