告诉大家一个好消息:在土耳其地震现场找到(局部)实现“强柱弱梁”的混凝土框架结构啦!但是还有一个坏消息:它可能不是你想象的那种框架结构。
下面就是我们在受灾相对较轻(相对于Antakya)的Hassa找到的“强柱弱梁”。尽管梁端的裂缝开展也不像在实验室里那么均匀而充分,毕竟还是坏在了梁上。底部的柱脚当然出现了所谓的“塑性铰”,也是情理之中。
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而且还不是一个梁铰,而是一排梁铰。激不激动?不过,且慢。这个柱子怎么有点儿奇怪,它吸口气把自己收成了一个刀片,还能算是柱子吗?它难道不是一片墙吗?这也是我在土耳其地震现场和当地人交流遇到的第一个难题。
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柱的定义
按照我国规范,框架柱的高厚比(b/t)一般要小于3,大于3小于4勉强也可以称之为框架柱吧,但是如果大于4了就万万不能再说它是柱子了。但是关于“柱”,土耳其人有他们自己的理解。
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据当地工程师介绍,在土耳其,高厚比小于6的都叫柱子(土耳其语:Kolon或Sütun)。那么高厚比大于6的呢?叫Perde Kolon,直译成英文是Curtain Column,幕柱?什么东东,还是柱!我反复确认,难道这不是墙吗?但是他们不论如何就是不愿意承认那是墙。就连上一篇介绍过的TOKİ纯剪力墙住宅里的墙,他们也称之为Perde Kolon。交流多了我才慢慢找到感觉:在土耳其人(包括结构工程师)的词汇表里,墙(土耳其语:Duvar,音译:“堵哇”)特指非承重墙,比如轻质隔墙,既不承受竖向荷载,在结构计算中也不考虑其承受水平荷载。其实这可能只是土耳其语的个性,在土耳其混凝土规范(TS-500)的英译本中,还是有RC wall这种东西的,也就是高厚比大于7的钢筋混凝土承重构件。不论如何,高厚比小于6的妥妥的是柱子。与中土两国对柱的不同定义密切相关的,首先是在柱的布置上的差异。以一个简单到不太可能实际存在的3x3的柱网为例,我们熟悉的框架结构的平面布置大概是这样的。
但是到了土耳其,大量使用的是高厚比在3-6之间的柱子,姑且称之为“扁柱”。对于一个3x3的轴网,理想的柱的布置是下面这个样子:面内承载力较强的扁柱呈风车状均匀布置在结构周边,既保证结构在两个水平方向上刚度和承载力均衡,又保证结构具有足够的抗扭刚度。
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这里可以回放一下最开始提到的“强柱弱梁”那件事儿。与扁柱在同一平面内的梁当然是胳膊拧不过大腿(比如像我们“欣喜地”发现的那样)。但是总会有与扁柱垂直的梁。这时可就是“大腿拧不过胳膊”了。比如像下图这样的节点区破坏或开裂。熟悉的配方。
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在地震现场几乎没有(“完全没有”的较保守的说法)见到什么理想的“风车”布置。谁不想要更加开敞的沿街空间呢?于是,经常见到的是把扁柱垂直于街道布置。
比如刚才Hassa的那栋发现了梁铰的大楼。它沿街的一排柱子两端是方柱,中间四根全部是垂直于街道布置的扁柱。
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这样的房子不只一栋两栋,而是从西南的Antakya到东北的Malatya横亘300多公里,比比皆是。倒掉的或已经开始拆除的房子提供不了太多关于结构布置的信息,但从它们身旁还没有倒的或者还没来得及拆的房子上可见一斑。
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(拍摄地点:Malatya)
更麻烦的是,现场大量框架结构的柱网布置根本没有什么章法,很难保证想象中的刚度均衡。
比如下图是我们在Hassa随手记录的一栋6层RC框架的底层平面布置。一个方向的扁柱明显多于另一个方向,建筑后部还有电梯井,也是钢筋混凝土的。
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扁柱这种单向构件的大量使用,一方面方便了建筑师(或者业主自己)根据建筑功能的需要划分空间;另一方面也大大增加了结构平面规则布置的难度。
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除了扭转刚度和平面不规则等问题之外,土耳其RC框架结构中普遍存在的另一个问题是把框架梁向外推出了柱的轴线,形成悬挑。仍以刚才那个理想的规则平面为例,很多RC框架中的梁是这样布置的。
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比如,刚才我们发现了梁铰的那栋位于Hassa的建筑就是一个典型代表。
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当然它并不孤单。从灾区的西南到东北,这样的框架结构比比皆是。据说土耳其人很享受在阳台上的时光。
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梁和柱的轴线错位,或者说柱子的平面外方向没有了梁,很难形成有效的抗侧框架。不过这个问题可能对于方柱框架更加不利,对于扁柱框架带来的问题可能没那么严重,毕竟人家也没太指望扁柱在面外方向能挑什么大梁吧。
维基百科在介绍这次土耳其地震时,在社会舆论一节提到,埃尔多安认为毁坏的建筑中有98%是1999年之前建成的,并以此作为2000年之后修订或颁布的一系列相关规范和法规的有效性的证据。但是,“98%”这个数据遭到了世界著名的地震工程学者,中东科技大学METU的Haluk Sucuoğlu教授的公开质疑。
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我问随行的AFAD工程师欧马尔,你怎么看?他耸肩摊手,无奈地笑着说:你不是都自己看到了么。
不论是当地民众的感受,还是我们在现场的感觉(而非基于统计数据的),毁坏的建筑确实以二三十年或者更早之前建设的老房子为主,但仍然有大量的新房子,或者说2000年后建成的房子在地震中毁坏了,并且远不止2%。20%倒是差不多。甚至有不少崭新的建筑发生倒塌。在Adıyaman,有许多建成两三年甚至刚刚建成还没有卖掉的住宅、酒店发生倒塌。比如下图所示的Gold City,据说是Adıyaman最昂贵的住宅,发生了严重的破坏,其中一个单元发生了底部薄弱层倒塌。
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这些9层的住宅建筑同样采用了上面介绍的RC框架结构,并且也使用了扁柱。
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小区的开发商Zümrüt的老板已经被抓起来了。Zümrüt在Adıyaman当地开发了许多项目,在这次地震中多有破坏。
以上是经过几天的耳濡目染获得的关于土耳其RC框架结构的一点粗浅认识。国内的朋友们可能还在土耳其地震中混凝土结构建筑震害中看到了很多疑似板柱结构的身影。那又是另一个故事了。下次再说。
图文来源:哲设计微信公众号