趙 西 安
( 中國建筑科學研究院 北京 100013 )
提 要 2010年4月14日玉樹7.1級大地震中建筑物遭受巨大損失，震害調查表明：玻璃固定窗破損與主體結構破壞具有明顯的相關性。玻璃幕墻則基本完好，目前尚未發(fā)現(xiàn)幕墻受到嚴重震害的事例。
關 鍵 詞 玻璃窗 幕墻 震害調查 抗震設計
一、 概 述
1.1 固定窗和幕墻
固定窗和幕墻都是由面板和支承結構組成的維護結構系統(tǒng)。不同的是：固定窗通常是鑲嵌在柱子或墻體平面內，在地震時必然與主體結構有相同的側向位移；而幕墻的構造則使得幕墻與主體結構之間可以有微小的相對位移，或者使得幕墻本身具有較大的變形能力，可以忍受地震時主體結構所發(fā)生的側向位移。
因此，在歷次大地震中玻璃窗的破壞都比較普遍，安裝在墻體嚴重開裂、破損或框架明顯側傾建筑中的固定窗往往窗框扭曲、玻璃破碎、飛散；而在相同狀態(tài)建筑中的幕墻則震害很少，常常完好無損。
1976年唐山大地震的殘存建筑中玻璃窗大多破損，多數(shù)只留下空的洞口。而1995年日本阪神大地震和1999年臺灣集集大地震均有大量的玻璃窗震害的報告；雖然大阪、神戶和臺中、臺南等城市有不少帶有幕墻的建筑，但卻沒有見到關于震后尚存建筑中幕墻的震害報道。
2008年四川汶川8.0級大地震中，汶川、北川、德陽、綿陽等經(jīng)歷了強震的城市，玻璃窗和玻璃幕墻的抗震性能表現(xiàn)出和歷次大地震相同的規(guī)律性。
2010年4月14日，青海玉樹發(fā)生了7.1級大地震，震中烈度達8度強。無抗震設防的民居大量倒塌；按7.5度（0.15g）抗震設防的正規(guī)建筑震害較輕，玻璃窗大量保存，玻璃幕墻基本上無損壞，可以對其抗震性能作出分析。
1.2 側向位移大小的估計
正如作者在2008年發(fā)表的《汶川大地震中的玻璃窗和玻璃幕墻》一文中所指出：我們不可能實際量測到玻璃窗和玻璃幕墻在地震中的平面內側移量。但是，通過觀測玻璃窗和幕墻所在平面的結構損壞情況，是可以估計它們在地震時所經(jīng)歷過的最大水平位移值。
磚墻的破壞狀況是最適用的衡量尺度。磚墻的破壞程度與其經(jīng)受的水平位移有較好的對應性。多年來，進行過大量砌體結構的性能試驗研究，對無筋磚砌
趙西安，1940.7出生，廣東新會人，中國建筑科學研究院，研究員,100013-，北京
體來說，其基本規(guī)律表現(xiàn)為：
水平位移角小于 1/800 磚墻完好無損；
1/800~1/500 輕微裂縫；
1/500~1/300 嚴重開裂；
1/300~1/150 嚴重破壞、掉磚、局部倒塌；
大于 1/150 倒塌。
因此,我們可以參照窗和幕墻所在平面內磚墻的破壞程度來估計這一平面的水平側移,從而判定窗和幕墻在這種位移下的工作性能。
圖1 窗的狀態(tài)取決于主體結構的狀態(tài)
圖1為震中的一座藏族民居。從圖1可見，窗的破損情況與墻等主體結構的震害相關。當墻體無損害或損壞輕微時，窗框形狀保持不變，玻璃不會破碎（圖1的中、右窗）；當主體結構發(fā)生大變形，墻體破裂、倒塌時，窗框也嚴重變形，甚至破斷，玻璃就會破碎（圖1中的左窗）。
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，相應地玻璃窗的表現(xiàn)也是各不相同的：
2.1 主體結構無震害的建筑物
主體結構完好，承重磚墻或填充磚墻沒有產(chǎn)生可見的震害時，可以認為其水平側移不大于1/800。這時玻璃窗一般不會有破損（圖2~圖5）。
圖8 墻有細裂縫，凸窗無震害
2.3 磚墻已嚴重開裂的建筑物
磚墻已出現(xiàn)大量粗裂縫,甚至很粗的交叉斜裂縫時,表明建筑物在地震中遭受反復水平運動,且位移已達1/300。這種情況下窗玻璃會大量破碎（圖9~圖11）。
有些留存的建筑，雖然磚墻破碎，但推拉窗破損不多，這可能是結構剛度較大，側移小，加上用推拉窗，活動余量大，玻璃破損不多。類似的例子只是個別的，一般強震過后，殘留建筑固定窗一般破壞都比較嚴重（圖12）。
2.4 磚墻嚴重破壞的建筑和產(chǎn)生大側移建筑
當磚墻的側向位移超過1/300層高時，會產(chǎn)生大的破壞、磚塊掉落，甚至局部倒塌。這時窗框屈曲、外突，甚至甩出，玻璃基本上破碎、飛散，墻上往往只留下窗洞口。
當位移大于1/150時,磚砌體結構倒塌,玻璃窗也就隨之消失了。
2.5 活動窗扇破壞程度較輕
平開窗窗扇在地震時往往處于開啟狀態(tài),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，因而破損程度要小一些（圖12）。從圖18可見，在墻體的擠壓下窗框已成為平行四邊形，但推拉窗扇仍保持矩形卡在窗框內，完好無損。
2.6 固定窗的變形耐受能力
從這次玉樹大地震中玻璃窗的表現(xiàn)來看,固定窗是有可能耐受到層間位移角1/500而不會產(chǎn)生破損；即使個別工程可能有玻璃破裂，破損的數(shù)量也會是極少的。
之所以如此,是由于在施工安裝時，一般是墻先留出門窗口，后安裝門窗。窗框與洞口之間會有空隙，窗扇與窗框之間也留有空隙，它們都能吸收掉一些變形量，可以稍稍提高窗的耐受地震能力。
這個情況和2008年汶川大地震的情況是相同的。
三、 幕墻在玉樹地震中的表現(xiàn)
3.1 幕墻的變形性能
由于幕墻本身的構造特點,使得它能忍受大的平面內變形而不破損。許多工程所進行的幕墻平面內變形試驗表明，符合規(guī)范設計要求的幕墻可以承受1/100層高的平面內水平位移而不破損，甚至還可以承受更大一些的位移。
我們曾進行過許多幕墻的振動臺試驗，采用了玻璃、石材、鋁板以及陶板、微晶玻璃、石粉板等人造板作為面板。這些幕墻在臺面加速度為0.7~0.9g（相當于烈度約為9~10度）時，位移角達到1/70~1/50，還能保持完好，無任何破損。這些試驗結果說明幕墻具有比固定窗大得多的平面內變形能力，可以在較高烈度的地震中免受震害。
3.2 玉樹地震中幕墻的性能
到目前為止,我們尚未收到震中地區(qū)未倒塌房屋上幕墻發(fā)生震害的報告，這與1995年阪神大地震、1999年臺灣大地震和2008年汶川大地震的情況類似。
原因是很清楚的，幕墻達到其可耐受的平面內位移角極限1/70~1/50時，絕大多數(shù)主體結構已經(jīng)倒塌。因此可以說，只要房子不倒，幕墻是不會破壞的，至多個別情況下有一些輕微的損傷。
圖19~圖25是一些位于震中地區(qū)玉樹的建筑,從它們的幕墻能保持完好的事例來看，上述關于幕墻有較好耐震性能的觀點是可以令人信服的。
圖27 左面濕貼石板破，右面窗玻璃破，中間隱框幕墻完好
3.3 璃幕墻耐受地震性能和其他建筑部件的比較
如果在一座建筑物中同時有玻璃幕墻和其他建筑部件,又經(jīng)受同樣地震，那末幕墻和其他部件的耐震性能就有可比性了。由圖26、圖27這些例子可見，磚墻、固定窗、面磚已經(jīng)發(fā)生明顯震害時，同一建筑的幕墻卻完好無損。
3.4 英雄的建筑——玉樹巴塘機場
玉樹遠離青藏鐵路，公路只有一條214國道，航空運輸在抗震救災中成為生命線。2009年才建成，2010年初剛剛開航的玉樹機場成為英雄建筑。
玉樹機場航站樓剛建成就經(jīng)歷了大地震的考驗。鋼結構屋架完好，明框玻璃幕墻和鋁板屋面沒受到損壞，這為震后第一時間通航提供了保證。從玉樹機場大樓巋然不動的英雄身影中，我們深深感受到鋼結構和建筑幕墻優(yōu)異的抗震性能（圖28~圖30）。
圖32 透過幕墻玻璃，看到光明，看到希望
四、 小 結
這次玉樹地震和2008年汶川地震一樣，震害情況表明，固定窗的耐震能力與玻璃幕墻相比是有較大差別的。
強震區(qū)沒倒塌建筑中的固定窗，玻璃的破損程度相差懸殊，取決于主體結構側向位移的大小。平面內側向位移角不大于1/500時，窗玻璃可望保持完好；位移角大于1/300時，破壞就非常嚴重了。
玻璃幕墻的位移耐受性能遠大于固定窗。地震中只要主體結構尚未倒塌，幕墻一般都能保持完好。這次玉樹地震中玻璃幕墻的表現(xiàn)就充分反映了這一規(guī)律。我們有理由相信，只要我們按照規(guī)范的要求，認真設計，認真施工，就可以使幕墻達到小震完好，中震可修，大震不掉的要求的。
本文由門窗幕墻英才網(wǎng)整理添加
本文由門窗幕墻英才網(wǎng)整理添加
文章轉載請注明轉自《門窗幕墻英才網(wǎng)》
