5·12地震汶川縣城房屋震害統計分析與啟示

宋小虎,徐其功

(1.華南理工大學土木與交通學院,廣東 廣州 510640;2.廣東省建筑科學研究院,廣東 廣州 510500)

1 破壞等級劃分標準

汶川地震發生后,由廣東省建設廳組成的房屋鑒定專家援助隊于 2008年 7月 8日抵達汶川縣城威州鎮,要求專家援助隊在約一個月時間內完成汶川縣城房屋的震后鑒定。據估計,約有一千多棟房屋需要鑒定。經過與當地建設部門協商,本次鑒定工作標準確定為《建筑地震破壞等級劃分標準》[(1990)建抗字第 377號]。破壞等級劃分標準如表 1。

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2 震害統計

至 7月 31日,專家隊完成了汶川縣城 1141棟房屋的震后鑒定作業,總建筑面積達 112.12×104m2。依據這 1141份鑒定報告,對房屋震害情況統計如表 2～表 4。

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房屋建成于 1974年前的約占 4.21%;1974～1989年占32.60%;1989～2002年占 39.88%;2002年到至 2008年 7月占 23.33%。即 1989年至 2008年 7月建成的房屋占總數的約 63%,設計上有抗震設防的房屋應占 85%以上,其中設防烈度為 7度占 70%。

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住宅房屋約占房屋總數的 70.29%;辦公樓 9.38%;學校 10.60%;醫院 2.02%;還有用于商店等其它用途的房屋約占 7.71%。

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磚木結構的房屋約占房屋總數的 6.84%;磚房約占73.00%;底層框架磚房 11.48%;框架結構約占 8.50%;還有少量其他結構形式(如鋼結構等)的房屋。

3 震害特點與分析

3.1 從房屋建成年代分析

從汶川縣城房屋破壞狀況來看,不同時期建成的房屋抗震能力有較大差異。我國從 2002年開始采用新的抗震規范,取代了 1989年頒布的規范,但縣鎮房屋設計在執行國家規范標準方面有所滯后,與抗震設防要求有一定差距,造成這些房屋抗震能力不足。1990年后設計建造的建筑表現良好,達到了“小震不壞,中震可修,大震不倒”的三水準抗震設防目標。倒塌的 20棟房屋中,有 16棟是建于上世紀七八十年代,而且基本是民房。這些房屋沒有正式設計或較少采用抗震措施;嚴重破壞或中等破壞的 732棟房屋中,有 639棟房屋是在 2002年以前建成的;2002年以后新建建筑物發生整體倒塌的情況少,破壞程度也低于早期建筑物。在同一個街道出現早期住宅樓破壞嚴重,這說明隨著抗震措施的逐步完善,結構設計能很好地執行相關要求的情況下,建筑物的抗震能力有很大提高。

3.2 從房屋使用功能分析

在此次地震中,汶川縣城大量民宅損毀,造成了巨大的財產損失。這些房屋修建于不同年代,均為自建,沒有經過正規的設計和施工,特別是農房一直是政府部門監管的盲區。學校為了滿足教學功能需求,常常采用底部大開間,在抗震分析中,底部的抗側剛度不足致使底層薄弱,而薄弱層由于應力集中往往最先破壞。部分中小學教學樓采用單跨外廊形式,單跨框架兩根柱子一排梁,是最簡單的結構形式,這種結構形式沒有多道防線,一根柱子破壞,框架馬上倒塌。為此,新的抗震規范補充了控制單跨框架結構適用范圍的要求:高層的框架結構不應采用單跨框架結構,多層框架結構不宜采用單跨框架結構。

此次調查的學校建筑共有 121棟,倒塌和嚴重破壞的占了 76.86%,醫院建筑共有 23棟,倒塌和嚴重破壞的占了43.42%,而且這些倒塌和嚴重破壞的房屋中磚混結構占了大多數。對于學校、醫院等人員較為密集的建筑,應按新的抗震規范提高抗震設計標準,或選取抗震性能更好的結構體系,如何確保學校、醫院等重要建筑的安全已成必須要解決的問題。

3.3 從房屋結構形式分析

3.3.1 砌體結構

汶川縣城房屋結構形式 80%以上是砌體結構。建筑層數多在 2至 7層。在這次地震中,汶川縣綿池林業工作站 l棟、阿壩師專某學生公寓等,這些砌體結構房屋受損較為嚴重。主要有以下幾種破壞形式:

(1)樓層窗間墻剪切破壞,呈現斜向裂縫或“X”形裂縫(如圖 1);

(2)承重墻有嚴重的斜裂縫和交叉裂縫,部分承重墻磚塊酥碎、錯位;

(3)底層框架的砌體結構或部分單排框架結構,多數橫墻有明顯的交叉裂縫和斜裂縫;

(4)構造柱、窗間圈梁出現斷裂,混凝土崩裂、鋼筋壓曲,下部的墻體出現貫通裂縫(如圖 2)。

圖1 窗間墻出現“X”形裂縫

圖2 墻體出現貫通裂縫

墻體呈斜裂縫,這是由于墻體抗剪能力不足,是比較常見的震害現象,屬于主拉應力超過砌體強度所引起的剪切破壞,多集中于門洞之間的窗間墻和窗下墻。當地自建房中構造柱與圈梁問題也是磚混結構房屋破壞的重要原因,如有些磚混結構房屋根本未設構造柱或構造柱設計錯誤,主要表現為構造柱設置位置不當、轉角處柱體縱筋未加大、樓(屋)面上下端處箍筋未加密、與圈梁錨固長度不夠等;圈梁問題一般表現為轉角處和丁字接頭處縱向鋼筋的錨固長度不足或附加鋼筋不夠,在樓梯間被外窗洞口斷開處的窗過梁未按規定設計。

3.3.2 鋼筋混凝土框架結構

該類結構由于抵抗變形的能力較強,在地震中豎向混凝土構件破壞很少,沒有整體倒塌的危險,但填充墻受到較大損壞,例如汶川縣林業局辦公樓、汶川縣精美印業有限責任公司排版車間、汶川縣工商局辦公大樓等。其震害主要表現為:

(1)山墻、窗間墻、門洞口的邊角處產生斜裂縫或交叉裂縫,或沿窗口上下標高產生水平裂縫(如圖 3);

(2)填充墻局部倒塌;

(3)墻體裝飾面脫落;

(4)梁、柱出現結構裂縫;

(5)框架柱柱頭混凝土被壓碎,柱頭縱向鋼筋壓屈(如圖4)。

填充墻與主體框架結構畢竟不是一體,連接部位在地震作用下難免成為薄弱環節;填充墻改變了框架結構的傳力及受力,導致主體框架結構構件損壞。關于框架結構填充墻的破壞機理以及設計方法,已有學者做了研究,然而理論依然不成熟,是一個有待深入研究的問題。

圖3 山墻出現交叉裂縫、局部倒塌

圖4 混凝土壓碎

3.3.3 磚木、木、片石、土坯墻結構為主的民房

這些建筑主要集中于汶川縣城的城中村、鄉村、山寨中,基本未納入管理、未經正規設計;施工較為簡單的木柱、磚柱、土坯墻承重的房屋;建筑層數多為l至 3層;使用年限較長。在地震作用下,由于缺少抗震措施和牢固的連接方式,導致構件間拉結脫開,變形過大,不能繼續承重而損壞嚴重。很多屋面在上下震動中整體墜落,而墻體未發生太多損壞。還有一些老建筑由于使用時間太久,主要的木構件存在蟲蛀、腐爛問題,在地震中受損嚴重。這類民房多數被鑒定為“嚴重破壞”。

4 建筑物修復、加固與重建建議

4.1 修復加固

依據《汶川地震災區城鎮受損房屋建筑安全鑒定及修復加固拆除實施意見》(四川省人民政府令第 226號)的有關精神,提出加固建議如下:

(1)對于基本完好和輕微破壞的房屋,按房屋修建時的抗震設防要求和抗震設計規范,通過修復施工,恢復到震前狀態即可繼續使用。

(2)對中等破壞的房屋,具有加固價值的,按照地震后國家新頒布的抗震設防要求和房屋修建時的抗震設計規范,可采用快速修復,補強,加固。例如,對墻體破壞的修復可參考以下措施。對破壞偏輕砌體房屋墻體,可采用高標號水泥砂漿灌縫,在墻體外表面裂縫處鋪一層鋼板網或鋼絲網抹高標號水泥砂漿修復,對于破壞偏重的,最大裂縫寬度在4mm以上,應按照現行行業標準[1]進行抗震加固。對于框架結構非承重的填充墻體局部破壞,墻體產生裂縫且垂直度在允許范圍內的,可進行填充、抹灰修復;墻體出現傾斜,但不影響房屋整體結構,可采取拆除局部進行修復處理;墻體整體傾斜嚴重,無法修復的,應整體拆除。

(3)對于嚴重破壞且無加固價值或者倒塌的房屋,應立即拆除,消除隱患。

4.2 重建建議

針對房屋的破壞特點,依據現行設計規范[2],提出恢復重建建議如下。

(1)建筑設計應符合抗震概念設計要求,選擇規則、對稱并具有良好整體性的房屋平面布局,結構的側向剛度應均勻變化,避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。

(2)砌體墻應采取措施減少對主體結構的不利影響,并應設置拉筋,水平系梁,圈梁,構造柱等與主體結構的可靠拉結。規范給出了不同烈度、不同層數下構造柱的設置部位、截面、配筋與墻體拉結筋的設置要求,設計時應按規范執行。圈梁應采用現澆鋼筋混凝土,并且與預制板設在同一標高或緊靠板底,以提高圈梁與墻體、樓板的連接效果,圈梁應與構造柱可靠連接,圈梁應閉合,遇有洞口阻斷時應上下搭接。

(3)填充墻應優先采用輕質高強、耗能好的墻板,少用或不用實心磚、空心磚、加氣混凝土砌塊等剛度大、強度低的砌體填充墻;沿填充墻全長設置拉結筋:在洞口處設置上下端箍筋加密的構造柱約束墻體保證墻與結構構件的可靠連接。

5 結束語

地震帶來的災害慘重,災害過后,結構設計人員任重道遠。通過對震區工程震害的調查,有以下幾點啟示:

(1)明確嚴格執行《建筑抗震設計規范》的必要性。

(2)選取合適的地震區建筑結構體系,特別是幼兒園、學校、醫院等重要建筑。

(3)高度重視建筑結構施工,把好質量關。

(4)高度重視建筑結構的抗震概念設計。

[1]JGJ116-98建筑抗震加固技術規程[S]

[2]GB 50011-2001建筑抗震設計規范[S]