淺析汶川地震中教學樓建筑震害原因

范琳琳

0 引言

北京時間2008年5月12日14時28分，在我國四川省汶川縣發生了里氏8.0級特大地震。震中位于汶川縣的映秀鎮(東經103.4°，北緯31.0°)，震源深度14 km。此次地震不僅造成災難性的破壞，其影響波及到全國絕大部分地區，是建國以來大陸地區發生的破壞性最為嚴重的一次地震。

相對大空間人員密集的教學樓在地震作用下發生嚴重破壞，給人們的生命財產帶來了巨大的損失。地震引起的中小學教學樓倒塌受到社會各界關注。作者結合震害資料對此次地震教學樓建筑的抗震問題進行了分析，從中得到一些認識。

1 教學樓建筑震害

我國中小學教學樓建筑多為磚混結構和框架結構，本次地震中學校遭遇了比辦公、住宅及廠礦類建筑更嚴重的大規模的破壞。教學樓建筑震害的結構形式及其特點主要有:

1)砌體—木屋架結構:

由于砌體、木材就地取材，材料經濟，村鎮教學樓建筑中少數采用這種結構。但是這種結構的砌體墻和砌體柱強度相對較低，且大多數年代較長，在地震中發生屋面破壞和局部倒塌(如圖1所示)。然而這種結構一般是單層的，木屋架自重又比較輕，造成的人員傷亡并不是很多。

2)磚混結構:

地震區村鎮的教學樓多采用磚混結構。這類結構在地震區數量最多，震害也嚴重，主要震害現象包括:墻體開裂、倒塌、縱橫墻連接處破壞、鋼筋混凝土預制板脫落、樓梯間破壞等。破壞特點一般都是結構體系不合理或抗震構造措施不足引起的。如圖2所示，雁門中心小學教學樓預制板拉結筋不足導致破壞。

3)框架結構:

本次地震中，大多數框架主體結構震害較輕，破壞主要發生在圍護構件上。此外，由于在結構設計時填充墻是不考慮其承載性能，按照純框架進行設計的，只是將填充墻體的重量當作外荷載加到計算模型上;在抗震驗算時，考慮填充墻剛度的影響，對框架的自振周期進行折減，從而使得框架梁的實際剛度增大，在實際框架結構震害中，出現大多數的“強梁弱柱”破壞，未能實現“強柱弱梁”的破壞機制。

2 震害分析

從以上震害情況可以看出，造成教學樓建筑破壞的原因很多，既有結構體系不合理、抗震構造措施不足等工程技術方面的原因，也有不按規程施工等原因。本文從工程技術方面進行了教學樓震害分析。

2.1 結構體系不合理

災區學校教學樓大多采用橫墻承重的磚混結構。磚混結構屬于脆性材料，抗拉和抗剪強度都很低，在大震作用下，易發生剪切破壞，從而導致房屋的破壞和倒塌;樓屋蓋大多采用預制空心板，整體性差。學校由于其使用功能的要求，空間跨度大。為了保證教室有良好的自然采光和通風，在縱向需要布置大量的采光窗，窗戶洞口較大，削弱了縱墻的剛度。在地震作用下，縱墻發生倒塌或窗間墻產生“X”形裂縫(如圖3所示)。

部分教學樓采用框架結構，其中以單跨鋼筋混凝土外廊式教學樓為典型。這種外廊懸挑式結構，一旦發生大震，縱、橫墻剛度不均勻，很容易發生扭轉破壞。而這種結構只有一道抗震防線，在地震作用下，某個柱因抗彎能力不足，發生屈曲破壞，很容易形成整體不穩定的結構，從而產生連鎖倒塌效應。這類結構體系在這次地震中，普遍發生了不同程度的震害，少量工程破壞相當嚴重，已接近倒塌。

此外，非結構構件的損傷也造成了嚴重破壞。作為逃生通道的樓梯間破壞(如圖4所示)，造成了相當的人員傷亡。經分析，其主要原因是:教學樓中樓梯一般設在房屋的盡端，削弱平面內剛度，在地震作用下，建筑物端部受扭厲害，發生破壞;樓梯板筋不足或者搭接不好，大震作用下，就會出現受拉屈服或者拉斷，從而導致樓梯間嚴重破壞。

2.2 抗震構造措施不足［3，4］

根據規范要求，低烈度區可采用預制空心板，但必須采取一些構造措施來保證結構的安全性。磚混結構必須在預制板周圍按規范規定設置現澆鋼筋混凝土圈梁，并且在板面和板縫內加拉結筋;墻角處要設鋼筋混凝土構造柱、圈梁。圈梁、構造柱是磚混結構房屋的一種經濟有效的抗震措施。教學樓等橫墻較少的房屋，應按要求設置構造柱。設置圈梁、構造柱可以明顯改善多層砌體房屋的抗震性能，減輕震害。但在災區，多數教學樓并沒有按要求設置圈梁和構造柱，使得這類建筑在遇到大震時，發生倒塌。

還有一些框架結構填充墻墻頂未見斜砌磚頂緊，也是造成填充墻破壞的原因。框架結構一般采取填充墻與框架柱、梁周邊嵌實做法，或者通過拉結筋來加強框架和填充墻之間的聯系，有利于填充墻整體的穩固和防止裂縫的生成。

3 結語

汶川地震給人們帶來了嚴重的生命和財產損失，值得土木工程師們深思。總結地震災害將會對建筑物抗震性能更加了解。本文通過對教學樓建筑震害分析，得到以下認識:

1)學校教學樓作為人群密集的地方，應提高抗震設防標準。在國外，學校是最安全的地方。然而，在我國，學校教學樓在地震中卻幾乎經不起地震考驗，從而導致我國地震造成的損失巨大。我們應該借鑒國外的先進經驗，吸取這次地震的教訓，完善《建筑設計抗震規范》，以保證教學樓建筑在地震作用下做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

2)作為土木工程師們，應嚴格按照現行國家規范進行設計。重視結構概念設計和構造措施的作用。概念設計涉及的面較廣，土木工程師應從工程場地選擇、結構布置、設置多道抗震防線等方面嚴格考慮。避開對建筑抗震不利的地段，結構布置要規則，不要只從美觀效果來考慮。此外，合理設置構造措施的建筑物在地震中表現出了良好的抗震性能，這就要求結構工程師們必須重視構造措施的作用。

3)填充墻對框架結構的抗震作用不容忽視，在結構設計時應適當考慮。由于填充墻與框架結構相互作用的復雜性，填充墻對框架結構的抗震影響不易確定，利弊兼有。填充墻作為非結構構件在以往的設計中考慮不夠全面，此次震害比較嚴重。在以后的研究中應該通過試驗等方式對其進行更深入的分析。

4)樓梯作為逃生通道必須采取可靠的措施，防止地震發生時樓梯的承重墻或圍護墻倒塌傷人。

［1］ 清華大學，西南交通大學，北京交通大學土木學院土木結構專家組.汶川地震建筑震害分析［J］.建筑結構學報，2008，29(4):89-92.

［2］ GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［3］ 林樹枝.汶川地震災區學校建筑的震害分析［J］.福建建筑，2008(10):12-15.

［4］ 王社良.抗震結構設計［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2003.

［5］ 王宇新.5·12震后茂縣建筑物受損初步調查與分析［J］.山西建筑，2009，35(11):54-55.