瀘定6.8級地震工業(yè)廠房典型震害及其啟示

潘 毅,任 宇,郭 瑞,林旭川,劉 智

(1. 西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,四川 成都 610031; 2. 西南交通大學(xué) 抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610031;3. 中國地震局工程力學(xué)研究所 地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150080; 4. 地震災(zāi)害防治應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150080; 5. 深圳防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究院,廣東 深圳 518003)

0 引言

工業(yè)廠房一般是指直接用于工業(yè)生產(chǎn)或?yàn)樯a(chǎn)配套的各種房屋,包括主要車間、輔助用房及附屬設(shè)施用房,是各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)的載體。區(qū)別于一般民用建筑,工業(yè)廠房需要滿足工業(yè)設(shè)備運(yùn)行、防護(hù)和操作的要求。工業(yè)廠房在地震中的損毀不僅影響正常生產(chǎn)活動(dòng)的開展,導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈中斷和能源、給水等生命線系統(tǒng)功能失常,造成嚴(yán)重的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失,還可能進(jìn)一步引發(fā)各種次生災(zāi)害(如危化品事故、環(huán)境污染、火災(zāi)蔓延等),不僅影響區(qū)域與城市的安全與可持續(xù)發(fā)展,而且可能給抗震救災(zāi)工作造成一定困難,對災(zāi)后恢復(fù)重建造成不利的影響[1-4]。

工業(yè)廠房和生產(chǎn)設(shè)備在大地震中的破壞不斷引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。1906年洛杉磯7.8級地震發(fā)生后,SIODLA[5]研究了受地震影響而搬遷的工業(yè)廠房的空間分布情況,發(fā)現(xiàn)工業(yè)廠房在地震過后仍然按照震前的聚集模式進(jìn)行了恢復(fù)。1976年唐山7.8級地震發(fā)生后,尹之潛等[6]調(diào)查了單層廠房的主要震害現(xiàn)象,采用直接積分法計(jì)算了廠房的彈塑性地震反應(yīng),指出了屋面系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)問題。1995年神戶7.2級地震發(fā)生后,IWATSUBO[7]調(diào)查了工業(yè)設(shè)備的損壞情況,對設(shè)備的安裝、抗震設(shè)計(jì)和震害診斷提出建議。1999年土耳其7.4級地震發(fā)生后,CRUZ等[8]對地震中受損的工業(yè)設(shè)施進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)存在危化品泄露的情況,震后企業(yè)也提高了對危化品泄露的關(guān)注程度。2008年汶川8.0級地震發(fā)生后,國內(nèi)學(xué)者[9-10]對災(zāi)區(qū)的工業(yè)廠房進(jìn)行了震害調(diào)查與分析,提出廠房的抗震設(shè)計(jì)建議。2011年日本東海岸9.1級地震發(fā)生后,YU等[11]對工業(yè)設(shè)施設(shè)備受損情況和震后采取的防災(zāi)措施進(jìn)行了調(diào)查與分析,并對防災(zāi)措施提出建議。2013年蘆山7.0級地震發(fā)生后,金波等[12]介紹了單層磚柱工業(yè)廠房的分類和震害情況,并對典型案例進(jìn)行了具體分析,給出了震害現(xiàn)象、機(jī)理和影響因素;劉如山等[13]介紹了電力設(shè)施的破壞情況,建議提高電力設(shè)施抗震能力和減少地震災(zāi)害對設(shè)施的破壞。工業(yè)廠房及其生產(chǎn)設(shè)施與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況緊密相關(guān),不同地域、各個(gè)時(shí)期的工業(yè)廠房與生產(chǎn)設(shè)備各具特點(diǎn),具有高度的多樣性、復(fù)雜性和特殊性,既有震害研究仍然非常有限,因此,有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對破壞性地震下的工業(yè)廠房震害情況的調(diào)查與分析。

2022年9月5日,四川甘孜州瀘定縣發(fā)生6.8級地震,課題組在震后第一時(shí)間前往災(zāi)區(qū),前后歷時(shí)半個(gè)多月,對多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的工業(yè)廠房震害進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查與隨機(jī)抽查,獲得了較為詳實(shí)的寶貴震害資料,整理分析了位于不同區(qū)域的13個(gè)工廠、20棟建筑震害情況。一方面,與唐山大地震、汶川大地震等地震中的工業(yè)廠房震害相比,此次地震具有自身鮮明的特征,其影響區(qū)域主要集中于四川地形起伏較大的群山之間,工業(yè)設(shè)施分布于各處有限的狹長平坦區(qū)域,在廠房的建造、維護(hù)與修復(fù)上難度較大,且此次地震引發(fā)了大量的地質(zhì)次生災(zāi)害,工業(yè)廠房及生產(chǎn)設(shè)備同時(shí)遭受地震直接災(zāi)害與次生災(zāi)害作用,為調(diào)查、救援與恢復(fù)帶來挑戰(zhàn);另一方面,類似2013年蘆山地震等以往震害,工業(yè)廠房建筑出現(xiàn)了一系列典型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞,尚需對這類震害進(jìn)行進(jìn)一步關(guān)注與重視。因此,文中從抗震韌性的視角,按照地震直接災(zāi)害和次生災(zāi)害2個(gè)方面,對工業(yè)廠房的震害特征和破壞原因進(jìn)行整理與分析,并對2個(gè)典型震害案例進(jìn)行詳細(xì)說明,為工業(yè)廠房抗震防災(zāi)提供參考。

1 震害調(diào)查概述

本次地震震源深度16 km,最高烈度為Ⅸ度,造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,部分工業(yè)廠房和基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重受損,道路、通信、供水供電等生命線多處中斷,誘發(fā)大量嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害[14]。

課題組對瀘定縣、石棉縣、道孚縣區(qū)域內(nèi)位于不同評估烈度的多種結(jié)構(gòu)類型的工業(yè)廠房進(jìn)行了調(diào)查,共涉及13個(gè)工廠中的20棟建筑,包括位于IX度的2棟,VIII度的5棟,VII度的9棟,VI度的4棟。工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)類型包括框架結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和排架結(jié)構(gòu),建筑建成時(shí)間跨度為1987—2015年,如圖1和表1所示。表1中給出的遭遇烈度是指本次地震建筑所在區(qū)域?qū)?yīng)的評估烈度值,用羅馬數(shù)字表示。

表1 工業(yè)廠房調(diào)查清單Table 1 List of investigated plants

續(xù)表

圖1 調(diào)查對象Fig. 1 Investigated objects

2 典型震害分析

2.1 直接災(zāi)害

工業(yè)廠房一般由建筑主體結(jié)構(gòu)(即結(jié)構(gòu)構(gòu)件)、建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、地基、附屬結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)設(shè)備等組成。在此次地震直接災(zāi)害中,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞較輕,存在縱墻開裂的情況;非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞相對嚴(yán)重,主要表現(xiàn)為多種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞和吊頂?shù)拿撀?地基的震害主要表現(xiàn)為在高烈度區(qū)發(fā)生了不均勻沉降;附屬結(jié)構(gòu)的震害主要表現(xiàn)為圍墻和構(gòu)筑物破壞;生產(chǎn)設(shè)備的震害主要表現(xiàn)為設(shè)備傾倒和故障。

2.1.1 建筑主體結(jié)構(gòu)

工業(yè)廠房經(jīng)過一定抗震設(shè)計(jì),且部分生命線工程的工業(yè)廠房的抗震設(shè)防分類屬于重點(diǎn)設(shè)防類,抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較高,所以工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)部分遭受的直接震害較輕。例如,石棉縣美羅鄉(xiāng)某變電站砌體結(jié)構(gòu)主控樓縱墻的窗洞角處出現(xiàn)了輕微裂縫,如圖2所示;而石棉縣回隆鄉(xiāng)某化工廠房輕鋼主體結(jié)構(gòu)基本未受損傷,且生產(chǎn)功能未發(fā)生中斷,如圖3所示。需要指出的是,主體結(jié)構(gòu)具備良好的抗震能力是工業(yè)廠房維持其生產(chǎn)功能的必要條件,但不是充分條件。

圖2 主控樓縱墻窗洞角輕微裂縫(石棉縣美羅鄉(xiāng),Ⅶ度) 圖3 主體結(jié)構(gòu)基本完好(石棉縣回隆鄉(xiāng),Ⅵ度)

2.1.2 建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件

工業(yè)廠房的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括廠房的砌體圍護(hù)結(jié)構(gòu)、壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)等,以及工業(yè)配套建筑(辦公樓、宿舍、食堂等)的門窗、吊頂和墻體等,這類部件的具體震害情況如下:

1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞

工業(yè)廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般為自承重結(jié)構(gòu),缺乏足夠的抗震措施[15],在此次瀘定地震中破壞較為嚴(yán)重。例如,石棉縣草科鄉(xiāng)某水電站RC排架結(jié)構(gòu)廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在地震作用下出現(xiàn)裂縫,如圖4(a)所示。橫墻上部水平裂縫的主要原因是橫墻與柱和屋架之間缺少可靠的拉結(jié),且門、窗洞以上墻體的高寬比較小。同時(shí),由于門窗洞角處存在應(yīng)力集中,洞角處沿著45°發(fā)展出較寬的斜裂縫。瀘定縣冷磧鎮(zhèn)某水泥廠石砌體結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面抹灰層剝落,如圖4(b)所示。該廠房于1987年修建,距今已有30多年,其抹灰層底部長期在雨水侵蝕等外界環(huán)境作用下與基層墻體之間的黏結(jié)變?nèi)?在地震作用下抹灰面層大片剝落。瀘定縣冷磧鎮(zhèn)某輕鋼結(jié)構(gòu)水泥廠的壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生破壞,如圖4(c)所示。輕鋼結(jié)構(gòu)廠房在瀘定地區(qū)較為常見,結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件較少發(fā)生破壞,但存在壓型鋼板在地震作用下發(fā)生屈曲變形。石棉縣草科鄉(xiāng)某變電站涵洞的入口處發(fā)生了瓷磚的掉落,如圖4(d)所示,由于瓷磚與建筑主體之間黏結(jié)力有限,地震作用下瓷磚與建筑主體之間產(chǎn)生的分離或錯(cuò)動(dòng)作用超過其黏結(jié)強(qiáng)度而發(fā)生脫落。

圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞Fig. 4 Damage of envelop structure

瀘定地震中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞較為常見,雖對主體結(jié)構(gòu)影響不大,但存在較大的安全隱患。此外,相較于砌體圍護(hù)結(jié)構(gòu),壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)適用性較高,震后的維修與加固更為便捷。因此,在滿足生產(chǎn)功能需求的前提下,可優(yōu)先選用壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2)吊頂脫落

此次地震中,部分建筑的吊頂發(fā)生了脫落,例如瀘定縣冷磧鎮(zhèn)某酒廠倉庫和石棉縣美羅鄉(xiāng)某變電站主控樓均出現(xiàn)了吊頂脫落的現(xiàn)象,如圖5所示。吊頂?shù)拿撀錂C(jī)理較為復(fù)雜,在歷次地震中均發(fā)現(xiàn)吊頂脫落的震害,本次地震中吊頂脫落主要表現(xiàn)為在地震作用下墻體和吊頂運(yùn)動(dòng)不一致,導(dǎo)致兩者發(fā)生擠壓碰撞,緊挨墻體的龍骨架發(fā)生屈曲或斷開,造成離墻體較近的吊頂從骨架中脫落。

圖5 吊頂脫落(瀘定縣冷磧鎮(zhèn),Ⅶ度)Fig. 5 Dropped ceiling (Lengqi Township, Luding County, Intensity seven)

2.1.3 地基

地基抗震能力對工業(yè)廠房的地震安全至關(guān)重要。地基的破壞,不僅會(huì)對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全造成影響,還會(huì)影響上部生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。此次地震中,地基震害主要表現(xiàn)為不均勻沉降引起地面開裂。瀘定縣某污水處理廠地基發(fā)生不均勻沉降,造成生產(chǎn)區(qū)與非生產(chǎn)區(qū)之間產(chǎn)生裂縫,如圖6(a)所示。廠區(qū)位于瀘定縣磨西鎮(zhèn),遭遇烈度為Ⅸ度,遭遇烈度過大,地基產(chǎn)生不均勻沉降;生產(chǎn)區(qū)與非生產(chǎn)區(qū)存在剛度差,2個(gè)區(qū)域在地震作用下的加速度和位移反應(yīng)不一致,導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。污水處理廠廠區(qū)內(nèi)的一處井蓋四周均發(fā)生了裂縫的開展,如圖6(b)所示,該現(xiàn)象主要是由地基不均勻沉降和洞口應(yīng)力集中造成。

圖6 地基沉降引起地面開裂(瀘定縣磨西鎮(zhèn),Ⅸ度)Fig. 6 Cracking of the ground due to uneven settlement of foundation (Moxi Township, Luding County, Intensity nine)

2.1.4 附屬結(jié)構(gòu)

工業(yè)廠房出于對生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境的保護(hù)和方便管理的需要,一般都設(shè)有圍墻、垃圾房等附屬結(jié)構(gòu)。對于不同生產(chǎn)需求的工業(yè)廠房,還建造有特定的配套構(gòu)筑物,如氧化池、水塔和煙囪等。在此次瀘定地震中,出現(xiàn)了圍墻整體倒塌、氧化池泄露的情況。例如,瀘定縣某污水處理廠外圍磚墻發(fā)生整體倒塌,如圖7所示。磚砌圍墻在地震作用下容易發(fā)生面外倒塌,威脅人員與財(cái)產(chǎn)安全。瀘定縣某污水處理廠的氧化池池壁開裂,發(fā)生了滲漏,如圖8所示,這主要是由于地震導(dǎo)致地基發(fā)生不均勻沉降,進(jìn)而造成池壁開裂。化學(xué)品的泄漏不僅造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)可能污染周邊環(huán)境或引發(fā)次生火災(zāi)。

圖7 圍墻整體倒塌(瀘定縣磨西鎮(zhèn),Ⅸ度) 圖8 氧化池滲漏(瀘定縣磨西鎮(zhèn),Ⅸ度)

2.1.5 生產(chǎn)設(shè)備

在地震中生產(chǎn)設(shè)備的損壞,不僅會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)影響震后生產(chǎn)功能的恢復(fù)。在此次瀘定地震中,生產(chǎn)設(shè)備的震害主要有水質(zhì)檢測儀設(shè)備傾倒、污泥壓縮設(shè)備故障等。例如,瀘定縣某污水處理廠的水質(zhì)檢測儀發(fā)生傾倒,如圖9所示。這是由于檢測儀與周圍構(gòu)件缺乏可靠的連接措施,且自身強(qiáng)度不足,在地震作用下容易發(fā)生滑移、傾倒。瀘定縣某污水處理廠的污泥壓縮無明顯外觀損壞,但無法正常運(yùn)行,如圖10所示。其主要原因?yàn)榈卣鹪斐稍O(shè)備劇烈振動(dòng),導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部受損,發(fā)生故障。

圖9 水質(zhì)檢測儀設(shè)備傾倒(瀘定縣磨西鎮(zhèn),Ⅸ度) 圖10 污泥壓縮設(shè)備故障(瀘定縣磨西鎮(zhèn),Ⅸ度)

2.2 次生災(zāi)害

自2008年汶川8.0級地震以來,瀘定地區(qū)經(jīng)受多次周邊地震活動(dòng)的影響[16-17],山體本趨破碎,加之此次瀘定地震的震級較高,引發(fā)了多處山體崩塌和巖體碎裂,形成落石、滑坡等次生災(zāi)害,造成了工業(yè)廠房的主體結(jié)構(gòu)鋼支柱的彎曲變形、倒塌等破壞,圍護(hù)結(jié)構(gòu)撞穿、屈曲等破壞,并導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備完全毀壞和圍墻局部破壞等震害。

2.2.1 建筑主體結(jié)構(gòu)

此次地震造成原本松動(dòng)的山體巖石進(jìn)一步松動(dòng)并脫離巖體,大量巖石在重力作用下從陡崖跌落或沿著斜坡滾落至低洼處,沖擊低處臨山工業(yè)廠房。落石若對結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成破壞,其后果一般較為嚴(yán)重,不僅會(huì)造成鋼支柱的彎曲、倒塌,質(zhì)量較大的巨石還可能造成建筑整體的傾倒。例如,瀘定縣得妥鎮(zhèn)的某鋼結(jié)構(gòu)廠房的鋼支柱被落石撞擊,發(fā)生屈曲變形,如圖11(a)所示。瀘定縣得妥鎮(zhèn)某鋼結(jié)構(gòu)廠房落石擊中,鋼支柱倒塌,廠房一角基本毀壞,如圖11(b)所示。瀘定縣得妥鎮(zhèn)某鋼結(jié)構(gòu)廠房外的砌體結(jié)構(gòu)休息室被巨石撞擊,其一側(cè)墻體完全倒塌,如圖11(c)所示。

歷經(jīng)多次地震,瀘定地區(qū)地表的變形和裂縫有所增加,形成了一些具有大量松散土層、碎石土的斜坡,其抗剪強(qiáng)度較低,在地震作用下斜坡土體內(nèi)部所承受的剪應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度,土體發(fā)生變形,誘發(fā)山體滑坡[18],對坡底建筑造成威脅。石棉縣王崗坪鄉(xiāng)電站房背后山體發(fā)生大面積滑坡,導(dǎo)致電站房主體結(jié)構(gòu)被部分掩埋,如圖11(d)所示。

圖11 主體結(jié)構(gòu)破壞Fig. 1 Damage of main structure

2.2.2 建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件

在此次瀘定地震中,次生災(zāi)害對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞主要表現(xiàn)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)遭受落石撞擊。例如,石棉縣草科鄉(xiāng)某水電站RC排架結(jié)構(gòu)廠房被巨石沖擊,其窗洞附近砌體結(jié)構(gòu)圍護(hù)墻體被撞穿,如圖12所示。瀘定縣得妥鎮(zhèn)某鋼結(jié)構(gòu)廠房壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)被落石擊中,其壓型鋼板變形、脫落,如圖13所示。

圖12 砌體結(jié)構(gòu)圍護(hù)墻體撞穿(石棉縣草科鄉(xiāng),Ⅷ度) 圖13 壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞(石棉縣草科鄉(xiāng),Ⅷ度)

2.2.3 附屬結(jié)構(gòu)

此次地震中次生災(zāi)害對附屬結(jié)構(gòu)的破壞主要表現(xiàn)為圍墻遭受落石撞擊。圍墻可保護(hù)廠區(qū)免受較小落石的侵襲,保護(hù)廠區(qū)安全,但無法應(yīng)對巨石的撞擊,容易出現(xiàn)局部破壞。例如,石棉縣草科鄉(xiāng)某水電站的圍墻被從一側(cè)山體上滾落的巨石撞擊,造成磚圍墻在撞擊部位發(fā)生局部破壞,如圖14所示。

圖14 圍墻局部破壞 圖15 電力設(shè)備毀壞 圖16 管道設(shè)備破壞

次生災(zāi)害對道路、通信、能源等設(shè)施設(shè)備的破壞會(huì)進(jìn)一步加重災(zāi)情,增大救援難度。因此,對于廠址的選擇應(yīng)盡量避開地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn),并對重要生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)采取一定的抗震防災(zāi)措施。

2.2.4 生產(chǎn)設(shè)備

此次地震中次生災(zāi)害對生產(chǎn)設(shè)備的破壞主要表現(xiàn)為落石造成廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的毀壞,以及滑坡造成沿路管道設(shè)備的破壞。例如,石棉縣豐樂鄉(xiāng)某電站站房內(nèi)部的電力設(shè)備被落石砸中,設(shè)備完全毀壞,如圖15所示。石棉縣豐樂鄉(xiāng)太平電站管道前方發(fā)生了大面積的滑坡,沿路的管道設(shè)備被擠壓變形,如圖16所示。地震作用下山區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),而電力設(shè)備及給排水管道的鋪設(shè)難以避開地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。因此,在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下,需要對重要的生命線工程設(shè)備采取一些防災(zāi)措施,例如,升高廠區(qū)內(nèi)設(shè)備的安放位置、設(shè)立簡易支擋結(jié)構(gòu)等。

3 典型震害案例

3.1 石棉500 kV變電站

在此次地震中,石棉縣美羅鄉(xiāng)的石棉500 kV變電站的遭遇烈度為Ⅶ度,遭遇烈度并不高,但生產(chǎn)設(shè)備震害較為嚴(yán)重,產(chǎn)生的影響較大。地震作用下變電站內(nèi)設(shè)備劇烈搖晃,位于35 kV場地中的3#主變場地的A相、B相和C相的3個(gè)主變壓器主體結(jié)構(gòu)全部遭到損壞,如圖17所示。石棉500 kV變電站承擔(dān)將石棉地區(qū)的水電外送至成都平原的重任,若不能及時(shí)恢復(fù)運(yùn)行,不僅會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)對社會(huì)用電需求上產(chǎn)生巨大影響。然而,主變壓器的維修工作復(fù)雜,單臺(tái)主變壓器從其他地區(qū)運(yùn)輸設(shè)備到整體維修完成投入使用以往需要約20 d。此次地震后,經(jīng)多個(gè)單位通力合作,于9月20日完成第1臺(tái)主變壓器的維修,歷時(shí)14 d。3臺(tái)變壓器于9月29日全部恢復(fù)運(yùn)行,前后歷時(shí)共計(jì)23 d。

圖17 變電站平面布局(石棉縣美羅鄉(xiāng),Ⅶ度)Fig. 17 Plan layout of transformer stations (Meiluo Town, Shimian County, Intensity seven)

為方便輸送電力,變電站通常位于視野寬闊的山頂,造成結(jié)構(gòu)、設(shè)備的地震效應(yīng)被放大。變電站主變壓器的上部套管結(jié)構(gòu)在地震作用下受損,套管的法蘭盤連接處產(chǎn)生了不同程度的裂痕,引起主變壓器內(nèi)部絕緣油發(fā)生滲漏,造成變壓器內(nèi)部的絕緣程度降低,高壓條件下可能產(chǎn)生火花,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起爆燃,存在巨大安全隱患,如圖18所示。

圖18 套管連接處損壞(石棉縣美羅鄉(xiāng),Ⅶ度)Fig. 18 Damaged casing connection(Meiluo Town, Shimian County, Intensity seven)

變電站的部分砌體結(jié)構(gòu)建筑也出現(xiàn)了一些震害。例如,變電站主控樓中主控室和資料室的吊頂發(fā)生了脫落,如圖19所示。

圖19 主控樓吊頂脫落(石棉縣美羅鄉(xiāng),Ⅶ度)Fig. 19 Suspended ceiling of the main control building falls off (Meiluo Town, Shimian County, Intensity seven)

從石棉縣500 kV變電站的震害特征和震后修復(fù)過程可知,盡管有關(guān)單位在震后第一時(shí)間做出了應(yīng)急反應(yīng),但對于大型生產(chǎn)設(shè)備的維修,通常存在3個(gè)方面的限制:1)設(shè)備大多無法本地生產(chǎn),需要從外地運(yùn)輸;2)次生災(zāi)害對于道路的破壞會(huì)阻礙維修的進(jìn)程;3)大型設(shè)備的維修通常需要花費(fèi)大量時(shí)間。因此,針對重要、大型和生命線工程的生產(chǎn)設(shè)備,有必要采取抗震、減震和隔震措施,增強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備抗震性能,減少生產(chǎn)設(shè)備的震害,以降低經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響,提升變電站的抗震韌性。

3.2 瀘定縣磊鑫混凝土廠

在此次地震中,瀘定縣得妥鎮(zhèn)磊鑫混凝土廠的多個(gè)生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生損壞,經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。磊鑫混凝土廠為單層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房,內(nèi)部設(shè)有多條混凝土生產(chǎn)線。生產(chǎn)設(shè)備布局緊湊,設(shè)備之間空間較小,儲(chǔ)料筒等設(shè)備的結(jié)構(gòu)細(xì)長,重心高懸,如圖20所示。

圖20 廠房內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)備(瀘定縣得妥鎮(zhèn),IX度)Fig. 20 Production equipment inside the plant (Detuo Town, Luding County, Intensity nine)

磊鑫混凝土有限公司廠房內(nèi)部設(shè)置4個(gè)儲(chǔ)料筒。儲(chǔ)料筒采用3根鋼支柱作為主要的豎向支撐構(gòu)件,承托上部大型儲(chǔ)料筒體。整體結(jié)構(gòu)細(xì)長,且中上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量占比大,重心較高,雖在鋼支柱之間布置了斜向支撐,增加了其整體剛度,但結(jié)構(gòu)整體較柔,地震中容易產(chǎn)生較大側(cè)移與二階效應(yīng),4個(gè)儲(chǔ)料桶中的2個(gè)還是在地震作用下完全倒塌,如圖21(a)所示。其余2個(gè)未倒塌的儲(chǔ)料桶的鋼立柱發(fā)生了輕微的彎曲,廠商在震后采用拉索拉結(jié)對鋼立柱的側(cè)向穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng),如圖21(b)所示。儲(chǔ)料桶部分斜撐構(gòu)件發(fā)生了局部屈曲,如圖21(c)所示。由于設(shè)備之間間距較小,倒塌的儲(chǔ)料筒致使筒體下方的2號(hào)生產(chǎn)線運(yùn)料通道被完全擠壓變形,如圖21(d)所示。

圖21 生產(chǎn)設(shè)備破壞(瀘定縣得妥鎮(zhèn),IX度)Fig. 21 Destruction of production equipments (Detuo Township, Luding County, Intensity nine)

根據(jù)商品混凝土站的震害特征可知,工業(yè)廠房內(nèi)部布局緊湊,各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備之間間距較小,設(shè)備之間容易發(fā)生連帶破壞;重心高懸的生產(chǎn)設(shè)備對于抗震是不利的,而工業(yè)設(shè)備的斜向支撐多是出于對設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)控制考慮,較少考慮其增強(qiáng)設(shè)備的抗震性能。此外,此次地震中雖然未發(fā)生危化品事故,但仍應(yīng)警醒設(shè)備破壞可能造成可燃物、危化品的泄露,產(chǎn)生化工次生災(zāi)害。因此,建議基于性能和后果的設(shè)計(jì)方法對設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì),對于價(jià)格較低或后果影響不嚴(yán)重的設(shè)備可不加強(qiáng)設(shè)計(jì),而對于價(jià)格昂貴或破壞后后果嚴(yán)重的設(shè)備可采用減隔震手段進(jìn)行設(shè)計(jì),必要時(shí)可采取懸掛設(shè)計(jì)。同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)對震后生產(chǎn)設(shè)備的隱患排查,避免次生災(zāi)害的發(fā)生。

4 結(jié)論與建議

主要結(jié)論與建議如下:

1)關(guān)于老舊工業(yè)廠房的主體結(jié)構(gòu)震害。此次地震對部分建造年代久遠(yuǎn)的工業(yè)廠房造成了較重的破壞。建議在政策的引導(dǎo)和幫扶下,對震區(qū)重要老舊工業(yè)廠房進(jìn)行抗震鑒定。對于不滿足抗震要求的重要建筑,應(yīng)進(jìn)行抗震加固,或采用減震、隔震的加固措施,以提升其抵御未來破壞性地震的能力。

2)關(guān)于工業(yè)廠房的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件震害。此次地震中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件震害主要有圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞和吊頂脫落等,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件震害比結(jié)構(gòu)構(gòu)件嚴(yán)重很多。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞雖然對建筑主體結(jié)構(gòu)安全影響較小,但會(huì)對人員、財(cái)產(chǎn)安全造成威脅,對工作人員心理上造成恐慌,并可阻礙正常生產(chǎn)任務(wù)的進(jìn)行。由于目前尚缺乏工業(yè)建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),建議加強(qiáng)工業(yè)廠房非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)研究,并注重施工的規(guī)范,有效地減少地震財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。

3)關(guān)于生產(chǎn)設(shè)備的震害。此次地震造成部分生產(chǎn)設(shè)備的損壞,導(dǎo)致生產(chǎn)中斷和能源、給水等生命線系統(tǒng)功能失常,增加了危化品次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。建議對地震破壞后影響嚴(yán)重的工業(yè)廠房,從區(qū)域與產(chǎn)業(yè)鏈安全與可持續(xù)發(fā)展角度,建立工業(yè)廠房的重要生產(chǎn)設(shè)備基于性能、后果的設(shè)計(jì)方法,抗震設(shè)計(jì)中可采取合理布置支撐構(gòu)件、阻尼器和橡膠隔震支座等措施,以減輕生產(chǎn)設(shè)備的震害,提高城鄉(xiāng)抗震韌性水平。

4)關(guān)于山區(qū)廠房地震次生災(zāi)害。此次地震引發(fā)了落石、滑坡等多種次生災(zāi)害,不僅對工業(yè)廠房、附屬結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備造成了嚴(yán)重破壞,還阻斷道路,對工業(yè)震后的恢復(fù)生產(chǎn)造成影響。因此,針對地震危險(xiǎn)性較高的多山區(qū)域,建議加強(qiáng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查和重點(diǎn)隱患排查,合理規(guī)劃交通,加強(qiáng)山地次生災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)防。新建工業(yè)廠房的選址應(yīng)充分考慮復(fù)雜場地的影響,盡量避免地震地質(zhì)次生災(zāi)害。既有工業(yè)廠房可采取增設(shè)格構(gòu)梁、防護(hù)網(wǎng)等邊坡防治措施,降低震后次生災(zāi)害的影響。

致謝：感謝中國應(yīng)急管理部、四川省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、四川省應(yīng)急廳、四川省減災(zāi)委專家委員會(huì)、四川省地震局、甘孜州應(yīng)急管理局、瀘定縣住建局、瀘定縣應(yīng)急管理局、石棉縣住建局、石棉縣應(yīng)急管理局等單位和同志提供的幫助和部分資料,感謝在本次震害調(diào)查過程中給予支持的各個(gè)工廠。