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基于汶川地震房屋建筑破壞特征的幾點啟示

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]

    摘 要: 隨同《中外建筑》雜志記者對四川地震房屋建筑的破壞情況進行考察，對考察中所發(fā)現的城鎮(zhèn)房屋選址、框架結構的破壞特征、砌體結構在地震中的表現以及農村民居的嚴重破壞狀況等幾個問題進行歸納和總結。
    　　關鍵詞: 汶川地震；山體滑坡；城鎮(zhèn)房屋選址；房屋破壞；農村民居
    　　
    　　1前言
    　　
    　　7月16日至23日，我們隨同《中外建筑》雜志編輯部的記者對四川汶川地震災區(qū)的北川縣城、漢旺鎮(zhèn)和都江堰等震害現場進行考察。帶著我們出發(fā)前“走進四川：地震對規(guī)劃與建筑設計的拷問和啟示”的考察目的，第一站我們來到北川，站在北川縣城入口的高山上俯視地震后的城區(qū)時，令人震撼。城區(qū)四周山體大面積滑坡，房屋已是殘檐斷壁，有些甚至已經被破壞成一堆廢墟，滿目傷痕。爾后我們又分別到了漢旺鎮(zhèn)、都江堰等房屋破壞的重災區(qū)。每當我們站在已坍塌房屋的廢墟上仔細考察那些未徹底倒塌的房屋時，都會自然的發(fā)問：在同一震級、同一場區(qū)范圍內，為什么有些房屋粉碎性破壞倒塌，而有些房屋沒有倒塌，甚至只是局部損壞而結構完整無損呢？如果震區(qū)所有房屋都能像后者那樣，人員就能逃生和施救，死傷人數就可能大大降低，經濟損失有可能大為減少。大家知道，5.12四川汶川大地震中近7萬人死亡、1萬多人失蹤、500多萬間房屋倒塌，2000多萬間房屋損壞，巨大的生命財產損失已無法挽回，但是它給我們留下了許多慘痛的教訓，前車之鑒，是值得我們認真反思的。我們作為從事建筑設計工作的工程技術人員，自考察返回后，將考察中的幾點體會進行了歸納總結，愿和同行商榷。
    　　
    　　2地震引發(fā)的山體滑坡對城鎮(zhèn)房屋建設選址的啟示
    　　
    　　在北川縣城我們拍攝了幾個典型滑坡破壞照片，圖1為北川縣城北山坡巨大滑坡的場景，在這一巨大滑坡下，現在還掩埋著一個機關、一個幼兒園和一所小學。圖2為北川縣城南山坡滑坡的場景，該滑坡下也掩埋了一所中學。圖3為山體崩塌滾下的巨石將房屋框架柱砸斷的場景。



    這三組照片僅是汶川地震產生的次生災害的一個縮影。同樣的悲劇不止這些，在新聞媒體上我們都能清楚的看到在這次汶川大地震中，由于地震引發(fā)的山體大滑坡阻擋了人們搶險救災的道路、掩埋了村莊、形成了像唐家山那樣巨大的堰塞湖。
    　　隨著我國經濟的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們忙于建造各種功能的建筑，以滿足生活和生產的需要，建設規(guī)模之大，真可謂前所未有。在這場巨大的造城運動中，我們是否還缺少了一點公共災害預防的意識？特別是對地震以及地震可能引發(fā)的次生災害往往缺乏深入的評價和研究。地震是一種人類無法控制的自然災害，它所釋放的能量之巨大，可以推毀房屋，可以引起山崩地裂，人類只有去預防它，才能減輕災害對人類造成的巨大破壞。城鎮(zhèn)房屋的選址是抗震防災中最重要的組成部分，一個建筑物或構筑物，即使做得再牢固地震波無法推垮它，但是地震引發(fā)的次生災害，如山體滑坡、泥石流、地陷、沙土液化等，可以使堅固的建筑物或構筑物被整體掩埋或沉陷。因此，在城鎮(zhèn)建設中，做好用地評價工作，綜合考慮地形、地質、氣象、危險源場所、防洪、抗震、防風等安全因素，使居住用地、公共設施用地、工業(yè)用地等主要功能區(qū)盡量避開災害源和生態(tài)敏感地帶，選擇災后泥石流、滑坡等次生災害發(fā)生系數比較小的地方，既達到因地制宜、又好又快的推進城鎮(zhèn)建設，又達到防震減災、確保人民生命財產安全的目標。
    　　
    　　3鋼筋混凝土框架房屋破壞特征的拷問
    　　
    　　在汶川地震中，被人們認為抗震性能優(yōu)于砌體結構的鋼筋混凝土框架房屋同樣受到了不同程度的破壞。在北川縣城、漢旺鎮(zhèn)、都江堰等地震災區(qū)我們拍攝了大量框架結構房屋破壞的照片，如圖4~10。其中圖4為災區(qū)普遍而且典型的底層框架柱破壞形態(tài)，圖5~8為下部框架柱脆性破壞后房屋下座坍塌或者傾斜坍塌，圖9為頂層框架柱破壞。

    從這些照片中，我們可以看到，框架柱節(jié)點破壞嚴重，且均為剪切破壞，導致了有些房屋完全坍塌，成為一片廢墟；有些房屋底層坍塌，上部樓層完整無損的坐落或者傾斜；有些房屋損壞嚴重但未倒塌；也有些房屋只是局部裂縫，結構完整無損。造成這些房屋不同破壞的原因是多方面的，有設計、施工和材料等多方面因素，我們無法對每一個已破壞的或未破壞的建筑進行科學的檢測和論證，也沒有權利亂加評價。但從現場觀察到的現象，我們可以歸納為下列四種情況：
    　?。?）框架柱斷面遠小于梁斷面尺寸，如圖4、6、9，有些框架柱節(jié)點又表露出鋼箍直徑小，間距大，且大多是單肢箍，節(jié)點薄弱。柱是框架的豎向構件，地震時柱破壞和喪失承載力比梁破壞和喪失承載力更容易引起框架倒塌。柱節(jié)點的箍筋對混凝土沒有形成約束，也不能防止縱向鋼筋壓屈，必然造成框架柱節(jié)點脆性破壞。
    　?。?）房屋下部為大開間框架，而上部框架中采用較多的填充墻，此類填充墻為240粘土磚眠墻砌筑，磚和砂漿強度較高，與梁柱連接良好。地震過程中框架上部由于此填充墻的存在，使得上部自重大、剛度大，下部框架成為薄弱層，在未對下部框架柱進行加強處理時，該體系就形成了近似于框支剪力墻結構，框架底層柱承受較大地震水平剪力，柱端節(jié)點首先脆性破壞，導致整體房屋下部坍塌坐落，如圖5、7。
    　?。?）無獨有偶，同一結構單元中一邊為大開間框架結構，一邊在框架中使用較多的此類填充墻，致使結構形成近似于剛心偏移的框架剪力墻的受力特點，地震作用對房屋產生較大扭轉的效應，導致框架柱嚴重受損破壞，使房屋傾斜坍塌。如圖8，該房屋原為7層辦公樓，傾斜坍塌下坐至2層。
    　　然而，我們也發(fā)現了不少框架結構房屋，由于框架中采用如前所述的240厚的填充墻，且填充墻做到了上下對齊，布置均勻，震后雖然該填充墻上出現X型裂縫，墻體破壞嚴重，如圖10，而主體結構未遭損壞，房屋未坍塌且表現良好。表明此類填充墻在該結構體系中起到了第二道抗震防線的作用，經受住了這次罕遇地震的作用的考驗。這一現象及上述兩種填充墻在框架中的影響，值得我們重新研究框架填充墻在抗震中的效能，對抗震結構的設計也有一定的啟示。
    　　（4）樓梯間破壞十分嚴重，主要表現歇臺板與樓層錯層，樓板又為斜向桿件，引發(fā)了底層樓梯板拉裂，甚至完全拉斷，樓梯梁、柱節(jié)點因歇臺梁的作用形成短柱破壞，這些破壞必然導致在地震過程中加劇人員的傷亡。
    　　上述幾種框架結構在地震中的表現，我們不難發(fā)現，延性框架是結構抗震設計的關鍵，延性框架的抗震設計概念主要包括“強柱弱梁，強剪弱彎，強大節(jié)點”。同時有必要對多層框架結構中填充墻的用材、構造、布置和受力特征進行分析，重新判斷和認識框架填充墻的作用。樓梯是人們生活和生命的通道，也應引起高度重視。
    　　
    　　4砌體結構在此次地震中的表現
    　　當人們在震區(qū)看到倒塌的砌體結構房屋的時候，一般都認為砌體結構房屋抗震性能最差，這種看法值得商榷。就其材料性能而言，確實有它的劣勢，但是多層房屋并非砌體結構就不能抗震。在此次地震災區(qū)完全垮塌的房屋中，砌體結構占了絕大多數，但是未倒塌且在地震作用下表現優(yōu)秀的砌體結構房屋也不在少數，如北川縣城、漢旺鎮(zhèn)內不少五、六層的砌體結構房屋并未坍塌，有些表現良好，只是不同程度地出現了一些裂縫，圖11、12。如北川縣城內一棟60年代修建的老建設局辦公樓，共4層，震后墻面竟未發(fā)現裂縫；漢旺鎮(zhèn)近幾年修建的一個6層樓家屬住宅區(qū)，震后無一棟出現嚴重破壞。
    為什么同樣是砌體結構房屋，差別會有這么大呢？考察中發(fā)現，凡是嚴格按照我國現行“抗震設計規(guī)范”設計、施工保證質量的砌體結構房屋，就能經受住本次罕遇地震的考驗。在那些倒塌的砌體結構房屋的廢墟中，我們不難發(fā)現，砼空心砌塊、粘土磚強度明顯偏低；砌筑砂漿大都是石灰砂漿，強度幾乎為零；混凝土構件均為預制構件（砼預制空心板，預制梁）；缺少抗震設計構件，如圈梁和構造柱?？上胂?，此類砌體結構整體剛度極差，在地震作用下必然造成粉碎性破壞。




    從那些受到嚴重破壞但未倒塌的砌體結構房屋中我們發(fā)現如下值得關注的問題：
    　?。?）平面不規(guī)則，凹凸明顯，形成薄弱連接，整體剛度極差。如圖13，結構單元與單元之間用樓梯連接，地震中這種局部薄弱連接徹底垮塌；又如圖14，15，16，平面凹凸處采用預制樓板，且未做剛性加強層，在地震作用時，房屋扭轉變形，預制樓板從墻體中被整體拔出，造成房屋嚴重破壞，特別是樓梯間的破壞，造成了巨大的人員傷亡。
    　?。?）豎向剛度變化過大，引發(fā)過大的應力集中和塑性變形集中。如圖17，漢旺鎮(zhèn)某建筑屋頂造型在地震中鞭梢破壞；又如圖18，綿陽城建檔案館，為7層磚混結構，地震過程在第5層豎向剛度變化處產生墻體破壞。


    　5農村民居損毀十分嚴重，值得高度關注
    　　
    　　在此次地震中，大量農村房屋損毀，造成了巨大的生命財產損失。此次考察過程中，我們有幸接觸到了這些損毀的民居，通過和災民交談，了解到這些房屋雖然修建于不同年代，但均為自建自住，沒有設計圖紙，沒有正規(guī)單位施工。絕大多數已垮塌的一、二層房屋采用的材料幾乎都是砼空心砌塊或者粘土磚，墻厚以180、120為主，絕大部分為石灰砂漿，少數為泥漿，砂漿強度低，用手一捻就碎。樓面為砼預制板，屋面為木檁條冷攤瓦，無圈梁、構造柱等抗震構件。這種抗震性能極差的房屋在地震中粉碎性垮塌，如圖19，20。有部分質量稍好的房屋，雖然未倒塌，但是冷攤瓦整體滑落，如圖21。
    　　在這次8級大地震中，我們仍然能可以看到不少破損很輕的農村民居，如圖22是都江堰的一棟2層樓的民居，地震后未倒塌，僅墻體出現局部裂縫，稍加修整后仍可使用。深入了解發(fā)現，這類房屋采用的是240粘土磚墻砌筑，現澆混凝土樓面板，每層設置有圈梁，四周布置了混凝土構造柱，房屋平面規(guī)則，開間最大的為4.5m以下。這些例子很好的證明了，對于一、二層的農村民居如果保證材料、施工質量，并按抗震措施進行設計和施工，就能經受住地震的考驗。該類房屋雖然一次性投資增加了一些（據估算，增加抗震措施僅占房屋建設費用的10％左右），但是在自然災害面前卻可以獲得巨大的生命財產價值。


    汶川地震給農村民居造成的破壞是廣泛而嚴重的，他們的房屋基本處于無監(jiān)管狀態(tài)，質量之差，抗震意識之缺乏是值得我們深思的。我想呼吁我們的政府部門、工程技術人員關愛他們的生命，讓我國改革開放的成果和科技成果的陽光都能普照8億農民，共同建設美好的社會主義新農村。
    　　
    　　6結束語
    　　
    　　此次考察結束了，但地震災區(qū)一個個滿目傷痕的場景使我們難以平靜。在這里我們呼吁所有從事建筑工程建設的工程技術人員謹記：尊重生命、尊重科學，讓我們共同把“關愛生命”作為神圣的社會職責，用我們所掌握的專業(yè)知識為確保人民生命財產安全而努力，給后人留下更多的成功見證的示范建筑。
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