汶川地震中綿陽市區和北川縣城房屋震害特征

徐政輝 劉丕金

(1.龍口市住房和規劃建設管理局，山東 龍口 265701;2.龍口市建筑工程質量監督站，山東 龍口 265701)

1 概述

2008年5月12日的汶川大地震，震源深度距地表10 km～20 km，震級為里氏8.0級，震中位于四川省汶川縣，震中最大烈度為11度，其中綿陽市區最大為6度，北川縣城為8.6度～11度，綿陽市區按現行抗震規范的抗震設防烈度為6度，北川縣城為7度。

綿陽市區破壞較輕，北川縣城破壞比較嚴重，房屋大部分倒塌。綿陽市區和北川縣城的民用房屋結構形式主要為磚砌體結構、鋼筋混凝土框架結構，其中綿陽市區有部分鋼筋混凝土剪力墻結構和框剪結構，但破壞都比較輕微，主要是填充墻出現裂縫。工業廠房結構形式有磚砌體結構、鋼筋混凝土框架結構和門式剛架結構形式。此次地震破壞較嚴重的是砌體結構(尤其是未采取抗震構造措施的砌體結構)和鋼筋混凝土框架結構。

2 各種結構形式房屋的震害特征

2.1 多層磚砌體結構的震害特征

除整體倒塌外，房屋主要有以下震害特征:

樓梯間頂層墻體破壞，主要原因是由于頂層樓梯間墻的計算高度比普通層大造成自身穩定性差，且凸出屋面樓梯間存在鞭梢效應，凸出部分又缺少加強整體性的構造連接措施，所以震害比較嚴重。圖1即是一多層出屋面樓梯間的破壞情形。

樓蓋及屋蓋的預制板之間及預制板與順板向的梁之間出現裂縫較多。

砌體結構外墻倒塌，屋頂外墻角開裂或塌落，墻體出現斜裂縫或X裂縫，窗臺下的墻角處出現斜裂縫，縱、橫墻交接處開裂(縱橫墻處未設構造柱)，泥瓦屋屋脊和檐口破壞，坡度較大的房屋屋頂溜瓦，屋蓋(特別是木屋蓋等整體性較差的屋蓋)垂直下塌，頂層塌等。

設計時由于洞口布置不合理導致出現比較大的斜裂縫，綿陽市區一新建小區整體破壞較輕微，但個別戶型單元承重墻卻出現比較大的斜裂縫和X形裂縫，主要原因筆者認為是由于此片墻為承重外墻且設計時洞口布置不合理所致。

值得一提的是綿陽市區內建于20世紀50年代的空斗墻砌體多層住宅比建于80年代的同樣層數的普通磚砌體多層住宅破壞要輕很多，通過調查分析，筆者認為主要原因在于:除施工質量的差異和地震作用的不確定性外，建于50年代的空斗墻砌體在首層樓板和屋面板處設置了兩道圈梁，大大提高了結構的整體性，見圖2。

圖1 出屋面樓梯間破壞

圖2 50年代空斗墻房屋破壞輕微

由于烈度較高，北川縣城內多層砌體房屋大部分倒塌，僅存的破壞較輕的幾座都是經過抗震設防，按規范要求設置了較多圈梁和構造柱，且施工質量較好的房屋，見圖3。

通過對比綿陽市區和北川縣城的震害可以發現，按現行《建筑抗震設計規范》進行正規設計、施工的多層磚砌體房屋比未進行抗震設防的房屋具有更好的抗震能力，經過抗震設防的多層磚砌體房屋是可以應用于地震區的。

2.2 底框磚砌體結構的震害特征

為獲得較大使用空間，砌體房屋的底層設計為框架結構(或底層落地墻體較少)，這種柔性底層建筑(我國也叫雞腿建筑)的底層與上部各樓層的抗側剛度差別較大，地震時底層形成薄弱層較易破壞，北川縣城底框磚砌體結構全部在底層發生倒塌，而上部結構基本完好，見圖4。現行抗震規范也限制了這種結構形式在高烈度區的使用，使用時應設置一定數量的鋼筋混凝土抗震墻，使底層形成具有二道防線的框架抗震墻體系，有利于改善底層的抗震能力。

圖3 經過抗震設防的房屋

圖4 底框磚砌體房屋底層倒塌

2.3 鋼筋混凝土框架結構的震害特征

總體上綿陽市區的框架結構房屋震害輕微而北川縣城的震害比較嚴重，這與它們的烈度直接相關。

框架結構地震破壞現象主要表現為:梁、柱與填充墻開裂、脫開，部分填充墻產生剪刀形或沿洞口周邊的斜向開裂;大部分倒塌框架結構房屋的柱端破壞，主要是由于梁和樓板共同工作，剛度較大，形成強梁弱柱結構;框架梁、柱節點在柱頂施工縫處拉斷破壞，主要原因是由于施工時在柱頂留縫，再澆梁，施工縫往往不清理從而形成薄弱截面;框架梁、柱節點核心區剪切破壞或壓酥;框架柱端大量剪切破壞，原因是柱端箍筋沒有加密和節點核心區的施工質量較差;位于端部的樓梯間破壞較嚴重，某3層框架結構整體破壞較輕微，但樓梯間處破壞嚴重，填充墻嚴重開裂，2層和3層樓梯平臺梁被梯板剪斷，見圖5。另一5層框架整體破壞較輕微而樓梯板出現貫通剪切斜裂縫，其主要原因為樓梯梯段板與框架形成具有較大抗側剛度(相對于框架本身)的桁架使得樓梯分擔較多的地震力從而帶來樓梯間梯梁和梯板的破壞，位于端部的樓梯間由于扭轉效應的放大作用破壞更為嚴重;較大跨度窗洞口(大于4 m)過梁下填充墻出現裂縫較嚴重，且過梁與兩側磚墻脫開向面外傾斜，筆者建議大于4 m的過梁下宜設構造柱且過梁宜與兩側主體框架結構可靠拉結(形成圈梁)。

圖5 樓梯平臺梁被梯板剪壞

值得一提的是，框架間有較多填充墻的建筑明顯輕于無填充墻或填充墻較少的建筑，綿陽市區一做庫房用的無填充墻的柱底和柱頂出現了明顯的剪切裂縫，而條件基本相同的另一填充墻較多的辦公樓柱底和柱頂就沒有出現裂縫。神戶地震震害的調查也表明許多純框架高層建筑物發生了倒塌而框架間有砌體填充墻的結構，均未發生倒塌。地震時由于填充墻具有較大的初始抗側剛度能夠分擔整個建筑的很大一部分地震剪力，使框架承受的地震剪力減小，采取合理抗震構造措施的填充墻能夠通過自身的變形與破壞耗散部分地震能量，同時填充墻是非承重構件，它的破壞不會直接危及整個建筑結構的安全，筆者認為具有較多填充墻且平面布局比較均勻的框架結構可以適當考慮其抗震的有利作用，可以將采取合理抗震構造措施的填充墻作為抗震第一道防線。在設計框架結構時，對框架結構周期的折減比例及其帶來的地震力的放大是否合理以及對填充墻采取怎樣的抗震構造措施應通過進一步的研究來確定。

2.4 鋼結構門式剛架廠房的震害特征

綿陽市區內的門式剛架廠房破壞較輕，主要有以下震害特征:

由于門式剛架廠房地震時側向變位較大帶來吊頂的大面積破壞;門式剛架橫梁與其下隔墻由于變位不一致而發生碰撞破壞;吊車梁支座處由于地震作用產生面外拉力導致支座產生與主體結構的連接破壞，一般為焊縫脆性開裂破壞;門式剛架柱柱間柔性支撐在鑄鐵花籃螺栓處發生脆性拉斷破壞;自承重墻由于高度較高自身穩定性差，頂部無壓頂或缺少與上部構件的可靠連接，導致砌塊掉落傷人嚴重的整體面外倒塌。

3 其他震害

1)建造在斜坡上的建筑物震害一般比平坦場地上的震害嚴重，同時山體滑坡容易引起建筑物的倒塌、傾斜。位于北川縣城的某中學就幾乎被山體滑坡所覆蓋造成人員無法逃生。抗震規劃選址應注意山體滑坡和泥石流對建筑物的破壞和對人逃生過程中的傷害。同時建造在斜坡上的建筑之間的間距應滿足一定要求，由于距離太近，北川縣城的一座建筑由于整體倒塌直接砸向其鄰近的建筑造成另一座建筑的破壞。因此應重視抗震規劃與選址，注意樓與樓之間的最小間距。2)磚砌墻由于溫差引起的裂縫或不均勻沉降引起的裂縫作為初始缺陷擴大了抗震時的破壞程度。垂直于地震作用方向的端山墻和女兒墻由于存在初始的溫差引起的裂縫在地震作用下與垂直于它的墻體發生碰撞形成了貫通裂縫;沿地震作用方向的外墻由于不均勻沉降引起的初始裂縫在地震作用下形成更大更貫通的裂縫。3)不同結構體系的混用(部分框架、部分磚混)，由于砌塊墻體的初始抗側剛度較大分擔了大部分的地震剪力造成砌塊墻體開裂破壞嚴重。4)伸縮縫、沉降縫、抗震縫通常只有3 cm，甚至更小，導致兩側碰撞破壞，另外應注意變形縫處的建筑構造處理，宜采用柔性構造，不當的處理方式會使非結構構件掉落傷人。5)局部凸出屋面部分結構及附屬構件的破壞，凸出屋面的電梯間、水箱間、煙囪、女兒墻和山墻墻檐局部凸出屋面部分等由于鞭梢效應，破壞較多，這也是以往地震常見的震害。6)在建房屋應注意施工中的穩定性，特別是面外穩定。綿陽市區在建的鋼結構門式剛架工業廠房的橫梁由于缺少臨時支撐措施，造成多根橫梁發生面外較嚴重的扭曲。

4 結語

經過抗震設防和結構合理布置的房屋震害明顯輕于未經過抗震設計的房屋，同時建筑場地的合理選擇、結構的抗震概念設計及采取必要的抗震構造措施都是減輕震害的有效措施。

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