2013年木里、鹽源交界地震震中區建筑物抗震性能分析

褚孝遠，戴仕貴，劉玉法

(四川省地震局，四川 成都 610041)

2013年11月22日，木里、鹽源交界處先后發生了Ms3.4、Ms4.1及Ms3.7級3次地震，震中位于涼山州木里縣項腳蒙古族自治鄉境內，地理位置為27.9°N，103.4°E，震源深度分別為8 km，13 km和9 km，屬于淺源地震。當地震感較為強烈，有感范圍西達木里縣城(震中距13 km)，東至錦屏電站(震中距38 km)。眾所周知，房屋的抗震性能問題一直是地震易發區防災減災工作中房屋安全的主要問題。縱觀世界上眾多地震災害中，房屋破壞是造成人員傷亡及財產損失的主要方式［1-2］，因此，居住房屋的抗震性能問題再強調都不為過。本文在現場調查的基礎上，通過對震中區房屋破壞情況的詳細調查，給出了本次地震序列的地震烈度圖，并分析了震區內主要建筑物的震害特點。

1 地震地質背景

3次地震的震中位于木里弧形構造帶內(參見圖1)，該區域中的斷裂帶包括博科斷裂、光頭山斷裂、后所斷裂及小金河斷裂，斷裂具逆沖性質，斷裂活動性研究顯示其最新活動時代為中更新世。歷史上記錄的1955年4.7級地震及1980年5.8級破壞性地震發生在該斷裂帶的西段。震區地貌上表現為典型的高山峽谷地貌，谷底高程一般為2 100 m，山頂高程一般為3 700 m，相對高差超過1 000 m。小金河在震區以南自西向東展布，震區以東約38 km處為錦屏大壩壩址，目前處于蓄水狀態。

圖1 震區地震構造圖

2 建筑物類型

震中區位于四川省偏遠的山區，距離木里縣城約3個小時的車程。這一地區建筑結構較為單一，按照建筑材料的不同，震中區建筑可以分為夯土墻結構、木結構及土木結構，大部分建筑為夯土墻結構，約占80%，其次為土木結構，占18%左右，后為木結構，約占2%，各種結構所占比例如圖2所示。

2.1 土木結構

土木結構建筑形式(參見圖3a)與川西藏式建筑物類似，占調查總數的18%左右。基礎一般為經過簡單壓實的碎石，墻體為夯土墻，夯土墻厚度一般30 cm。房屋的上部用經過加工的木材拼接而成，木板厚度一般視采用的木材半徑而定，一般為5 cm，屋頂采用傳統的木桁架—小青瓦結構。

圖2 震中區建筑結構組成

2.2 夯土墻結構

夯土墻結構(參見圖3b)為震區的主要房屋結構形式，不論是彝族房屋還是蒙古族房屋，大多采用此類結構，約占調查總數的80%。該類房屋結構基礎一般經過簡單夯實或者半填半挖。墻體一般就地取材，為第四系殘坡積物，碎石含量較大，墻體厚度一般為30 cm，這與當地氣候有關，厚度大的墻體可以抵御極大的溫度差異，滿足保溫需求。該類建筑一般為一到二層高，一層房屋屋頂一般為厚重粘土層屋頂或者木桁架的小青瓦結構。粘土層屋頂與藏式建筑的薩嘎屋頂層類似。如果房屋為二層，屋頂一般為木桁架的小青瓦結構。顯著特點是建筑一般依據地形而建，底層為牲畜間，頂層住人，這種結構形式與云南地區的彝族房屋類似。

2.3 木結構

木結構房屋如圖3c所示，房屋整體均為木質組成，木質為樹木粗加工拼接而成，縱墻與橫墻為榫卯連接。這種結構類似于藏式建筑的木結構，其整體性好，延展性好，質量輕。該類建筑占調查總數的2%左右，可能是由于保護植被的緣故，大量使用木材受到限制，此類房屋數量很少。

圖3 震區三種結構房屋

3 建筑物抗震性能分析

由于災區地處四川省偏遠高山峽谷區域，眾多建筑物依山而建，地基沉陷、施工工藝、結構布置不合理，裂縫繼承性發展等問題突出，故在此次地震中出現較重的破壞。

3.1 地基沉陷

如前所述，災區許多房屋地基為半挖半填基礎，在地震作用下，填土區向臨空面發生不均勻沉降，引起建筑物拉裂。如圖4所示，該點位于項腳組，二層的夯土墻結構房屋建立在山坡上，基礎填土區順斜坡走向發生沉降，將墻體貫通性拉裂。

3.2 施工工藝問題

在夯土墻墻體夯筑過程中，先夯筑層未形成臺階狀，而是形成垂直的施工縫，地震過程中沿垂直的施工縫形成裂縫，拉裂墻體(參見圖5a)。圖5b顯示，土木結構的承重木柱直接位于石頭上，一是基礎并未夯實，二是木柱與基石并未連接，這種結構對水平向的地震剪切力幾乎無抵御能力。圖5c顯示，檁木直接放置在夯土墻體內，未設置橫向墊木，更易于造成應力集中而對墻體形成壓剪裂縫。

3.3 結構布置不合理

結構物水平向及垂直向的布置合理與否直接影響到結構的抗震性能。一般來講，在同樣的地震荷載下，平面及垂向布置規則的建筑物抗震性能優于不規則建筑物。如圖4b所示，第二層的建筑物，頂層突出出來，一是容易形成邊稍效應，二是接觸面容易產生碰撞破壞。

3.4 震害疊加問題

震區主要的地層為砂質板巖，是第四系殘坡積層，農村自建夯土墻房屋材料就地取材，這種殘坡積層本身力學性質差，況且角礫石含量高。由此而夯筑的墻體抗剪、抗拉性能較差。在第一次地震中，房屋易形成豎向裂縫，若再遭遇震群疊加，裂縫則明顯加寬和加長，從而對房屋形成破壞，甚至毀壞整棟房屋(參見圖6a)。

3.5 震區建筑物的抗震措施分析

(1)水平系桿。如圖6b、c所示，夯土墻體中在某一部位放置水平系桿，有效的增強了墻體的整體性，阻止了豎向裂縫的發展(參見圖6b)，提高了墻體的抗震性能。圖6c顯示裂縫沿拉結桿接縫處形成，充分顯示水平系桿在地震過程中起到了重要作用。此類方法在藏式建筑中較為常見，尤其在青藏高原腹地及巴基斯坦［3］等中東國家的建筑物中多見。(2)輕質屋頂。災區大多數屋頂采用木質桁架支撐的小青瓦屋頂(參見圖7)，這種屋頂質量輕，減輕了房屋的整體質量，有效的降低了房屋底層的剪切力，而且也易于與墻體連接，房屋整體性較好，是抗震的有利因素。唐山地震、汶川地震及蘆山地震中，大量的房屋震害表明，輕質屋頂更易于抗震。

圖5 災區建筑施工工藝

圖6 (a)裂縫的繼承性發展，(b、c)墻體中的水平系桿

圖7 木桁架小青瓦屋頂

3.6 夯土墻結構

(1)豎向裂縫。這是該類建筑物中最為突出的破壞特征(參見圖8b)。該類裂縫形成的主要原因是因為墻體本身的力學性強度不足，加之地基不均勻沉降、施工因素等綜合作用，易于形成豎向裂縫;(2)墻體平面外破壞。在縱墻和橫墻的連接處，由于缺乏有效的連接，在水平地震動作用下，極易造成縱墻外閃(參見圖8a)。

3.7 土木結構和木結構

缺乏整體性。上部木結構未有效地與基礎連接(參見圖8c)，在遭遇更大地震動或者地震動持時時間長時極易形成基礎塌陷。該類建筑在地震中表現很好，未發現有破壞現象，在歷次地震中均表現令人滿意。如汶川地震和克什米爾地震等［4］。

圖8 災區結構破壞方式

4 討論和結論

本次調查點主要集中于木里縣項腳鄉項腳村、羊窩子村及甲一村，房屋的結構類型主要為土木結構、夯土墻結構及木結構，調查的100戶房屋中，約占80%的房屋產生了不同程度的破壞。調查中未發現崩塌、滑坡、砂土液化等地質災害現象，未有人員傷亡。按照中國地震烈度評定表，調查點的地震烈度均為Ⅵ度，如圖9所示，烈度圖呈橢圓形，長軸方向為45°，長軸約為5 km，短軸長度約為3.5 km，面積約為14 km2。值得注意的是本次地震的震中并未出現在我們圈定的烈度圈內，主要原因是由于災區村寨分布分散，震中區附近無建筑物分布，而烈度主要跟人類建(構)筑物有關。本次地震震中附近并無強震臺，使得我們無法獲得地震記錄而進行進一步分析，鑒于災區的地質構造條件及對地震趨勢的進一步研究，建議增設強震臺。本次地震序列中，地震造成的房屋破壞超過了預期，其主要原因是災區的房屋抗震性能差，在建設過程中，幾乎未考慮抗震因素，而這些偏遠山區基本上都位于地震多發地區，房屋的抗震性能直接關系到人民的生命、財產安全，這無疑是潛在的隱患。加上連續的小地震發生，使得地震的疊加效應明顯。在第一次地震中，房屋產生細微裂縫，在第二次、第三次地震中，裂縫進一步繼承性發展，最終形成貫通墻體的裂縫。還有震區位于高山峽谷區，由于民族居住村寨一般都位于高山山坡，由于地貌效應的影響，山體上段的峰值加速度一般會大于山谷，使得震害加重。在歷次地震中，土木、夯土墻結構抗震性能均表現低劣，這種夯土墻結構的房屋一旦產生墻體貫通性裂縫，修復的難度較大，基本屬于毀壞。現場調查中，雖然目前大部分房屋并沒有倒塌，但是隨著小震的進一步發展或者在強降雨等極端天氣下，無疑震害會進一步加重。而木結構顯示了較好的抗震性能，目前的研究顯示木結構可以抵御0.6 g的加速度而保持結構不壞，無疑木結構是一種良好的抗震類型。

通過對災區的詳細調查，可以初步得到以下結論:(1)災區最大烈度為Ⅵ度，面積約為17.5 km2;(2)災區建筑破壞主要集中于農村，夯土墻及土木結構抗震性能差，顯示了極高的結構易損性，而木結構表現良好;(3)結構破壞主要表現為地基不均勻沉降、墻體豎向裂縫、縱墻外閃等，主要原因是由于地基處理不當、結構整體性差、結構布置不合理及施工工藝不規范等，農村房屋的抗震問題仍然是防震減災工作中突出問題。

［1］清華大學，西南交通大學，重慶大學，等.汶川地震建筑震害分析及設計對策［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［2］Steven L.Kramer.Geotechnical earthquake engineering［M］.USA，prentice-Hall inc.Simon and Schuster/A Viacom Company.1996.

［3］Jitendra K Bothara1 and Kubilay M O Hi?y|lmaz，General observations of building behaviors during the 8thOctober 2005 Pakistan earthquake［J］.Bulletin of the New Zealand society for earthquake engineering.2008.

［4］J.Hans Rainer and Erol Karacabeyli.Performance of wood-frame construction in earthquakes.12WCEE，2000.