5·12地震汶川县城房屋震害统计分析与启示

宋小虎,徐其功

(1.华南理工大学土木与交通学院,广东 广州 510640;2.广东省建筑科学研究院,广东 广州 510500)

1 破坏等级划分标准

汶川地震发生后,由广东省建设厅组成的房屋鉴定专家援助队于 2008年 7月 8日抵达汶川县城威州镇,要求专家援助队在约一个月时间内完成汶川县城房屋的震后鉴定。据估计,约有一千多栋房屋需要鉴定。经过与当地建设部门协商,本次鉴定工作标准确定为《建筑地震破坏等级划分标准》[(1990)建抗字第 377号]。破坏等级划分标准如表 1。

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2 震害统计

至 7月 31日,专家队完成了汶川县城 1141栋房屋的震后鉴定作业,总建筑面积达 112.12×104m2。依据这 1141份鉴定报告,对房屋震害情况统计如表 2～表 4。

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房屋建成于 1974年前的约占 4.21%;1974～1989年占32.60%;1989～2002年占 39.88%;2002年到至 2008年 7月占 23.33%。即 1989年至 2008年 7月建成的房屋占总数的约 63%,设计上有抗震设防的房屋应占 85%以上,其中设防烈度为 7度占 70%。

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住宅房屋约占房屋总数的 70.29%;办公楼 9.38%;学校 10.60%;医院 2.02%;还有用于商店等其它用途的房屋约占 7.71%。

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砖木结构的房屋约占房屋总数的 6.84%;砖房约占73.00%;底层框架砖房 11.48%;框架结构约占 8.50%;还有少量其他结构形式(如钢结构等)的房屋。

3 震害特点与分析

3.1 从房屋建成年代分析

从汶川县城房屋破坏状况来看,不同时期建成的房屋抗震能力有较大差异。我国从 2002年开始采用新的抗震规范,取代了 1989年颁布的规范,但县镇房屋设计在执行国家规范标准方面有所滞后,与抗震设防要求有一定差距,造成这些房屋抗震能力不足。1990年后设计建造的建筑表现良好,达到了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设防目标。倒塌的 20栋房屋中,有 16栋是建于上世纪七八十年代,而且基本是民房。这些房屋没有正式设计或较少采用抗震措施;严重破坏或中等破坏的 732栋房屋中,有 639栋房屋是在 2002年以前建成的;2002年以后新建建筑物发生整体倒塌的情况少,破坏程度也低于早期建筑物。在同一个街道出现早期住宅楼破坏严重,这说明随着抗震措施的逐步完善,结构设计能很好地执行相关要求的情况下,建筑物的抗震能力有很大提高。

3.2 从房屋使用功能分析

在此次地震中,汶川县城大量民宅损毁,造成了巨大的财产损失。这些房屋修建于不同年代,均为自建,没有经过正规的设计和施工,特别是农房一直是政府部门监管的盲区。学校为了满足教学功能需求,常常采用底部大开间,在抗震分析中,底部的抗侧刚度不足致使底层薄弱,而薄弱层由于应力集中往往最先破坏。部分中小学教学楼采用单跨外廊形式,单跨框架两根柱子一排梁,是最简单的结构形式,这种结构形式没有多道防线,一根柱子破坏,框架马上倒塌。为此,新的抗震规范补充了控制单跨框架结构适用范围的要求:高层的框架结构不应采用单跨框架结构,多层框架结构不宜采用单跨框架结构。

此次调查的学校建筑共有 121栋,倒塌和严重破坏的占了 76.86%,医院建筑共有 23栋,倒塌和严重破坏的占了43.42%,而且这些倒塌和严重破坏的房屋中砖混结构占了大多数。对于学校、医院等人员较为密集的建筑,应按新的抗震规范提高抗震设计标准,或选取抗震性能更好的结构体系,如何确保学校、医院等重要建筑的安全已成必须要解决的问题。

3.3 从房屋结构形式分析

3.3.1 砌体结构

汶川县城房屋结构形式 80%以上是砌体结构。建筑层数多在 2至 7层。在这次地震中,汶川县绵池林业工作站 l栋、阿坝师专某学生公寓等,这些砌体结构房屋受损较为严重。主要有以下几种破坏形式:

(1)楼层窗间墙剪切破坏,呈现斜向裂缝或“X”形裂缝(如图 1);

(2)承重墙有严重的斜裂缝和交叉裂缝,部分承重墙砖块酥碎、错位;

(3)底层框架的砌体结构或部分单排框架结构,多数横墙有明显的交叉裂缝和斜裂缝;

(4)构造柱、窗间圈梁出现断裂,混凝土崩裂、钢筋压曲,下部的墙体出现贯通裂缝(如图 2)。

图1 窗间墙出现“X”形裂缝

图2 墙体出现贯通裂缝

墙体呈斜裂缝,这是由于墙体抗剪能力不足,是比较常见的震害现象,属于主拉应力超过砌体强度所引起的剪切破坏,多集中于门洞之间的窗间墙和窗下墙。当地自建房中构造柱与圈梁问题也是砖混结构房屋破坏的重要原因,如有些砖混结构房屋根本未设构造柱或构造柱设计错误,主要表现为构造柱设置位置不当、转角处柱体纵筋未加大、楼(屋)面上下端处箍筋未加密、与圈梁锚固长度不够等;圈梁问题一般表现为转角处和丁字接头处纵向钢筋的锚固长度不足或附加钢筋不够,在楼梯间被外窗洞口断开处的窗过梁未按规定设计。

3.3.2 钢筋混凝土框架结构

该类结构由于抵抗变形的能力较强,在地震中竖向混凝土构件破坏很少,没有整体倒塌的危险,但填充墙受到较大损坏,例如汶川县林业局办公楼、汶川县精美印业有限责任公司排版车间、汶川县工商局办公大楼等。其震害主要表现为:

(1)山墙、窗间墙、门洞口的边角处产生斜裂缝或交叉裂缝,或沿窗口上下标高产生水平裂缝(如图 3);

(2)填充墙局部倒塌;

(3)墙体装饰面脱落;

(4)梁、柱出现结构裂缝;

(5)框架柱柱头混凝土被压碎,柱头纵向钢筋压屈(如图4)。

填充墙与主体框架结构毕竟不是一体,连接部位在地震作用下难免成为薄弱环节;填充墙改变了框架结构的传力及受力,导致主体框架结构构件损坏。关于框架结构填充墙的破坏机理以及设计方法,已有学者做了研究,然而理论依然不成熟,是一个有待深入研究的问题。

图3 山墙出现交叉裂缝、局部倒塌

图4 混凝土压碎

3.3.3 砖木、木、片石、土坯墙结构为主的民房

这些建筑主要集中于汶川县城的城中村、乡村、山寨中,基本未纳入管理、未经正规设计;施工较为简单的木柱、砖柱、土坯墙承重的房屋;建筑层数多为l至 3层;使用年限较长。在地震作用下,由于缺少抗震措施和牢固的连接方式,导致构件间拉结脱开,变形过大,不能继续承重而损坏严重。很多屋面在上下震动中整体坠落,而墙体未发生太多损坏。还有一些老建筑由于使用时间太久,主要的木构件存在虫蛀、腐烂问题,在地震中受损严重。这类民房多数被鉴定为“严重破坏”。

4 建筑物修复、加固与重建建议

4.1 修复加固

依据《汶川地震灾区城镇受损房屋建筑安全鉴定及修复加固拆除实施意见》(四川省人民政府令第 226号)的有关精神,提出加固建议如下:

(1)对于基本完好和轻微破坏的房屋,按房屋修建时的抗震设防要求和抗震设计规范,通过修复施工,恢复到震前状态即可继续使用。

(2)对中等破坏的房屋,具有加固价值的,按照地震后国家新颁布的抗震设防要求和房屋修建时的抗震设计规范,可采用快速修复,补强,加固。例如,对墙体破坏的修复可参考以下措施。对破坏偏轻砌体房屋墙体,可采用高标号水泥砂浆灌缝,在墙体外表面裂缝处铺一层钢板网或钢丝网抹高标号水泥砂浆修复,对于破坏偏重的,最大裂缝宽度在4mm以上,应按照现行行业标准[1]进行抗震加固。对于框架结构非承重的填充墙体局部破坏,墙体产生裂缝且垂直度在允许范围内的,可进行填充、抹灰修复;墙体出现倾斜,但不影响房屋整体结构,可采取拆除局部进行修复处理;墙体整体倾斜严重,无法修复的,应整体拆除。

(3)对于严重破坏且无加固价值或者倒塌的房屋,应立即拆除,消除隐患。

4.2 重建建议

针对房屋的破坏特点,依据现行设计规范[2],提出恢复重建建议如下。

(1)建筑设计应符合抗震概念设计要求,选择规则、对称并具有良好整体性的房屋平面布局,结构的侧向刚度应均匀变化,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

(2)砌体墙应采取措施减少对主体结构的不利影响,并应设置拉筋,水平系梁,圈梁,构造柱等与主体结构的可靠拉结。规范给出了不同烈度、不同层数下构造柱的设置部位、截面、配筋与墙体拉结筋的设置要求,设计时应按规范执行。圈梁应采用现浇钢筋混凝土,并且与预制板设在同一标高或紧靠板底,以提高圈梁与墙体、楼板的连接效果,圈梁应与构造柱可靠连接,圈梁应闭合,遇有洞口阻断时应上下搭接。

(3)填充墙应优先采用轻质高强、耗能好的墙板,少用或不用实心砖、空心砖、加气混凝土砌块等刚度大、强度低的砌体填充墙;沿填充墙全长设置拉结筋:在洞口处设置上下端箍筋加密的构造柱约束墙体保证墙与结构构件的可靠连接。

5 结束语

地震带来的灾害惨重,灾害过后,结构设计人员任重道远。通过对震区工程震害的调查,有以下几点启示:

(1)明确严格执行《建筑抗震设计规范》的必要性。

(2)选取合适的地震区建筑结构体系,特别是幼儿园、学校、医院等重要建筑。

(3)高度重视建筑结构施工,把好质量关。

(4)高度重视建筑结构的抗震概念设计。

[1]JGJ116-98建筑抗震加固技术规程[S]

[2]GB 50011-2001建筑抗震设计规范[S]