汶川地震建筑震害分析
001 2002-
30% 22%
20%
10%
0%
26%
28%
15% 7% 8%
11% 2%
可以使用 加固后使用 停止使用 立即拆除
图 14 不同年代建造的建筑震害情况对比
比较抗震设计规范 TJ11-78[1]、GBJ 11-89[2]、GB50011-2001[3]可以发现,自 1976 年唐山地震以来, 我国加强了对工程结构抗震领域的研究,使得抗震设计规范逐渐完善,在抗震设计中考虑的内容越来越 全面,如表 3。同时,随着经济水平的提高,对建筑抗震设计要求也越来越高,以同期的混凝土结构规 范为例[4]- [7],结构的设计安全水平和安全储备从 74 规范以后逐渐提高,如表 4 所示。而 74 规范的安全 水平和安全储备之所以最低,正是受当时经济水平所限。由此可见,抗震水平也是国家经济水平的反映。
可以使用 加固后使用 停止使用 立即拆除
砌体-木架屋顶结构 砌体结构
0 (0%) 36 (22%)
2 (67%) 59 (36%)
0 (0%) 27 (17%)
1 (33%) 40 (25%)
砌体-框架混合结构 框架结构
17 (61%) 63 (60%)
5 (18%) 34 (32%)
4 (14%) 8 (8%)
汉旺某办公楼
4 震害情况统计
4.1 按结构形式
各类结构形式建筑的震害情况统计如表 1 所示。震区大量应用的砌体结构、砌体-框架混合结构和 框架结构的不同震害程度的对比见图 13。破坏程度严重而应立即拆除和停止使用所占的比例来看,不
建筑结构学报/Journal of Building Structures, 2008, 29(4): 1-9
7 为绵阳九洲体育馆,其主体结构和支座均无明显损伤,仅在围护结构和钢结构的结合处有轻微碰撞破 坏。图 8 为江油县体育馆,主体结构轻微损伤,网架结构无明显损伤,网架结构支座松动严重。
图 7 绵阳九洲体育馆
3.7 其它震害
图 8 江油体育馆
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1 引言
2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分,四川汶川县发生里氏 8.0 级地震,震中位于汶川县映秀镇(纬度 31.0°N、 经度 103.4°E),震源深度 14km。汶川地震是我国自建国以来最为强烈的一次地震,直接严重受灾地区 达 10 万平方公里,包括震中 50km 范围内的县城和 200km 范围内的大中城市。全国大部分地区有明显 震感,泰国首都曼谷,越南首都河内,菲律宾、日本等地也有震感。截至 6 月 14 日,地震已造成 69170 人遇难,17428 人失踪,374159 人受伤,4624 万人受灾。地震发生后,清华大学立即组织了相关专业 的专家赶赴四川协助抗震救灾,并会同西南交通大学和北京交通大学土木结构有关专家,先后分三批开 展建筑震害调查,广州建筑质检站专家也提供了相关建筑震害安全检查的数据。本文汇总了有关建筑震 害调查资料,根据建筑的结构类别、建造年代、地震区估计烈度和使用功能,对建筑震害情况进行了初 步统计,分析了此次地震的建筑震害特点。在此基础上,对我国建筑抗震现状进行了初步评价,并提出 了有关建议。
当合理设置构造柱和圈梁,砖混结构也能有效抵御地震破坏,在震害调查中也发现基本没有受到破 坏的砖混结构。因此,对于砌体结构,如何保证结构的整体性和侧向承载力是抗震设计的关键。
南坝镇小学教学楼垮塌
汉旺镇铁路货运站宿舍楼倒塌
蓥华中学教学楼右段倒塌 (左段为框架结构)
江油花园路初级中学教学楼纵向承重 墙和砖柱严重破坏
其它震害情况还有伸缩缝处碰撞(图 9)、鞭稍效应造成顶部突出物结构破坏(图 10)、装饰构件破 坏(图 11)、圆形填充墙破坏(图 12)。
绵阳某酒店
汶川某教学楼
图 9 伸缩缝处碰撞破坏
都江堰某公共建筑
都江堰公安局
图 10 鞭稍效应造成顶部突出物结构破坏
图 11 装饰构件破坏
绵阳科技馆
剑南春办公楼
图 12 圆形填充墙破坏
7 (7%) 11 (15%) 4 (8%) 10 (13%)
立即拆除 1 (10%) 27 (28%) 8 (11%) 1 (2%) 6 (8%)
建筑结构学报/Journal of Building Structures, 2008, 29(4): 1-9
60%
55%
50%
47%
42%
40%
36%
建造年代 -1978
1979-1988 1989-2001
2002不详
表 2 建筑震害情况统计(按建造年代分类)
可以使用
加固后使用
停止使用
3 (30%)
3 (30%)
3 (30%)
21 (22%) 34 (47%) 29 (55%) 39 (51%)
40 (42%) 19 (26%) 19 (36%) 22 (28%)
都江堰填充墙发生破坏
都江堰某住宅小区框架结构倒塌
都江堰某住宅小区框架结构底层破坏
都江堰某住宅小区框架结构倒塌 (屋顶结构太重)
都江堰某公共建筑框架结构局部垮塌 南坝镇-强梁弱柱导致柱顶产生塑性铰
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值得注意的是,框架-剪力墙(核心筒)结构主要在成都和绵阳等大城市才有采用,而这些城市在本
次地震中的烈度并不高。因此,框架-剪力墙(核心筒)结构的抗大震性能在这次地震中没有表现出来。
图 6 绵阳新益大厦(承重结构没有损坏,少量围护结构有一些细小裂纹)
3.6 轻钢结构(屋面)/钢桁架拱 由于自重较轻和强度较大,钢结构抵御地震的能力比较强,震害比较轻,主要发生在维护结构。图
雁门中心小学教学楼预制板拉结不足 导致破坏
图 2 砖混结构的震害
安县合理设置构造柱和圈梁的砌体结 构
3.3 框架-砌体混合结构 这类结构形式有多种,如底框砖混结构(底部框架-上部砖混,竖向混合),底层部分框架、部分
砌体-上部砖混,以及部分框架-部分砖混(水平混合)。这类结构的体系大多比较混乱,由于经济原 因,大多尽可能少用混凝土框架,框架和砌体承重墙抗侧力构件的承载力和变形能力很不协调,平面抗 侧刚度极不均匀。这类结构的震害主要有:底部框架由于变形集中而破坏,或上部砌体结构破坏。图 3 为框架-砌体混合结构的震害情况。
同结构形式的抗震性能按以下顺序依次增强:砌体结构——砌体-框架混合结构——框架结构——框架
-剪力墙(核心筒)结构/钢结构。除了各类结构本身抗震性能的差别以外,结构体系和施工质量的离 散程度也对结构的抗震性能有一定的影响。比如各种砌体结构,建造随意,有时没有进行设计,很多情
况是结构体系不清楚,因此结构的抗震性能难以把握,破坏情况也多种多样,可能是砌体墙剪切破坏或
10%
0%
25%
18% 17%
14%
8%
7%
0%
可以使用 加固后使用 停止使用 立即拆除 图 13 砌体结构、砌体框架混合结构和框架结构震害情况对比
4.2 按建造年代
建造年代对结构破坏程度的影响有两方面:使用年限的长短和设计规范的不同。将建筑震害情况按 照各版本抗震设计规范的实施年份划分,得到表 2 和图 14 所示的震害情况统计。由于 78 年以前的建筑 现存较少,而且 78 版抗震规范条文比较简单,在比较中不再列出。可以发现 1979 年-1988 年之间的建 筑结构破坏的情况最严重,其原因主要是,使用年限较长;当时经济水平较低,大多数房屋以砌体结构 为主,而砌体结构本身的抗震性能相对于其他结构较弱;设计规范的安全储备水平较低。
是圆形填充墙的破坏较重(见图 12)。这类破坏仍然会造成严重的生命和财产损失,且震后的修复工作 量很大和费用很高。个别因施工质量很差、结构布置过于复杂的框架结构也发生严重破坏,甚至倒塌。 此外,由于楼板的增强作用、建筑需要在框架梁上增加砌体、或填充墙的增强作用、或增大上部结构的 刚度,使得框架梁或屋盖的实际刚度增大,在实际框架结构震害中,很少看到“强柱弱梁”型破坏。图 5 为框架结构震害情况。此外,还有错层结构造成短柱剪切破坏,异形柱端破坏。
错层造成短柱剪切破坏
异形柱端破坏
3.5 框架-剪力墙(核心筒)结构
图 4 框架结构的震害情况
本次地震中,框架-剪力墙(核心筒)结构,由于具有较大的抗震刚度和承载力,显示出了优越的
抗震性能,尤其是与统一地区的框架结构相比,框架-剪力墙(核心筒)结构的非结构构件的损坏要轻
很多。图 5 为绵阳新益大厦,在地震中仅少数围护结构产生细微裂缝。
(3)停止使用,即承重结构发生严重损伤,仅能保持自身结构稳定,不能继续使用; (4)立即拆除,即承重结构发生非常严重的损伤,随时可能发生倒塌。 另外,也有一些地区要求将建筑物损伤程度分为三个或五个等级的。 尽管以上震后建筑结构破坏程度等级划分标准与建设部 1990 颁布的《建筑地震破坏等级划分标准》 不一致,但考虑到本次地震灾区建筑安全检查的实际情况,本文建筑震害调查统计仍根据“可以使用、 加固后使用、停止使用、立即拆除”四个等级来进行,并将震区建筑破坏程度按照结构形式、建造年代、 震区估计烈度和使用功能进行分类统计整理,对研究震害成因和今后制定抗震设防标准具有重要的参考 价值。
2 建筑震害等级划分
本次建筑结构专家赴四川协助抗震救灾主要工作是进行房屋建筑震后安全检查。根据当地有关部门 要求,按震后建筑结构的破坏程度被分为四个等级:
(1)可以使用,即结构的承重结构基本保持完好,少量非结构构件损伤,继续使用不会引起承重 结构的破坏,损伤的非结构构件不会造成对生命和财产的威胁;
(2)加固后使用,即承重结构发生一定的损伤,部分非结构构件破坏,继续使用可能将会引起承 重结构的损伤加大,或是剩余的非结构构件不稳定,对生命和财产产生威胁;