基于汶川地震房屋建筑破壞特征的幾點(diǎn)啟示
        
                                  
                    
        作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時(shí)間：2009-12-22 20:26:15					[收藏]
        
               
        
                
        				
        				
        

               
        
               
          
				摘 要: 隨同《中外建筑》雜志記者對(duì)四川地震房屋建筑的破壞情況進(jìn)行考察，對(duì)考察中所發(fā)現(xiàn)的城鎮(zhèn)房屋選址、框架結(jié)構(gòu)的破壞特征、砌體結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)以及農(nóng)村民居的嚴(yán)重破壞狀況等幾個(gè)問題進(jìn)行歸納和總結(jié)。 
          
　　關(guān)鍵詞: 汶川地震；山體滑坡；城鎮(zhèn)房屋選址；房屋破壞；農(nóng)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(duì)四川汶川地震災(zāi)區(qū)的北川縣城、漢旺鎮(zhèn)和都江堰等震害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察。帶著我們出發(fā)前“走進(jìn)四川：地震對(duì)規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)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(shí)，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(jīng)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(zāi)區(qū)。每當(dāng)我們站在已坍塌房屋的廢墟上仔細(xì)考察那些未徹底倒塌的房屋時(shí)，都會(huì)自然的發(fā)問：在同一震級(jí)、同一場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)，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(jié)構(gòu)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(shù)就可能大大降低，經(jīng)濟(jì)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(wàn)人死亡、1萬(wàn)多人失蹤、500多萬(wàn)間房屋倒塌，2000多萬(wàn)間房屋損壞，巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失已無法挽回，但是它給我們留下了許多慘痛的教訓(xùn)，前車之鑒，是值得我們認(rèn)真反思的。我們作為從事建筑設(shè)計(jì)工作的工程技術(shù)人員，自考察返回后，將考察中的幾點(diǎn)體會(huì)進(jìn)行了歸納總結(jié)，愿和同行商榷。 
          
　　 
          
　　2地震引發(fā)的山體滑坡對(duì)城鎮(zhèn)房屋建設(shè)選址的啟示 
          
　　 
          
　　在北川縣城我們拍攝了幾個(gè)典型滑坡破壞照片，圖1為北川縣城北山坡巨大滑坡的場(chǎng)景，在這一巨大滑坡下，現(xiàn)在還掩埋著一個(gè)機(jī)關(guān)、一個(gè)幼兒園和一所小學(xué)。圖2為北川縣城南山坡滑坡的場(chǎng)景，該滑坡下也掩埋了一所中學(xué)。圖3為山體崩塌滾下的巨石將房屋框架柱砸斷的場(chǎng)景。 
          


          


          


          
這三組照片僅是汶川地震產(chǎn)生的次生災(zāi)害的一個(gè)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(xiǎn)救災(zāi)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(guó)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)的需要，建設(shè)規(guī)模之大，真可謂前所未有。在這場(chǎng)巨大的造城運(yùn)動(dòng)中，我們是否還缺少了一點(diǎn)公共災(zāi)害預(yù)防的意識(shí)？特別是對(duì)地震以及地震可能引發(fā)的次生災(zāi)害往往缺乏深入的評(píng)價(jià)和研究。地震是一種人類無法控制的自然災(zāi)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(yù)防它，才能減輕災(zāi)害對(duì)人類造成的巨大破壞。城鎮(zhèn)房屋的選址是抗震防災(zāi)中最重要的組成部分，一個(gè)建筑物或構(gòu)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(zāi)害，如山體滑坡、泥石流、地陷、沙土液化等，可以使堅(jiān)固的建筑物或構(gòu)筑物被整體掩埋或沉陷。因此，在城鎮(zhèn)建設(shè)中，做好用地評(píng)價(jià)工作，綜合考慮地形、地質(zhì)、氣象、危險(xiǎn)源場(chǎng)所、防洪、抗震、防風(fēng)等安全因素，使居住用地、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地等主要功能區(qū)盡量避開災(zāi)害源和生態(tài)敏感地帶，選擇災(zāi)后泥石流、滑坡等次生災(zāi)害發(fā)生系數(shù)比較小的地方，既達(dá)到因地制宜、又好又快的推進(jìn)城鎮(zhèn)建設(shè)，又達(dá)到防震減災(zāi)、確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全的目標(biāo)。 
          
　　 
          
　　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(rèn)為抗震性能優(yōu)于砌體結(jié)構(gòu)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(zāi)區(qū)我們拍攝了大量框架結(jié)構(gòu)房屋破壞的照片，如圖4~10。其中圖4為災(zāi)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(diǎn)破壞嚴(yán)重，且均為剪切破壞，導(dǎo)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(yán)重但未倒塌；也有些房屋只是局部裂縫，結(jié)構(gòu)完整無損。造成這些房屋不同破壞的原因是多方面的，有設(shè)計(jì)、施工和材料等多方面因素，我們無法對(duì)每一個(gè)已破壞的或未破壞的建筑進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)和論證，也沒有權(quán)利亂加評(píng)價(jià)。但從現(xiàn)場(chǎng)觀察到的現(xiàn)象，我們可以歸納為下列四種情況： 
          
　　（1）框架柱斷面遠(yuǎn)小于梁斷面尺寸，如圖4、6、9，有些框架柱節(jié)點(diǎn)又表露出鋼箍直徑小，間距大，且大多是單肢箍，節(jié)點(diǎn)薄弱。柱是框架的豎向構(gòu)件，地震時(shí)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(diǎn)的箍筋對(duì)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(diǎn)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(qiáng)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(duì)下部框架柱進(jìn)行加強(qiáng)處理時(shí)，該體系就形成了近似于框支剪力墻結(jié)構(gòu)，框架底層柱承受較大地震水平剪力，柱端節(jié)點(diǎn)首先脆性破壞，導(dǎo)致整體房屋下部坍塌坐落，如圖5、7。 
          
　?。?）無獨(dú)有偶，同一結(jié)構(gòu)單元中一邊為大開間框架結(jié)構(gòu)，一邊在框架中使用較多的此類填充墻，致使結(jié)構(gòu)形成近似于剛心偏移的框架剪力墻的受力特點(diǎn)，地震作用對(duì)房屋產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)的效應(yīng)，導(dǎo)致框架柱嚴(yán)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(xiàn)了不少框架結(jié)構(gòu)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(duì)齊，布置均勻，震后雖然該填充墻上出現(xiàn)X型裂縫，墻體破壞嚴(yán)重，如圖10，而主體結(jié)構(gòu)未遭損壞，房屋未坍塌且表現(xiàn)良好。表明此類填充墻在該結(jié)構(gòu)體系中起到了第二道抗震防線的作用，經(jīng)受住了這次罕遇地震的作用的考驗(yàn)。這一現(xiàn)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(duì)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也有一定的啟示。 
          
　?。?）樓梯間破壞十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)歇臺(tái)板與樓層錯(cuò)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(diǎn)因歇臺(tái)梁的作用形成短柱破壞，這些破壞必然導(dǎo)致在地震過程中加劇人員的傷亡。 
          
　　上述幾種框架結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)，我們不難發(fā)現(xiàn)，延性框架是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，延性框架的抗震設(shè)計(jì)概念主要包括“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)大節(jié)點(diǎn)”。同時(shí)有必要對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)中填充墻的用材、構(gòu)造、布置和受力特征進(jìn)行分析，重新判斷和認(rèn)識(shí)框架填充墻的作用。樓梯是人們生活和生命的通道，也應(yīng)引起高度重視。 
          
　　 
          
　　4砌體結(jié)構(gòu)在此次地震中的表現(xiàn) 
          
　　當(dāng)人們?cè)谡饏^(qū)看到倒塌的砌體結(jié)構(gòu)房屋的時(shí)候，一般都認(rèn)為砌體結(jié)構(gòu)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(shí)有它的劣勢(shì)，但是多層房屋并非砌體結(jié)構(gòu)就不能抗震。在此次地震災(zāi)區(qū)完全垮塌的房屋中，砌體結(jié)構(gòu)占了絕大多數(shù)，但是未倒塌且在地震作用下表現(xiàn)優(yōu)秀的砌體結(jié)構(gòu)房屋也不在少數(shù)，如北川縣城、漢旺鎮(zhèn)內(nèi)不少五、六層的砌體結(jié)構(gòu)房屋并未坍塌，有些表現(xiàn)良好，只是不同程度地出現(xiàn)了一些裂縫，圖11、12。如北川縣城內(nèi)一棟60年代修建的老建設(shè)局辦公樓，共4層，震后墻面竟未發(fā)現(xiàn)裂縫；漢旺鎮(zhèn)近幾年修建的一個(gè)6層樓家屬住宅區(qū)，震后無一棟出現(xiàn)嚴(yán)重破壞。 
          
為什么同樣是砌體結(jié)構(gòu)房屋，差別會(huì)有這么大呢？考察中發(fā)現(xiàn)，凡是嚴(yán)格按照我國(guó)現(xiàn)行“抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”設(shè)計(jì)、施工保證質(zhì)量的砌體結(jié)構(gòu)房屋，就能經(jīng)受住本次罕遇地震的考驗(yàn)。在那些倒塌的砌體結(jié)構(gòu)房屋的廢墟中，我們不難發(fā)現(xiàn)，砼空心砌塊、粘土磚強(qiáng)度明顯偏低；砌筑砂漿大都是石灰砂漿，強(qiáng)度幾乎為零；混凝土構(gòu)件均為預(yù)制構(gòu)件（砼預(yù)制空心板，預(yù)制梁）；缺少抗震設(shè)計(jì)構(gòu)件，如圈梁和構(gòu)造柱?？上胂?，此類砌體結(jié)構(gòu)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(yán)重破壞但未倒塌的砌體結(jié)構(gòu)房屋中我們發(fā)現(xiàn)如下值得關(guān)注的問題： 
          
　　（1）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(jié)構(gòu)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(yù)制樓板，且未做剛性加強(qiáng)層，在地震作用時(shí)，房屋扭轉(zhuǎn)變形，預(yù)制樓板從墻體中被整體拔出，造成房屋嚴(yán)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(yīng)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(yáng)城建檔案館，為7層磚混結(jié)構(gòu)，地震過程在第5層豎向剛度變化處產(chǎn)生墻體破壞。
          


          


          
　5農(nóng)村民居損毀十分嚴(yán)重，值得高度關(guān)注 
          
　　 
          
　　在此次地震中，大量農(nóng)村房屋損毀，造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)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(zāi)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(shè)計(jì)圖紙，沒有正規(guī)單位施工。絕大多數(shù)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(shù)為泥漿，砂漿強(qiáng)度低，用手一捻就碎。樓面為砼預(yù)制板，屋面為木檁條冷攤瓦，無圈梁、構(gòu)造柱等抗震構(gòu)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(zhì)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(jí)大地震中，我們?nèi)匀荒芸梢钥吹讲簧倨茡p很輕的農(nóng)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(xiàn)局部裂縫，稍加修整后仍可使用。深入了解發(fā)現(xiàn)，這類房屋采用的是240粘土磚墻砌筑，現(xiàn)澆混凝土樓面板，每層設(shè)置有圈梁，四周布置了混凝土構(gòu)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(duì)于一、二層的農(nóng)村民居如果保證材料、施工質(zhì)量，并按抗震措施進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，就能經(jīng)受住地震的考驗(yàn)。該類房屋雖然一次性投資增加了一些（據(jù)估算，增加抗震措施僅占房屋建設(shè)費(fèi)用的10％左右），但是在自然災(zāi)害面前卻可以獲得巨大的生命財(cái)產(chǎn)價(jià)值。 
          


          


          
汶川地震給農(nóng)村民居造成的破壞是廣泛而嚴(yán)重的，他們的房屋基本處于無監(jiān)管狀態(tài)，質(zhì)量之差，抗震意識(shí)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(shù)人員關(guān)愛他們的生命，讓我國(guó)改革開放的成果和科技成果的陽(yáng)光都能普照8億農(nóng)民，共同建設(shè)美好的社會(huì)主義新農(nóng)村。 
          
　　 
          
　　6結(jié)束語(yǔ) 
          
　　 
          
　　此次考察結(jié)束了，但地震災(zāi)區(qū)一個(gè)個(gè)滿目傷痕的場(chǎng)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(shè)的工程技術(shù)人員謹(jǐn)記：尊重生命、尊重科學(xué)，讓我們共同把“關(guān)愛生命”作為神圣的社會(huì)職責(zé)，用我們所掌握的專業(yè)知識(shí)為確保人民生命財(cái)產(chǎn)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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          文章標(biāo)題
          
            
          
        
        
     
        
     
     
        
     
     


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