汶川地震绵竹震害调查及对乡镇建筑抗震建设的思考

分类：建筑设计论文发表 时间：2012-10-19 16:17 关注：(1)

　　陈 振 陈红营

　　河南三建建设集团有限公司

　　【摘要】：本文在对绵竹市建(构)筑物震害调查基础上，对绵竹地区5·12汶川地震乡镇一级建(构)筑物的典型震害进行了重点剖析，分析了绵竹地区建(构)筑物的地震灾害的主要影响因素，在此基础上对我国乡镇一级城镇建筑物的灾后重建和建筑物抗震建设提出了几点建议.

　　【关键词】：地震工程;震害调查;乡镇建筑物;灾后重建

　　2008年5月12日14时28分发生在四川汶川I的里氏8.0级地震是中国建国以来最为强烈的一次地震，严重受灾地区达10万km2，造成了四川、重庆、甘肃、陕西等省、市部分地区基础设施严重破坏，特别是在川西北一带都江堰、映秀、汶川、理县、茂县、绵竹等沿山城镇.据初步统计，这次地震已造成650多万间房屋倒塌，2 300多万间房屋损坏，北川县城、汶川县映秀镇等部分城镇夷为平地这次地震发生在龙门山断裂带，它的轴线大致从都江堰市以北、汶川、茂县、北川、平武、青川，自西南至东北集中分布在约300 km的一条狭长地带.它涉及面广，人员伤亡惨重.截至目前，死亡及失踪人数已近10万人，而其中95%左右的人员伤亡是由于房屋倒塌造成的，仅有不足5%的人员伤亡是由于地震引发的山体滑坡、岩石崩塌、火灾等次生灾害而成.有鉴于此，在既定地震烈度下建筑抗震的质量问题显得尤为重要.在此基础上对建(构)筑物的抗震和地震工程的发展进行了反思，对我国乡镇一级城镇建筑物灾后重建提出了相关意见和建议

　　1 汶川地震绵竹市建筑物震害调查

　　1.1绵竹市地理位置

　　绵竹市距成都市83 km，位于四川盆地西北部，东西宽40 km，南北长约61 km，幅员面积1 244.17 km2.绵竹东南临德阳，西南与什邡隔河相望，东北与安县接壤，西北与阿坝州相连.绵远市地处龙门山中段及沱江上游的绵远河、石亭江冲洪积平原上，东南为广阔的平坝，是成都平原的一部分;西北是挺拔的山岭，属盆周山区.境内山区和平原平分秋色，界限分明(海拔504'--'4 285m)，西北为重山峻岭、东南为平畴沃野，内河纵横，水源充沛.绵竹市辖24镇2乡，263个村民委员会，42个居民委员会，1 915个村民小组，全市总人口51.37万人.截至目前，绵竹市死伤人数已达5万余人.另外，初步测箅直接经济损失约为1367亿元.

　　2 绵竹市乡镇房屋震害影响因素分析

　　2.1绵竹市乡镇主要建筑物类型及典型震害表现灾区调查表明，当前绵竹地区乡镇一级建筑的主要形式有砖木结构、砖混结构、底层框架上部砖混结构或不规范的混合结构等.在乡镇一级城镇中大量存在的不规范的混合结构，一种是迎街面有框架柱和框架梁，背街面采用砖混结构的“混合底框”;一种是底层迎街面局部框架其他空间为砖混的混合结构.这些不规范的混合结构基本都是农村民居，其存在主要在于农村经济水平低下.下面分别就这几种主要结构形式房屋的地震破坏表现进行论述.

　　(1)砖木结构.绵竹市调查的三个乡镇中，砖木结构建筑物有一定数量存在，这种建筑结构形式在绵竹地区农村比较普遍，在乡镇一级城镇有少部分存在.且大多施建于20世纪70年代末以前.砖木结构承重墙、承重柱采用砖砌筑或砌块砌筑，屋架用木结构(典型结构形式).就本次调查而言，砖木结构普遍采用顶部木屋架，或砖混结构上托一层的砖木结构，因砖木结构屋架轻，有利于抗震.但绵竹地区砖木结构屋架多采用小青瓦干散形式，因此该种形式的结构多出现干散小青瓦震落，木屋架多数轻微或严重移位现象.木屋盖房屋的屋盖整体性普遍不足，部分房屋的檩条、木椽尺寸偏小，未铺设望板或设置屋盖支撑.同时，山墙处大多采用硬山搁檩的方式，檩条支座不稳固，在遭受地震作用时造成山墙局部破坏和屋盖坍塌.总体来看，该类房屋震害严重，倒塌率高.

　　(2)砖混结构.砖混结构是绵竹地区乡镇一级城镇住房的主要形式.砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或砌块砌筑，柱、梁、楼板、屋面板等采用钢筋混凝土结构.通俗地讲，砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构.砖混结构的主要承重结构是粘土砖和小部分钢筋混凝土构件，这种结构形式适用于多层住宅，它的优点是造价低，保温、隔热性能好，便于施工.缺点是房屋开间、进深受限制，室内格局一般不能改变，墙体结构占据空间过多，整体性、耐久性较差.绵竹地区乡镇一级砖混结构房屋目前存量较大，大部分居民住宅都是这种结构形式.就这次乡镇一级城镇建筑调查情况看.砖混结构建筑损毁严重.大部分多层砌体房屋的纵、横墙出现剪切型单向或交叉的斜裂缝.这种现象主要集中于多层砌体房屋的一、二层，在同一幢建筑物中单向斜裂缝的宽度要大，主要出现于内横墙和部分外纵墙的窗间墙上，严重者，外纵墙闪脱，交叉斜裂缝主要出现于窗间墙、窗下墙和山墙上.部分砖混结构承重墙闪倒，预制板垂挂.多层砌体房屋的构造柱破坏较严重，尤其是房屋角部的构造柱多出现水平裂缝或斜向裂缝，严重的柱被剪断形成水平向错动.钢筋屈曲成灯笼状，甚至被拉断.房屋散水区域的地面下陷，地面与建筑物外墙之间出现垂直错动.这一方面是因为由砖或砌块砌筑而成的砖混结构其材料呈脆性，抗剪、抗拉和抗弯强度均较低，抗震性能较差.但更多的是因为乡镇一级房屋建筑未能严格执行设计及施工规范，因此，在强烈地震作用下，破坏率较高.

　　(3)底层框架结构.随着经济水平的提升，近些年来大部分地震设防地区都强制要求4层以上建筑改为框架结构，同时高层建筑中剪力墙结构或框架剪力墙结构应用普遍，抗震性能较好.在绵竹震害调查中，当地普遍采用所谓的“底层框架结构”.绵竹乡镇一级城镇有两种所谓的“底层框架”，一种为“标准底框”，即一层为标准框架结构，另一种是在迎街面设置有框架柱和框架梁，但在背街面普遍采用砖混结构的所谓的“混合底框”.就标准底框结构而言，一般仅底层填充墙有X型裂缝或斜裂缝，框架柱边有沿柱的裂缝，但主体结构震害较轻.但对于混合底框结构(底层迎街面为框架结构、背街面为砌体结构)而言，其底层背街面外纵墙中的窗间墙严重开裂，其纵墙形成大量的X形缝.在破坏严重的该类房屋中，窗间墙甚至出现解体和大面积塌落现象，导致背街面一层倒塌，造成建筑物整体倾斜后仰。此类建筑物大多数已经严重损伤，不能满足现行规范要求，需要进行加固处理或予以拆除.乡镇建筑物抗震性能的影响因素分析高烈度地震中，建筑物受地震破坏影响主要有上下颠簸、水平摇摆和左右扭转三种形式，在近震区，多数时候是三种方式的复合作用.地震波传播方式有纵波、横波、面波.纵波使建筑物上下颠簸，如建筑物来不及一起运动，纵波可使底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压力，就可能超出底层柱、墙的承载能力，从而使底层垮掉，进而引起整个建筑直接“坐”下来，原来的第三、四层楼瞬间可变为“第一层”.地震的面波使建筑物水平摇摆，其相当于对建筑物沿水平方向施加了一个反复作用力，如底部柱、墙的强度或变形能力不足，将导致建向同一方向歪斜倾倒，地震的第三种作用是扭转，地震面波到达建筑物两端出现时间差时，建筑物就会发生扭动.建筑物抗扭能力一般较差，很容易扭坏.

　　建筑物的受损情况除了与震级作用大小有关外，还与建筑物的场地条件、设计、施工等多种因素密切相关ET-s3.但就绵竹地区城镇一级建筑物的震害调查而言，我认为城镇一级建筑物的抗震性能主要和以下因素有关：

　　(1)城镇一级建筑物的结构形式.一般而言，砖混结构的抗震能力要比钢筋混凝土框架、框架一剪力墙弱.底层框架上部砖混、带转换层的房子、底层空旷的房子、板柱体系的房子抗震能力都比较差.底层弱容易“坐”下来.绵竹市为县级市，在20世纪80年代和90年代早期，建筑设计的质量不高，出现了很多结构体系混乱的建筑，如前述的“混合底框”，迎街为框架梁柱，背街为砌体承重;在所谓的“混合底框”中，砌体均作为承重砌体;在需要大空间时则增加少量梁柱等，特别是在邻街的底层局部框架中，而其他区域均为砌体结构的砌体房屋.这种所谓的“混合砌体”结构体系的缺陷突出，毗邻局部框架砌体部分承受了很大的局部地震作用，在强震中成为整个结构体系中的薄弱环节.这些房屋的刚度分布不均匀，各结构体系的变形能力、延性差别较大，造成震害严重甚至倒塌.而严格遵循《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)设计的房屋，包括底框结构，虽然绵竹的实际烈度大于该地区规定的设防烈度(7度)，但震损均较小，倒塌率很低.就绵竹灾害统计而言，框架体系优于底框体系、底框体系优子砌体结构.(2)建筑物的场地条件及建筑物体形.一般而言，建筑物震害程度与震中距及断裂带的距离有很大关系.研究资料表明：九龙、汉旺、遵道等距龙门山断裂带很近山体滑坡严重，山脚处乡镇的建筑震害明显重于城区建筑，大部分建筑倒塌，未倒塌建筑也遭受了严重破坏;而距山脚稍远的玉泉、板桥等乡镇建筑震害明显减轻.另外，体形规则均匀、对称的建筑物的抗震能力强.而上大下小头重脚轻的建筑物，平面局部凸出的“L”形、“丁”字形的建筑物和一头沉一头轻的扭转不规则建筑物的抗震能力都较差.这一震害特点再一次说明建筑抗震概念设计的重要性，好的概念设计的效果远胜于盲目进行复杂程序计算分析的效果.同时也进一步启发设计师应明确，一个优秀的建筑应该是美学与力学、功能与安全相互和谐的统一体.(3)建筑设计、施工及建筑材料的质量.就绵竹三镇调查而言，很多严重损伤的建筑物在设计和施工方面均存在较明显问题.例如，缺少必要的圈梁、构造柱等抗震设计.部分砌体房屋的施工质量差，砂浆的强度等级差、构造柱混凝土强度等级严重不足，钢筋过细等.乡镇农村自建房屋墙体砌块竖缝无浆或通缝现象较普遍.部分底框混合结构的梁、柱箍筋间距有问题，混凝土保护层过薄、钢筋锈蚀严重.个别学校砖混校舍甚至圈梁和构造柱没有整体浇注形成节点，导致整体垮塌.相反，能够按照抗震规范合理设计，按照设计图严格施工，技术质量控制到位的建筑物质量均较好，抗震能力强.在这类建筑中，基本完好以及少量裂缝的占到近80%，并且基本都可保证大震不倒.这一结论在对绵竹市区内近十年建筑物震害调查中均可以得到有力验证.这一事实也同时验证了我国当前建筑抗震设计规范基本是科学、合理的.

　　3 乡镇一级城镇灾后重建思考与建议

　　目前，农村相当数量房屋属于自建住房，没有一定的设计标准和施工标准，建筑质量偏低，遇到自然灾害很难躲避.在新农村建设中，农村住房质量应该引起高度重视，至少要保证一定的抗震设计及施工水平，保证高烈度地区农村人员的安全.基于以上考虑，我建议：

　　(1)在乡镇一级民居建设中，应根据乡镇居民的传统生活习惯、居住模式、建筑材料来源和收入水平等，研究和制定抗震性能良好、经济实用的村镇民居系列建筑标准图集，应禁止农村民居建筑采用局部底框砌体结构;

　　(2)在乡镇一级民居建设中，应建立适合村镇建设的政府及社会质量监督体系，提高并严格建筑资质和行业准入制度管理;

　　(3)在乡镇一级民居建设中，应以当地政府为主导，动员相关社会专业力量加强培训当地工匠，规范和提高乡镇民居的施工水平。

　　作者简历： 陈 振 男 1969年12月21日生 工程师 一级建造师

　　陈红营 男 1970年 6月10日生 工程师 一级建造师