汶川地震砌體房屋破壞現(xiàn)象及分析

汶川地震砌體房屋破壞現(xiàn)象及分析【摘要】近年來，我國先后出現(xiàn)了汶川、玉樹等大地震，造成極震區(qū)80%~90%以上房屋建筑倒塌或嚴(yán)重破壞，其中砌體房屋震害嚴(yán)重，即使未倒塌也出現(xiàn)嚴(yán)重破壞不能繼續(xù)使用，造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震性能的好壞直接關(guān)系到人民群眾生命和財產(chǎn)安全。當(dāng)汶川大地震發(fā)生后，針對該地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)房屋的震后破壞現(xiàn)象進(jìn)行廣泛深入的調(diào)查，分析汶川地震后砌體結(jié)構(gòu)房屋震害現(xiàn)象、砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞類型和產(chǎn)生原因，探討砌體房屋震害規(guī)律和影響砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素。【關(guān)鍵詞】汶川地震;砌體房屋;震害規(guī)律1.砌體結(jié)構(gòu)在汶川地震中的震害表現(xiàn)全世界的地震災(zāi)害對建筑物的破壞性極大。我國是一個幅員遼闊，人口密集的國家，大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村仍然以磚石砌體結(jié)構(gòu)房屋為主。2008年5月12日汶川地震約7萬人死亡2萬人失蹤，一些建筑群或臨街建筑成片倒塌。在都江堰市、綿竹縣等高烈度區(qū)砌體結(jié)構(gòu)震害也比較嚴(yán)重，部分房屋倒塌，多數(shù)嚴(yán)重破壞或中等破壞。汶川地震災(zāi)害調(diào)查，砌體房屋的主要震害有墻體開裂、房屋整體倒塌、房屋局部倒塌幾種情況。根據(jù)汶川地震大量的震害調(diào)查結(jié)果，多層砌體房屋的主要震害可以歸納為墻體開裂、房屋局部倒塌、房屋整體倒塌。1.1墻體開裂地震作用后，砌體結(jié)構(gòu)房屋中往往會出現(xiàn)大量的裂縫，但這些裂縫在較長時間內(nèi)還不穩(wěn)定，容易引發(fā)墻體破壞甚至倒塌。砌體結(jié)構(gòu)房屋中大多數(shù)墻體出現(xiàn)剪切破壞導(dǎo)致的裂縫。第一種類型是主拉應(yīng)力引起的剪切破壞裂縫，是墻體在地震產(chǎn)生的剪力作用下，墻體內(nèi)的主拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度，引起墻體損壞，其裂縫形態(tài)是在墻體的中部，即剪應(yīng)力最大區(qū)域首先產(chǎn)生裂縫，向兩端沿約45o方向發(fā)展，裂縫表現(xiàn)為中間寬、兩頭尖，存在向兩端發(fā)展的趨勢，裂縫初期一般不會發(fā)展到墻體邊緣。這類裂縫一般是先在墻體上出現(xiàn)斜向或交叉斜裂縫，進(jìn)而出現(xiàn)滑移、錯位、破碎、散落，直至喪失承受豎向承載力而倒塌。1.1.1墻體交叉斜裂縫：主要由于水平地震力墻體中引起的主拉應(yīng)力超過墻體的抗拉強(qiáng)度所致。地震反復(fù)作用，即形成交叉斜裂縫。通常在建筑物橫墻、山墻及縱墻的窗間墻出現(xiàn)這種裂縫。1.1.2豎向裂縫：常發(fā)生在縱橫墻交接處。是由于應(yīng)力集中且受力復(fù)雜，致使墻體抗震成為薄弱環(huán)節(jié)。1.1.3水平裂縫：常發(fā)生在縱向窗間墻的上、下截面處以及樓蓋與墻體連接處。前者是由于地震作用引起窗間墻受彎以及受剪所致，而后者是由于樓蓋與墻體錨固差，在地震作用下發(fā)生水平錯動。1.1.4窗間墻沉降斜裂縫：當(dāng)砂土地基液化引起噴水冒砂時，地基就會出現(xiàn)不均勻沉降，從而導(dǎo)致窗間墻兩側(cè)出現(xiàn)約45°斜裂縫。1.2房屋局部倒塌1.2.1墻角倒塌：因為墻角位于房屋盡端，房屋整體對它的約束作用較弱，同時地震引起的扭轉(zhuǎn)作用在墻角處影響較大，故房屋墻角構(gòu)造與連接不可靠時易出現(xiàn)倒塌。1.2.2縱墻倒塌：地震對房屋的作用可能來自任何方向，在雙向地震作用下，縱橫墻交接處受力復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重。若因為設(shè)計不當(dāng)或施工缺陷造成縱橫墻連接不可靠，則易出現(xiàn)整片縱墻外山倒塌。1.2.3樓梯間墻體倒塌：樓梯間墻體受樓板的約束作用減弱，空間剛度差，當(dāng)?shù)卣鹆叶容^高而構(gòu)造與連接不可靠時，樓梯間易出現(xiàn)倒塌。1.2.4變形縫兩側(cè)墻體倒塌：在地震中，由于變形縫寬度不足，縫兩側(cè)的墻體發(fā)生相互碰撞，從而導(dǎo)致房屋嚴(yán)重破壞或局部倒塌。1.3房屋整體倒塌砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力一般相對較低，在歷次大地震中震害都較嚴(yán)重．此次汶川地震多數(shù)受災(zāi)地區(qū)的設(shè)防烈度為6-7度，且部分地區(qū)較早前修筑的砌體結(jié)構(gòu)和底部框架結(jié)構(gòu)未進(jìn)行抗震設(shè)防．而汶川地震中部分受災(zāi)地區(qū)的實際烈度超過了設(shè)防烈度較多，有的地區(qū)甚至達(dá)到了10度。在這次大地震中這類房屋的震害很嚴(yán)重。在北川縣城、汶川縣漩口鎮(zhèn)、映秀鎮(zhèn)等極震區(qū)80%~90%以上倒塌或嚴(yán)重破壞，一些建筑群或臨街建筑成片倒塌，未倒塌的破壞也相當(dāng)嚴(yán)重而不能繼續(xù)使用，如圖1所示；這種情況主要表現(xiàn)為房屋轉(zhuǎn)角部位局部崩落，或嚴(yán)重開裂；是由于墻體強(qiáng)度不足而倒塌或嚴(yán)重開裂破壞；坡頂瓦屋面的房屋塌頂或連同頂層一起倒塌；一些年代較久的老舊房屋震害更為嚴(yán)重。圖1震后映秀鎮(zhèn)房屋倒塌嚴(yán)重房屋整體倒塌主要有以下幾種情況：（1）底層先倒，上層隨之倒塌：多發(fā)生在地震作用大，房屋整體性好，而底層墻體整體抗剪承載力不足且連接構(gòu)造不可靠的情況下。（2）中，上層先倒，砸塌底層：多發(fā)生在房屋整體性較差且連接構(gòu)造不可靠，上層墻體抗剪承載力過于薄弱的情況下。（3）上、下層同時倒塌：當(dāng)?shù)卣鹱饔煤軓?qiáng)，而墻體整體抗剪承載力很低且連接構(gòu)造差時，多發(fā)生上下同時整體散碎坍塌。（4）樓（層）面板整體塌落：多發(fā)生在采用預(yù)制樓（層）面層且圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置欠缺。房屋整體性差的情況下。（5）施工質(zhì)量差、連接構(gòu)造不可靠亦導(dǎo)致房屋整體或局部倒塌。2.砌體房屋震害規(guī)律分析震害的發(fā)生是由外部條件（地震動）和內(nèi)在因素（結(jié)構(gòu)特征）兩方面原因促成的。從地震動的角度考察，地震波包括有水平、垂直、扭轉(zhuǎn)等方向的分量。因此，與水平地震力作用方向大體一致的墻體，會因為墻體的主拉應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到限值而產(chǎn)生斜裂縫。由于地震力的反復(fù)作用，將形成交叉裂縫。而與水平地震力作用方向基本垂直的墻體，尤其是房屋的縱墻，則會因出平面的彎曲破壞造成大面積的墻體甩落。受垂直方向地震力的作用，墻體會因受拉出現(xiàn)水平裂縫。而在扭轉(zhuǎn)地震力的作用下，房屋的端部、尤其是墻角處易于產(chǎn)生嚴(yán)重的震害。從結(jié)構(gòu)特征方面考察可以發(fā)現(xiàn)：在受力復(fù)雜、約束減弱、附屬結(jié)構(gòu)等部位，往往是震害易于發(fā)生的地方。通過對汶川及其近年來地震后房屋建筑的破壞現(xiàn)象的調(diào)查分析，得出多層砌體房屋的震害規(guī)律如下：房屋的層數(shù)越多、高度越高，破壞越嚴(yán)重；不同烈度時的破壞部位變化不大，破壞程度有顯著差別；墻體承載能力不足產(chǎn)生的X型裂縫或單向斜裂縫；內(nèi)外墻交接處的破壞：7度時開始有破壞，8度時普遍和嚴(yán)重，9度時可能甩出；墻體轉(zhuǎn)角部位應(yīng)力集中容易產(chǎn)生破壞，尤其是房屋的四角，兼受扭轉(zhuǎn)等復(fù)合應(yīng)力，特別容易產(chǎn)生破壞，甚至引起倒塌；圈梁未設(shè)置或設(shè)置不當(dāng)時，地震時隨外墻倒塌而脫落；汶川地震中砌體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱發(fā)生壓屈、剪切破壞。有效抑制了墻體開裂，防止結(jié)構(gòu)的倒塌；木屋蓋整體性差，地震時木屋架易塌落，頂層墻體破壞嚴(yán)重；預(yù)制空心板間如無可靠連接，樓屋蓋整體性差，地震破壞嚴(yán)重；山墻開洞較多，削弱墻體強(qiáng)度，地震后破壞嚴(yán)重；樓梯間易發(fā)生破壞；屋面局部突出的破壞，如女兒墻偏高，無任何拉結(jié)措施，或拉結(jié)措施不當(dāng)，地震時易開裂或閃落；結(jié)構(gòu)體系、布局不合理易引起震害；體系不規(guī)則加重地震破壞。3.結(jié)論本文基于汶川地震砌體房屋的震害現(xiàn)象，結(jié)合砌體結(jié)構(gòu)抗震基本理論，在設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，對砌體結(jié)構(gòu)房屋震害現(xiàn)象，砌體結(jié)構(gòu)房屋的破壞類型和產(chǎn)生原因進(jìn)行了深入分析，提出現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗震問題以及解決的方法?！觥緟⒖嘉墨I(xiàn)】［１］豐定國，王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2001．［２］砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50003-2001)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．［３］貢忠義.砌體結(jié)構(gòu)抗震措施整體作用研究[D