宋小虎,徐其功

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,廣東 廣州 510640;2.廣東省建筑科學(xué)研究院,廣東 廣州 510500)

1 破壞等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

汶川地震發(fā)生后,由廣東省建設(shè)廳組成的房屋鑒定專家援助隊于 2008年 7月 8日抵達汶川縣城威州鎮(zhèn),要求專家援助隊在約一個月時間內(nèi)完成汶川縣城房屋的震后鑒定。據(jù)估計,約有一千多棟房屋需要鑒定。經(jīng)過與當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)部門協(xié)商,本次鑒定工作標(biāo)準(zhǔn)確定為《建筑地震破壞等級劃分標(biāo)準(zhǔn)》[(1990)建抗字第 377號]。破壞等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表 1。

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2 震害統(tǒng)計

至 7月 31日,專家隊完成了汶川縣城 1141棟房屋的震后鑒定作業(yè),總建筑面積達 112.12×104m2。依據(jù)這 1141份鑒定報告,對房屋震害情況統(tǒng)計如表 2～表 4。

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房屋建成于 1974年前的約占 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月建成的房屋占總數(shù)的約 63%,設(shè)計上有抗震設(shè)防的房屋應(yīng)占 85%以上,其中設(shè)防烈度為 7度占 70%。

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住宅房屋約占房屋總數(shù)的 70.29%;辦公樓 9.38%;學(xué)校 10.60%;醫(yī)院 2.02%;還有用于商店等其它用途的房屋約占 7.71%。

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磚木結(jié)構(gòu)的房屋約占房屋總數(shù)的 6.84%;磚房約占73.00%;底層框架磚房 11.48%;框架結(jié)構(gòu)約占 8.50%;還有少量其他結(jié)構(gòu)形式(如鋼結(jié)構(gòu)等)的房屋。

3 震害特點與分析

3.1 從房屋建成年代分析

從汶川縣城房屋破壞狀況來看,不同時期建成的房屋抗震能力有較大差異。我國從 2002年開始采用新的抗震規(guī)范,取代了 1989年頒布的規(guī)范,但縣鎮(zhèn)房屋設(shè)計在執(zhí)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面有所滯后,與抗震設(shè)防要求有一定差距,造成這些房屋抗震能力不足。1990年后設(shè)計建造的建筑表現(xiàn)良好,達到了“小震不壞,中震可修,大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)。倒塌的 20棟房屋中,有 16棟是建于上世紀(jì)七八十年代,而且基本是民房。這些房屋沒有正式設(shè)計或較少采用抗震措施;嚴(yán)重破壞或中等破壞的 732棟房屋中,有 639棟房屋是在 2002年以前建成的;2002年以后新建建筑物發(fā)生整體倒塌的情況少,破壞程度也低于早期建筑物。在同一個街道出現(xiàn)早期住宅樓破壞嚴(yán)重,這說明隨著抗震措施的逐步完善,結(jié)構(gòu)設(shè)計能很好地執(zhí)行相關(guān)要求的情況下,建筑物的抗震能力有很大提高。

3.2 從房屋使用功能分析

在此次地震中,汶川縣城大量民宅損毀,造成了巨大的財產(chǎn)損失。這些房屋修建于不同年代,均為自建,沒有經(jīng)過正規(guī)的設(shè)計和施工,特別是農(nóng)房一直是政府部門監(jiān)管的盲區(qū)。學(xué)校為了滿足教學(xué)功能需求,常常采用底部大開間,在抗震分析中,底部的抗側(cè)剛度不足致使底層薄弱,而薄弱層由于應(yīng)力集中往往最先破壞。部分中小學(xué)教學(xué)樓采用單跨外廊形式,單跨框架兩根柱子一排梁,是最簡單的結(jié)構(gòu)形式,這種結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有多道防線,一根柱子破壞,框架馬上倒塌。為此,新的抗震規(guī)范補充了控制單跨框架結(jié)構(gòu)適用范圍的要求:高層的框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu),多層框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。

此次調(diào)查的學(xué)校建筑共有 121棟,倒塌和嚴(yán)重破壞的占了 76.86%,醫(yī)院建筑共有 23棟,倒塌和嚴(yán)重破壞的占了43.42%,而且這些倒塌和嚴(yán)重破壞的房屋中磚混結(jié)構(gòu)占了大多數(shù)。對于學(xué)校、醫(yī)院等人員較為密集的建筑,應(yīng)按新的抗震規(guī)范提高抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),或選取抗震性能更好的結(jié)構(gòu)體系,如何確保學(xué)校、醫(yī)院等重要建筑的安全已成必須要解決的問題。

3.3 從房屋結(jié)構(gòu)形式分析

3.3.1 砌體結(jié)構(gòu)

汶川縣城房屋結(jié)構(gòu)形式 80%以上是砌體結(jié)構(gòu)。建筑層數(shù)多在 2至 7層。在這次地震中,汶川縣綿池林業(yè)工作站 l棟、阿壩師專某學(xué)生公寓等,這些砌體結(jié)構(gòu)房屋受損較為嚴(yán)重。主要有以下幾種破壞形式:

(1)樓層窗間墻剪切破壞,呈現(xiàn)斜向裂縫或“X”形裂縫(如圖 1);

(2)承重墻有嚴(yán)重的斜裂縫和交叉裂縫,部分承重墻磚塊酥碎、錯位;

(3)底層框架的砌體結(jié)構(gòu)或部分單排框架結(jié)構(gòu),多數(shù)橫墻有明顯的交叉裂縫和斜裂縫;

(4)構(gòu)造柱、窗間圈梁出現(xiàn)斷裂,混凝土崩裂、鋼筋壓曲,下部的墻體出現(xiàn)貫通裂縫(如圖 2)。

圖1 窗間墻出現(xiàn)“X”形裂縫

圖2 墻體出現(xiàn)貫通裂縫

墻體呈斜裂縫,這是由于墻體抗剪能力不足,是比較常見的震害現(xiàn)象,屬于主拉應(yīng)力超過砌體強度所引起的剪切破壞,多集中于門洞之間的窗間墻和窗下墻。當(dāng)?shù)刈越ǚ恐袠?gòu)造柱與圈梁問題也是磚混結(jié)構(gòu)房屋破壞的重要原因,如有些磚混結(jié)構(gòu)房屋根本未設(shè)構(gòu)造柱或構(gòu)造柱設(shè)計錯誤,主要表現(xiàn)為構(gòu)造柱設(shè)置位置不當(dāng)、轉(zhuǎn)角處柱體縱筋未加大、樓(屋)面上下端處箍筋未加密、與圈梁錨固長度不夠等;圈梁問題一般表現(xiàn)為轉(zhuǎn)角處和丁字接頭處縱向鋼筋的錨固長度不足或附加鋼筋不夠,在樓梯間被外窗洞口斷開處的窗過梁未按規(guī)定設(shè)計。

3.3.2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

該類結(jié)構(gòu)由于抵抗變形的能力較強,在地震中豎向混凝土構(gòu)件破壞很少,沒有整體倒塌的危險,但填充墻受到較大損壞,例如汶川縣林業(yè)局辦公樓、汶川縣精美印業(yè)有限責(zé)任公司排版車間、汶川縣工商局辦公大樓等。其震害主要表現(xiàn)為:

(1)山墻、窗間墻、門洞口的邊角處產(chǎn)生斜裂縫或交叉裂縫,或沿窗口上下標(biāo)高產(chǎn)生水平裂縫(如圖 3);

(2)填充墻局部倒塌;

(3)墻體裝飾面脫落;

(4)梁、柱出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫;

(5)框架柱柱頭混凝土被壓碎,柱頭縱向鋼筋壓屈(如圖4)。

填充墻與主體框架結(jié)構(gòu)畢竟不是一體,連接部位在地震作用下難免成為薄弱環(huán)節(jié);填充墻改變了框架結(jié)構(gòu)的傳力及受力,導(dǎo)致主體框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞。關(guān)于框架結(jié)構(gòu)填充墻的破壞機理以及設(shè)計方法,已有學(xué)者做了研究,然而理論依然不成熟,是一個有待深入研究的問題。

圖3 山墻出現(xiàn)交叉裂縫、局部倒塌

圖4 混凝土壓碎

3.3.3 磚木、木、片石、土坯墻結(jié)構(gòu)為主的民房

這些建筑主要集中于汶川縣城的城中村、鄉(xiāng)村、山寨中,基本未納入管理、未經(jīng)正規(guī)設(shè)計;施工較為簡單的木柱、磚柱、土坯墻承重的房屋;建筑層數(shù)多為l至 3層;使用年限較長。在地震作用下,由于缺少抗震措施和牢固的連接方式,導(dǎo)致構(gòu)件間拉結(jié)脫開,變形過大,不能繼續(xù)承重而損壞嚴(yán)重。很多屋面在上下震動中整體墜落,而墻體未發(fā)生太多損壞。還有一些老建筑由于使用時間太久,主要的木構(gòu)件存在蟲蛀、腐爛問題,在地震中受損嚴(yán)重。這類民房多數(shù)被鑒定為“嚴(yán)重破壞”。

4 建筑物修復(fù)、加固與重建建議

4.1 修復(fù)加固

依據(jù)《汶川地震災(zāi)區(qū)城鎮(zhèn)受損房屋建筑安全鑒定及修復(fù)加固拆除實施意見》(四川省人民政府令第 226號)的有關(guān)精神,提出加固建議如下:

(1)對于基本完好和輕微破壞的房屋,按房屋修建時的抗震設(shè)防要求和抗震設(shè)計規(guī)范,通過修復(fù)施工,恢復(fù)到震前狀態(tài)即可繼續(xù)使用。

(2)對中等破壞的房屋,具有加固價值的,按照地震后國家新頒布的抗震設(shè)防要求和房屋修建時的抗震設(shè)計規(guī)范,可采用快速修復(fù),補強,加固。例如,對墻體破壞的修復(fù)可參考以下措施。對破壞偏輕砌體房屋墻體,可采用高標(biāo)號水泥砂漿灌縫,在墻體外表面裂縫處鋪一層鋼板網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)抹高標(biāo)號水泥砂漿修復(fù),對于破壞偏重的,最大裂縫寬度在4mm以上,應(yīng)按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]進行抗震加固。對于框架結(jié)構(gòu)非承重的填充墻體局部破壞,墻體產(chǎn)生裂縫且垂直度在允許范圍內(nèi)的,可進行填充、抹灰修復(fù);墻體出現(xiàn)傾斜,但不影響房屋整體結(jié)構(gòu),可采取拆除局部進行修復(fù)處理;墻體整體傾斜嚴(yán)重,無法修復(fù)的,應(yīng)整體拆除。

(3)對于嚴(yán)重破壞且無加固價值或者倒塌的房屋,應(yīng)立即拆除,消除隱患。

4.2 重建建議

針對房屋的破壞特點,依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范[2],提出恢復(fù)重建建議如下。

(1)建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計要求,選擇規(guī)則、對稱并具有良好整體性的房屋平面布局,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度應(yīng)均勻變化,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。

(2)砌體墻應(yīng)采取措施減少對主體結(jié)構(gòu)的不利影響,并應(yīng)設(shè)置拉筋,水平系梁,圈梁,構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)的可靠拉結(jié)。規(guī)范給出了不同烈度、不同層數(shù)下構(gòu)造柱的設(shè)置部位、截面、配筋與墻體拉結(jié)筋的設(shè)置要求,設(shè)計時應(yīng)按規(guī)范執(zhí)行。圈梁應(yīng)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土,并且與預(yù)制板設(shè)在同一標(biāo)高或緊靠板底,以提高圈梁與墻體、樓板的連接效果,圈梁應(yīng)與構(gòu)造柱可靠連接,圈梁應(yīng)閉合,遇有洞口阻斷時應(yīng)上下搭接。

(3)填充墻應(yīng)優(yōu)先采用輕質(zhì)高強、耗能好的墻板,少用或不用實心磚、空心磚、加氣混凝土砌塊等剛度大、強度低的砌體填充墻;沿填充墻全長設(shè)置拉結(jié)筋:在洞口處設(shè)置上下端箍筋加密的構(gòu)造柱約束墻體保證墻與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠連接。

5 結(jié)束語

地震帶來的災(zāi)害慘重,災(zāi)害過后,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員任重道遠。通過對震區(qū)工程震害的調(diào)查,有以下幾點啟示:

(1)明確嚴(yán)格執(zhí)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的必要性。

(2)選取合適的地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)體系,特別是幼兒園、學(xué)校、醫(yī)院等重要建筑。

(3)高度重視建筑結(jié)構(gòu)施工,把好質(zhì)量關(guān)。

(4)高度重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計。

[1]JGJ116-98建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S]

[2]GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]