汶川地震中绵阳市区和北川县城房屋震害特征

徐政辉 刘丕金

(1.龙口市住房和规划建设管理局，山东 龙口 265701;2.龙口市建筑工程质量监督站，山东 龙口 265701)

1 概述

2008年5月12日的汶川大地震，震源深度距地表10 km～20 km，震级为里氏8.0级，震中位于四川省汶川县，震中最大烈度为11度，其中绵阳市区最大为6度，北川县城为8.6度～11度，绵阳市区按现行抗震规范的抗震设防烈度为6度，北川县城为7度。

绵阳市区破坏较轻，北川县城破坏比较严重，房屋大部分倒塌。绵阳市区和北川县城的民用房屋结构形式主要为砖砌体结构、钢筋混凝土框架结构，其中绵阳市区有部分钢筋混凝土剪力墙结构和框剪结构，但破坏都比较轻微，主要是填充墙出现裂缝。工业厂房结构形式有砖砌体结构、钢筋混凝土框架结构和门式刚架结构形式。此次地震破坏较严重的是砌体结构(尤其是未采取抗震构造措施的砌体结构)和钢筋混凝土框架结构。

2 各种结构形式房屋的震害特征

2.1 多层砖砌体结构的震害特征

除整体倒塌外，房屋主要有以下震害特征:

楼梯间顶层墙体破坏，主要原因是由于顶层楼梯间墙的计算高度比普通层大造成自身稳定性差，且凸出屋面楼梯间存在鞭梢效应，凸出部分又缺少加强整体性的构造连接措施，所以震害比较严重。图1即是一多层出屋面楼梯间的破坏情形。

楼盖及屋盖的预制板之间及预制板与顺板向的梁之间出现裂缝较多。

砌体结构外墙倒塌，屋顶外墙角开裂或塌落，墙体出现斜裂缝或X裂缝，窗台下的墙角处出现斜裂缝，纵、横墙交接处开裂(纵横墙处未设构造柱)，泥瓦屋屋脊和檐口破坏，坡度较大的房屋屋顶溜瓦，屋盖(特别是木屋盖等整体性较差的屋盖)垂直下塌，顶层塌等。

设计时由于洞口布置不合理导致出现比较大的斜裂缝，绵阳市区一新建小区整体破坏较轻微，但个别户型单元承重墙却出现比较大的斜裂缝和X形裂缝，主要原因笔者认为是由于此片墙为承重外墙且设计时洞口布置不合理所致。

值得一提的是绵阳市区内建于20世纪50年代的空斗墙砌体多层住宅比建于80年代的同样层数的普通砖砌体多层住宅破坏要轻很多，通过调查分析，笔者认为主要原因在于:除施工质量的差异和地震作用的不确定性外，建于50年代的空斗墙砌体在首层楼板和屋面板处设置了两道圈梁，大大提高了结构的整体性，见图2。

图1 出屋面楼梯间破坏

图2 50年代空斗墙房屋破坏轻微

由于烈度较高，北川县城内多层砌体房屋大部分倒塌，仅存的破坏较轻的几座都是经过抗震设防，按规范要求设置了较多圈梁和构造柱，且施工质量较好的房屋，见图3。

通过对比绵阳市区和北川县城的震害可以发现，按现行《建筑抗震设计规范》进行正规设计、施工的多层砖砌体房屋比未进行抗震设防的房屋具有更好的抗震能力，经过抗震设防的多层砖砌体房屋是可以应用于地震区的。

2.2 底框砖砌体结构的震害特征

为获得较大使用空间，砌体房屋的底层设计为框架结构(或底层落地墙体较少)，这种柔性底层建筑(我国也叫鸡腿建筑)的底层与上部各楼层的抗侧刚度差别较大，地震时底层形成薄弱层较易破坏，北川县城底框砖砌体结构全部在底层发生倒塌，而上部结构基本完好，见图4。现行抗震规范也限制了这种结构形式在高烈度区的使用，使用时应设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙，使底层形成具有二道防线的框架抗震墙体系，有利于改善底层的抗震能力。

图3 经过抗震设防的房屋

图4 底框砖砌体房屋底层倒塌

2.3 钢筋混凝土框架结构的震害特征

总体上绵阳市区的框架结构房屋震害轻微而北川县城的震害比较严重，这与它们的烈度直接相关。

框架结构地震破坏现象主要表现为:梁、柱与填充墙开裂、脱开，部分填充墙产生剪刀形或沿洞口周边的斜向开裂;大部分倒塌框架结构房屋的柱端破坏，主要是由于梁和楼板共同工作，刚度较大，形成强梁弱柱结构;框架梁、柱节点在柱顶施工缝处拉断破坏，主要原因是由于施工时在柱顶留缝，再浇梁，施工缝往往不清理从而形成薄弱截面;框架梁、柱节点核心区剪切破坏或压酥;框架柱端大量剪切破坏，原因是柱端箍筋没有加密和节点核心区的施工质量较差;位于端部的楼梯间破坏较严重，某3层框架结构整体破坏较轻微，但楼梯间处破坏严重，填充墙严重开裂，2层和3层楼梯平台梁被梯板剪断，见图5。另一5层框架整体破坏较轻微而楼梯板出现贯通剪切斜裂缝，其主要原因为楼梯梯段板与框架形成具有较大抗侧刚度(相对于框架本身)的桁架使得楼梯分担较多的地震力从而带来楼梯间梯梁和梯板的破坏，位于端部的楼梯间由于扭转效应的放大作用破坏更为严重;较大跨度窗洞口(大于4 m)过梁下填充墙出现裂缝较严重，且过梁与两侧砖墙脱开向面外倾斜，笔者建议大于4 m的过梁下宜设构造柱且过梁宜与两侧主体框架结构可靠拉结(形成圈梁)。

图5 楼梯平台梁被梯板剪坏

值得一提的是，框架间有较多填充墙的建筑明显轻于无填充墙或填充墙较少的建筑，绵阳市区一做库房用的无填充墙的柱底和柱顶出现了明显的剪切裂缝，而条件基本相同的另一填充墙较多的办公楼柱底和柱顶就没有出现裂缝。神户地震震害的调查也表明许多纯框架高层建筑物发生了倒塌而框架间有砌体填充墙的结构，均未发生倒塌。地震时由于填充墙具有较大的初始抗侧刚度能够分担整个建筑的很大一部分地震剪力，使框架承受的地震剪力减小，采取合理抗震构造措施的填充墙能够通过自身的变形与破坏耗散部分地震能量，同时填充墙是非承重构件，它的破坏不会直接危及整个建筑结构的安全，笔者认为具有较多填充墙且平面布局比较均匀的框架结构可以适当考虑其抗震的有利作用，可以将采取合理抗震构造措施的填充墙作为抗震第一道防线。在设计框架结构时，对框架结构周期的折减比例及其带来的地震力的放大是否合理以及对填充墙采取怎样的抗震构造措施应通过进一步的研究来确定。

2.4 钢结构门式刚架厂房的震害特征

绵阳市区内的门式刚架厂房破坏较轻，主要有以下震害特征:

由于门式刚架厂房地震时侧向变位较大带来吊顶的大面积破坏;门式刚架横梁与其下隔墙由于变位不一致而发生碰撞破坏;吊车梁支座处由于地震作用产生面外拉力导致支座产生与主体结构的连接破坏，一般为焊缝脆性开裂破坏;门式刚架柱柱间柔性支撑在铸铁花篮螺栓处发生脆性拉断破坏;自承重墙由于高度较高自身稳定性差，顶部无压顶或缺少与上部构件的可靠连接，导致砌块掉落伤人严重的整体面外倒塌。

3 其他震害

1)建造在斜坡上的建筑物震害一般比平坦场地上的震害严重，同时山体滑坡容易引起建筑物的倒塌、倾斜。位于北川县城的某中学就几乎被山体滑坡所覆盖造成人员无法逃生。抗震规划选址应注意山体滑坡和泥石流对建筑物的破坏和对人逃生过程中的伤害。同时建造在斜坡上的建筑之间的间距应满足一定要求，由于距离太近，北川县城的一座建筑由于整体倒塌直接砸向其邻近的建筑造成另一座建筑的破坏。因此应重视抗震规划与选址，注意楼与楼之间的最小间距。2)砖砌墙由于温差引起的裂缝或不均匀沉降引起的裂缝作为初始缺陷扩大了抗震时的破坏程度。垂直于地震作用方向的端山墙和女儿墙由于存在初始的温差引起的裂缝在地震作用下与垂直于它的墙体发生碰撞形成了贯通裂缝;沿地震作用方向的外墙由于不均匀沉降引起的初始裂缝在地震作用下形成更大更贯通的裂缝。3)不同结构体系的混用(部分框架、部分砖混)，由于砌块墙体的初始抗侧刚度较大分担了大部分的地震剪力造成砌块墙体开裂破坏严重。4)伸缩缝、沉降缝、抗震缝通常只有3 cm，甚至更小，导致两侧碰撞破坏，另外应注意变形缝处的建筑构造处理，宜采用柔性构造，不当的处理方式会使非结构构件掉落伤人。5)局部凸出屋面部分结构及附属构件的破坏，凸出屋面的电梯间、水箱间、烟囱、女儿墙和山墙墙檐局部凸出屋面部分等由于鞭梢效应，破坏较多，这也是以往地震常见的震害。6)在建房屋应注意施工中的稳定性，特别是面外稳定。绵阳市区在建的钢结构门式刚架工业厂房的横梁由于缺少临时支撑措施，造成多根横梁发生面外较严重的扭曲。

4 结语

经过抗震设防和结构合理布置的房屋震害明显轻于未经过抗震设计的房屋，同时建筑场地的合理选择、结构的抗震概念设计及采取必要的抗震构造措施都是减轻震害的有效措施。

[1] 杨春田.日本神户市建筑结构震害特征分析[J].特种结构，1995(7):8-10.

[2] 胡庆昌.钢筋混凝土结构楼梯间与楼梯的震害及设计建议[J].建筑结构，2005(10):31-32.

[3] 叶耀先，韩毓芬.1995年日本兵库县南部地震钢筋混凝土建筑物震害[J].建筑结构，1996(5):41-45.