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5.12地震后震区农村建筑物震害分析和对策
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内容提示：中国农村建筑物的抗震性能普遍偏低,经过汶川5.12地震后,惨痛的人员财产损失引起了有关部门对农村建筑物安全的高度重视,为了了解震害产生的原因,有必要对5.12地震后震区农村建筑物震害进行研究。以震区几种农村典型建筑物的震害现象为例,对各类建筑物遭受不同程度的破坏进行了破坏机理分析。揭示了震害产生的原因,暴露出农村建筑物存在问题很多。分析结果表明,在震区的广大农村应提高人们的房屋安全思想认识,采取合理的房屋安全建筑措施,并应大力推广木构架结构的房屋。
0 引 言
汶川大地震发生于2008-05-12,北京时间14时28分04秒,震中位于中国四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内。根据中国地震局的数据,此次地震的面波震级为8.0Ms,矩震级达到了8.3Mw,破坏地区超过10×104km2,震中亦位于汶川县境内,东经103.279°,北纬31.099°,震源深度为19km,地震烈度达到11度,地震造成了大量的人员伤亡与财产损失,是新中国成立以来破坏力及波及范围最大的一次地震灾害,裂度和规模均超过唐山大地震。尤其是农村建筑物在这么大的地震灾害面前更加暴露了其弱点。本文结合地震中的实例照片,从几种农村常见建筑物对震害进行简单分析,并提出一些简单的对策。为提高农村建筑物的抗震效果提供一些参考。（参考《建筑中文网》）
1 农村各类房屋建筑震害特征
1.1 砖木结构房屋
当地砖木结构建筑主要为穿斗木构架砖墙房屋,为由木构架承重的坡瓦屋顶居多,开间(多为三开间)的单层(双层)结构形式,还有在三开间的两边各加一间房子,成双L型,俗称明三暗五(表面看是三间房子,其实是五间)。
穿斗木构架的竖向木架柱和水平向木梁之间采用榫接,形成了整体受力体系,而且其木榫结点在水平地震力作用下变形大,水平方向构件的延性大,自身又是一个耗能构件,因此这类结构抵抗地震作用的能力较强[1]。据南江县委有关负责人介绍,在调查核实灾情的时候,发现凡是穿斗木结构的房屋均经受了强地震的考验,由于灾区森林资源十分丰富,所以修建穿斗木结构房屋可就地取材。根据相关资料穿斗木结构的房屋每平方米造价少于300元,比钢筋混凝土房屋造价每平方米减少近500元。所以穿斗木结构的房屋既安全,经济又环保。
但是由于农村房屋大多没有设计图纸,全是根据工人师傅的经验来进行整体设计和经验施工,造成了砖木结构建筑的以下几个缺点,这些在地震力面前表现了出来。
(1)建筑设计应符合抗震概念设计的要求,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性[2],但是农村的房屋大多采用双L型(或是L型),因质心与刚心不重合,远离刚心的构件,由于侧移量很大,所分担的水平地震剪力就大,容易出现如图1所示破坏。
图1 L形房子两个方向裂缝
(2)突出部分与主体结构没有采用任何拉接措施,所以产生图2的破坏形式。
图2 纵墙角部出现纵横墙脱离的裂缝
(3)梁、柱、檩等构件连接不牢固导致的木骨架破坏,在地震荷载作用下,构架节点的受力比较复杂,榫接节点的榫头容易松动和脱落,易造成木构架的倾斜和倒塌,再加上屋顶自重大,所以造成如图3~图4的破坏形式。
图3 瓦片由于地震的作用掉落
图4 散开的椽,横墙出现斜裂缝
1.2 木结构房屋
木结构房屋本身具有很好的韧性,能够产生较大的位移而不破坏,且木结构的箱式结构将力均分,自身结构轻,又有很强的弹性回复性,对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力,所以在大地震中吸收的地震力小,在基础发生位移时可由自身的弹性复位而不至于发生倒塌,所以木结构房屋具有较好的抗震性能,但是由于农村经济条件落后,很少进行木结构方面的正规设计,施工也不可能严格按照要求,另外加上木结构造价较高,维护费用高,其大面积的推广运用很有困难。如图5所示。
图5 抗震性能较好的木结构房屋
1.3 砖混结构
大多为住宅楼,一般3~6层。
由于砖混结构的用料是脆性材料,抗剪承载力不足,塑性变形能力差,延性小,所以容易产生裂缝。
产生裂缝的类型:主要有“X”形、水平和竖向三种类型。
1.3.1 “X”形裂缝
墙体在竖向压力和反复水平剪力作用下产生的裂缝。常出现“X”形裂缝的位置:与主震方向平行的墙体;在横向,房屋两端的山墙;在纵向,窗间墙。如图6所示。
图6 砖混的学生宿舍楼
1.3.2 水平裂缝
大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。如图7所示。当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出现平面受弯产生水平裂缝。
图7 纵墙窗口上下皮处水平裂缝
1.3.3 竖向裂缝
大都发生于纵横墙交接处或变化较大的两部分体系的交接处。如图8所示。
图8 纵横墙交接处的竖向裂缝
1.4 钢筋混凝土框架结构
近些年来建设的框架结构房屋在这次地震中多数基本完好,表现出了较好的抗震性能。但是也出现了填充墙与框架梁结合处的裂缝以及填充墙的“X”形裂缝。如图9所示。
图9 汉旺某框架结构填充墙“X”形裂缝破坏
暴露出的主要问题就是农村县城的抗震概念设计出现偏差,对于强柱弱梁(使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求,用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下柱子的倒塌)的概念没有认识好,对柱子(以及构造柱)的重视程度不够[3]。
一般会有一种误解,梁做的越大越好,在梁的设计和施工上投入了大量的财力和物力,但是对柱子的作用以及柱子和梁的地位关系(强柱弱梁)没有搞清楚,这是很危险的,见图10、图11的破坏形式。这种现象大量存在。
图10 顶层通窗结构无构造柱
图11 有圈梁,无构造柱一样倒塌
如果一味追求梁的强大,对柱子认识不完整,会产生如下图12、图13的破坏形式。
图12 柱子屈服,但是梁完好
图13 聚源中学,梁直接压在桌子上
2 由房屋建筑破坏得到的经验
2.1 加强对农村地区房屋建筑的抗震指导[4]针对穿斗木屋架房屋建筑有以下几点建议:
(1)L型建筑突出部分与主体结构应采用拉接措施。如用拉接钢筋。
(2)梁、柱、檩等构件连接应牢固。使用钢构件进行连接。
(3)墙体建筑材料应尽量采用轻质材料。如就地取材使用木材。
(4)减轻屋顶自重。穿斗木构架结构的坡屋顶可以使用资料上记载的如下做法:用对开细竹条密编的篾笆,铺在椽子上,并用篾皮缚紧。瓦衣上面,填苫背泥,厚约5cm~6cm,再铺上瓦片,板瓦边缘与苫背泥之间的空隙,用石灰填实。
(5)应该尽量就地取材,采用当地材料,如竹子等木材,房子的设计应该和自然环境融合到一块,这样可以做到环保,和谐。
2.2 对多道抗震防线逐步消耗的认识
震区地震频发,对于“中震可修”的建筑,虽然从表面上看“加固”后还可以使用,但是建筑物的第一道抗震防线已经消耗掉,对于地震频发的灾区建筑物,当地震再次降临时,这样的建筑物会轰然倒塌,所以对于“中震可修”的建筑,不采用“加固”的策略这一点从长远来看,是符合建筑安全与经济要求的。
3 结 语
农村,特别是在灾区的广大农村,木构架结构有很多优点:首先,承重与围护结构分工协作,并且屋顶由木构架承担,外墙隔热防寒,内墙分割室内空间,墙不承重。其次,有利于防震、抗震,构架的结构所用斗拱和榫卯有很好的伸缩和延性,地震时会达到“墙倒屋不塌”的抗震效果,所以应大力推广木构架结构的房屋。
参考文献:
[1] 谷军明,缪 升,杨海名.云南地区穿斗木结构抗震研究[J].工程抗震与加固改造,2005,27(增刊):211-216.
[2] 丰定国,王社良.抗震结构设计[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003:188-190.
[3] 梁兴文,史庆轩.混凝土结构工程设计[M].北京:科学出版社,2004:116-118.
[4] GB50011-2001.建筑抗震规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001:63-76. 来源: 《建筑中文网》.
汶川大地震发生于2008-05-12,北京时间14时28分04秒,震中位于中国四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内。根据中国地震局的数据,此次地震的面波震级为8.0Ms,矩震级达到了8.3Mw,破坏地区超过10×104km2,震中亦位于汶川县境内,东经103.279°,北纬31.099°,震源深度为19km,地震烈度达到11度,地震造成了大量的人员伤亡与财产损失,是新中国成立以来破坏力及波及范围最大的一次地震灾害,裂度和规模均超过唐山大地震。尤其是农村建筑物在这么大的地震灾害面前更加暴露了其弱点。本文结合地震中的实例照片,从几种农村常见建筑物对震害进行简单分析,并提出一些简单的对策。为提高农村建筑物的抗震效果提供一些参考。（参考《建筑中文网》）
1 农村各类房屋建筑震害特征
1.1 砖木结构房屋
当地砖木结构建筑主要为穿斗木构架砖墙房屋,为由木构架承重的坡瓦屋顶居多,开间(多为三开间)的单层(双层)结构形式,还有在三开间的两边各加一间房子,成双L型,俗称明三暗五(表面看是三间房子,其实是五间)。
穿斗木构架的竖向木架柱和水平向木梁之间采用榫接,形成了整体受力体系,而且其木榫结点在水平地震力作用下变形大,水平方向构件的延性大,自身又是一个耗能构件,因此这类结构抵抗地震作用的能力较强[1]。据南江县委有关负责人介绍,在调查核实灾情的时候,发现凡是穿斗木结构的房屋均经受了强地震的考验,由于灾区森林资源十分丰富,所以修建穿斗木结构房屋可就地取材。根据相关资料穿斗木结构的房屋每平方米造价少于300元,比钢筋混凝土房屋造价每平方米减少近500元。所以穿斗木结构的房屋既安全,经济又环保。
但是由于农村房屋大多没有设计图纸,全是根据工人师傅的经验来进行整体设计和经验施工,造成了砖木结构建筑的以下几个缺点,这些在地震力面前表现了出来。
(1)建筑设计应符合抗震概念设计的要求,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性[2],但是农村的房屋大多采用双L型(或是L型),因质心与刚心不重合,远离刚心的构件,由于侧移量很大,所分担的水平地震剪力就大,容易出现如图1所示破坏。
图1 L形房子两个方向裂缝
(2)突出部分与主体结构没有采用任何拉接措施,所以产生图2的破坏形式。
图2 纵墙角部出现纵横墙脱离的裂缝
(3)梁、柱、檩等构件连接不牢固导致的木骨架破坏,在地震荷载作用下,构架节点的受力比较复杂,榫接节点的榫头容易松动和脱落,易造成木构架的倾斜和倒塌,再加上屋顶自重大,所以造成如图3~图4的破坏形式。
图3 瓦片由于地震的作用掉落
图4 散开的椽,横墙出现斜裂缝
1.2 木结构房屋
木结构房屋本身具有很好的韧性,能够产生较大的位移而不破坏,且木结构的箱式结构将力均分,自身结构轻,又有很强的弹性回复性,对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力,所以在大地震中吸收的地震力小,在基础发生位移时可由自身的弹性复位而不至于发生倒塌,所以木结构房屋具有较好的抗震性能,但是由于农村经济条件落后,很少进行木结构方面的正规设计,施工也不可能严格按照要求,另外加上木结构造价较高,维护费用高,其大面积的推广运用很有困难。如图5所示。
图5 抗震性能较好的木结构房屋
1.3 砖混结构
大多为住宅楼,一般3~6层。
由于砖混结构的用料是脆性材料,抗剪承载力不足,塑性变形能力差,延性小,所以容易产生裂缝。
产生裂缝的类型:主要有“X”形、水平和竖向三种类型。
1.3.1 “X”形裂缝
墙体在竖向压力和反复水平剪力作用下产生的裂缝。常出现“X”形裂缝的位置:与主震方向平行的墙体;在横向,房屋两端的山墙;在纵向,窗间墙。如图6所示。
图6 砖混的学生宿舍楼
1.3.2 水平裂缝
大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。如图7所示。当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出现平面受弯产生水平裂缝。
图7 纵墙窗口上下皮处水平裂缝
1.3.3 竖向裂缝
大都发生于纵横墙交接处或变化较大的两部分体系的交接处。如图8所示。
图8 纵横墙交接处的竖向裂缝
1.4 钢筋混凝土框架结构
近些年来建设的框架结构房屋在这次地震中多数基本完好,表现出了较好的抗震性能。但是也出现了填充墙与框架梁结合处的裂缝以及填充墙的“X”形裂缝。如图9所示。
图9 汉旺某框架结构填充墙“X”形裂缝破坏
暴露出的主要问题就是农村县城的抗震概念设计出现偏差,对于强柱弱梁(使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求,用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下柱子的倒塌)的概念没有认识好,对柱子(以及构造柱)的重视程度不够[3]。
一般会有一种误解,梁做的越大越好,在梁的设计和施工上投入了大量的财力和物力,但是对柱子的作用以及柱子和梁的地位关系(强柱弱梁)没有搞清楚,这是很危险的,见图10、图11的破坏形式。这种现象大量存在。
图10 顶层通窗结构无构造柱
图11 有圈梁,无构造柱一样倒塌
如果一味追求梁的强大,对柱子认识不完整,会产生如下图12、图13的破坏形式。
图12 柱子屈服,但是梁完好
图13 聚源中学,梁直接压在桌子上
2 由房屋建筑破坏得到的经验
2.1 加强对农村地区房屋建筑的抗震指导[4]针对穿斗木屋架房屋建筑有以下几点建议:
(1)L型建筑突出部分与主体结构应采用拉接措施。如用拉接钢筋。
(2)梁、柱、檩等构件连接应牢固。使用钢构件进行连接。
(3)墙体建筑材料应尽量采用轻质材料。如就地取材使用木材。
(4)减轻屋顶自重。穿斗木构架结构的坡屋顶可以使用资料上记载的如下做法:用对开细竹条密编的篾笆,铺在椽子上,并用篾皮缚紧。瓦衣上面,填苫背泥,厚约5cm~6cm,再铺上瓦片,板瓦边缘与苫背泥之间的空隙,用石灰填实。
(5)应该尽量就地取材,采用当地材料,如竹子等木材,房子的设计应该和自然环境融合到一块,这样可以做到环保,和谐。
2.2 对多道抗震防线逐步消耗的认识
震区地震频发,对于“中震可修”的建筑,虽然从表面上看“加固”后还可以使用,但是建筑物的第一道抗震防线已经消耗掉,对于地震频发的灾区建筑物,当地震再次降临时,这样的建筑物会轰然倒塌,所以对于“中震可修”的建筑,不采用“加固”的策略这一点从长远来看,是符合建筑安全与经济要求的。
3 结 语
农村,特别是在灾区的广大农村,木构架结构有很多优点:首先,承重与围护结构分工协作,并且屋顶由木构架承担,外墙隔热防寒,内墙分割室内空间,墙不承重。其次,有利于防震、抗震,构架的结构所用斗拱和榫卯有很好的伸缩和延性,地震时会达到“墙倒屋不塌”的抗震效果,所以应大力推广木构架结构的房屋。
参考文献:
[1] 谷军明,缪 升,杨海名.云南地区穿斗木结构抗震研究[J].工程抗震与加固改造,2005,27(增刊):211-216.
[2] 丰定国,王社良.抗震结构设计[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003:188-190.
[3] 梁兴文,史庆轩.混凝土结构工程设计[M].北京:科学出版社,2004:116-118.
[4] GB50011-2001.建筑抗震规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001:63-76. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201101/14730.htm
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