汶川地震村鎮(zhèn)建筑震害調(diào)查分析

汶川地震村鎮(zhèn)建筑震害調(diào)查分析

2009年7月12日。近年來(lái),我國(guó)進(jìn)入地震發(fā)生頻繁期,2008年5月12日14時(shí)28分,在四川東部龍門(mén)山構(gòu)造帶汶川附近發(fā)生的8.0級(jí)強(qiáng)烈地震驚動(dòng)了整個(gè)世界.不僅給震中區(qū)附近造成災(zāi)難性的破壞,而且在四川省和鄰近省市大范圍造成破壞.在此次地震中,沿地震帶大部分地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)均遭受了不同程度的損壞,其中,村鎮(zhèn)建筑遭受到的破壞程度最為嚴(yán)重.村鎮(zhèn)建筑的抗震水平可以反映一個(gè)國(guó)家的整體抗震能力.發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、日本等非常重視民房的地震安全問(wèn)題,其村鎮(zhèn)建筑普遍具有較強(qiáng)的抗震能力.在發(fā)展中國(guó)家,由于農(nóng)村地區(qū)地震造成的人員傷亡巨大,各國(guó)政府也已開(kāi)始重視村鎮(zhèn)建筑地震安全問(wèn)題,如哥斯達(dá)黎加、洪都拉斯、印度、伊朗、尼泊爾、哈薩克斯坦、塔吉克斯坦、阿爾及利亞、摩洛哥等國(guó)家在村鎮(zhèn)建筑抗震技術(shù)研究和村鎮(zhèn)建筑抗震加固方面進(jìn)行了程度不同的探索四結(jié)構(gòu)形式.構(gòu)、木、固體結(jié)構(gòu)四川村鎮(zhèn)地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)形式主要包括土木結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)三類.其中,以砌體結(jié)構(gòu)形式居多,土木結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)數(shù)量相對(duì)較少,各種結(jié)構(gòu)形式具有如下方面的特點(diǎn).土木房屋的組成土木結(jié)構(gòu)指以生土墻或土坯墻作為主要承重構(gòu)件并采用木屋蓋的結(jié)構(gòu)體系.土木結(jié)構(gòu)的歷史悠久,具有方便就地取材、可重復(fù)利用、造價(jià)低廉、居住舒適、能耗低、綠色環(huán)保及耐火性高等特點(diǎn).目前,四川村鎮(zhèn)地區(qū)的土木結(jié)構(gòu)房屋主要分為土坯墻承重和夯土墻承重兩種形式.土坯墻通常指將濕泥和干草攪拌均勻制成塊體,晾干后用泥漿砌筑而建成房屋的內(nèi)外墻.夯土墻則是用摻以一定干草的生土為材料,兩側(cè)立模分層夯實(shí)而成.兩種形式的房屋均采用硬山擱檁的“人”字式木屋架,屋面鋪瓦自然排水,也存在少量土坯和夯土混合而成的墻體.中國(guó)古代村莊建筑的結(jié)構(gòu)形式木結(jié)構(gòu)通常以木材制成的構(gòu)件作為主要承重構(gòu)件,采用木板、土、磚、石等材料作為填充墻體的一種結(jié)構(gòu)形式.在世界范圍內(nèi),木結(jié)構(gòu)可以稱為最古老的一種建筑結(jié)構(gòu)形式,在我國(guó)更是有著悠久的歷史,很多古建筑均采用木結(jié)構(gòu)的形式.目前我國(guó)村鎮(zhèn)建筑中有很多仍沿襲古代木結(jié)構(gòu)的形式,如采用抬梁式、穿斗式以及混合式的結(jié)構(gòu)形式,梁柱采用卯榫連接形式,柱底與礎(chǔ)石采用卯榫連接或直接將柱子擱置于礎(chǔ)石上,屋面仍采用瓦的自然排水等.大量村委會(huì)建造房屋砌體結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的建筑形式,在我國(guó)的建筑史上起著重要作用.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)住房條件的高要求以及土地費(fèi)用提高等因素影響下,大量村鎮(zhèn)新建房屋更多地采用砌體結(jié)構(gòu).四川民用住宅一般以二三層較常見(jiàn),房屋由縱橫墻承重,墻體由磚塊和水泥砂漿砌筑而成,硬山擱檁的木屋架,屋面采用瓦來(lái)進(jìn)行排水處理,這種房屋多為百姓自己建造,未經(jīng)過(guò)正規(guī)的抗震設(shè)計(jì).分析村莊建筑的地震特征和地震特征土木震害形式震害調(diào)研中發(fā)現(xiàn),四川村鎮(zhèn)地區(qū)土木結(jié)構(gòu)相對(duì)較少,大多數(shù)位于偏遠(yuǎn)地區(qū),從觀察到的土木結(jié)構(gòu)震害特點(diǎn),可歸納出如下兩種常見(jiàn)的破壞形式:(1)縱橫墻連接破壞的表現(xiàn)四川地區(qū)土木結(jié)構(gòu)形式的村鎮(zhèn)建筑絕大部分由居民自建,縱橫墻連接處強(qiáng)度明顯不足,尤其以土坯墻體承重的房屋最為嚴(yán)重,絕大部分土坯墻外墻轉(zhuǎn)角處發(fā)生嚴(yán)重破壞,如圖1所示.此外,地震作用下,由于縱橫墻缺少連接,墻體發(fā)生撞擊,縱墻或橫墻外閃,出現(xiàn)大面積倒塌破壞,如圖2所示.縱橫墻及轉(zhuǎn)角處墻體破壞的主要原因在于:第一,墻體轉(zhuǎn)角處缺乏必要的連接和加固措施;第二,很多土木結(jié)構(gòu)房屋建造年代久遠(yuǎn),大部分房屋沒(méi)有進(jìn)行防潮處理,墻體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)雨侵蝕,土坯墻及夯土墻的強(qiáng)度衰退,如圖3所示.加之當(dāng)?shù)鼐用褡灾频耐僚鞅旧韽?qiáng)度低,如圖4所示,地震作用下引發(fā)墻體倒塌.(2)土木房屋的墻體特點(diǎn)調(diào)研中發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)土木結(jié)構(gòu)山墻出現(xiàn)豎向貫通裂縫,且裂縫較寬.這主要由于四川地區(qū)的土木結(jié)構(gòu)房屋一般分為兩層,底層為住房,上層儲(chǔ)存糧食或雜物.房屋的山墻都較高,并且采用硬山擱檁,地震作用下屋架與山墻碰撞,擱檁處山墻未放置墊塊,墻體內(nèi)也沒(méi)有適當(dāng)?shù)睦Y(jié),使得山墻出現(xiàn)豎向裂縫,如圖5和圖6所示.結(jié)構(gòu)房屋的破壞特征以往及此次地震的震害分析均表明:木結(jié)構(gòu)房屋抗震性能整體表現(xiàn)較好,其主要原因在于木結(jié)構(gòu)房屋質(zhì)量輕,地震作用力小,由于木結(jié)構(gòu)在我國(guó)具有悠久的歷史,無(wú)論從連接和構(gòu)件防腐處理等方面技術(shù)均較為成熟,未出現(xiàn)嚴(yán)重的倒塌破壞現(xiàn)象.輕微的破壞特征主要表現(xiàn)在:(1)填充墻體破壞雖然木結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身連接牢固,但木結(jié)構(gòu)房屋中木柱與墻體、屋架與墻體之間缺少連接措施.由于木構(gòu)件與填充材料的材質(zhì)不同,表現(xiàn)出的力學(xué)特性也不盡相同,加之沒(méi)有有效連接,在地震中不能保持協(xié)同工作,地震時(shí)出現(xiàn)填充墻體破壞嚴(yán)重,圖7所示的村民住宅,穿斗木框架、屋架和屋面瓦均保持完好,但是填充墻破壞較為嚴(yán)重.(2)構(gòu)造基礎(chǔ)構(gòu)造木構(gòu)件的破壞主要是由于一些木結(jié)構(gòu)房屋年久失修,對(duì)木構(gòu)件沒(méi)有進(jìn)行有效的防腐處理,使得部分木構(gòu)件腐壞、強(qiáng)度下降造成的.這些構(gòu)件在地震力作用下產(chǎn)生破壞,并造成房屋其他部分破壞,如圖8所示.體結(jié)構(gòu)(1)墻體出現(xiàn)x形裂縫X形裂縫是地震作用下砌體結(jié)構(gòu)最容易出現(xiàn)的一種破壞形式,是墻體承受平面內(nèi)水平地震剪力造成的,當(dāng)墻體內(nèi)產(chǎn)生的主拉應(yīng)力大于其所能承擔(dān)的應(yīng)力時(shí),發(fā)生與水平向成45°角方向的剪切破壞,在往復(fù)地震作用下形成X形裂縫(2)建筑墻體運(yùn)動(dòng)村鎮(zhèn)地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)為自建建筑,沒(méi)有經(jīng)過(guò)正規(guī)抗震設(shè)計(jì),未設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱,門(mén)窗洞口也沒(méi)有設(shè)置過(guò)梁.墻體與墻體、樓板與墻體之間缺少可靠的連接措施,這樣就大大降低了房屋的空間剛度和整體性.墻體在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生外閃倒塌破壞,使得結(jié)構(gòu)整體失去承載能力,如圖11～14所示.(3)建筑地形復(fù)雜、剛度影響村鎮(zhèn)居民自建房屋時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)體形選擇比較隨意,不了解建筑體形對(duì)抗震能力的影響.為了滿足使用要求和外形美觀等要求,設(shè)計(jì)的房屋體形復(fù)雜.此外,平面內(nèi)的布置也沒(méi)有考慮剛度影響,如L形砌體結(jié)構(gòu),在建筑物端部破壞較為嚴(yán)重,有些房屋還把樓梯間布置在房屋的一端,這樣都造成了地震作用下的扭轉(zhuǎn)破壞,如圖15、16所示.(4)．墻體應(yīng)力集中,墻厚不足此種破壞形式主要由于村鎮(zhèn)居民缺乏基本的抗震設(shè)計(jì)意識(shí),在墻體上隨意開(kāi)設(shè)門(mén)窗,隨意改變墻體位置和墻厚,由此造成窗口、門(mén)等位置角部出現(xiàn)應(yīng)力集中,而產(chǎn)生裂縫,如圖17、18所示.(5)懸挑梁與屋架的連接調(diào)研中發(fā)現(xiàn),在懸挑梁根部處山墻出現(xiàn)開(kāi)裂破壞較多,總結(jié)其震害特點(diǎn)主要包括兩個(gè)方面:第一,村鎮(zhèn)地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)多采用木屋架形式,加之個(gè)別二層建筑由于設(shè)置外廊或屋檐,在外縱墻上部設(shè)置懸挑梁,并鋪設(shè)混凝土樓蓋板,而懸挑梁與屋架之間缺乏連接措施,且懸挑部分自重要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于屋架部分,地震作用下懸挑屋檐產(chǎn)生的水平地震剪力全部由外縱墻承擔(dān),屋頂整體剛度較小,對(duì)墻體約束力較小.因此,在懸挑梁根部山墻處產(chǎn)生較大的貫通裂縫,個(gè)別建筑出現(xiàn)整體傾覆倒塌現(xiàn)象,如圖19所示;第二,部分兩層以上的砌體結(jié)構(gòu)為增大建筑面積,較多地設(shè)置懸挑部分,且懸挑部位下面并未發(fā)現(xiàn)支撐柱或支撐墻體,地震時(shí)由于懸挑部位承重較大,沿懸挑梁或懸挑板根部產(chǎn)生斜裂縫,使懸挑部分產(chǎn)生傾覆破壞,如圖20所示.(6)屋頂架破壞現(xiàn)象由于四川村鎮(zhèn)地區(qū)砌體建筑多采用木屋頂結(jié)構(gòu)形式,此次地震中絕大部分屋面瓦均遭到破壞,木屋架破壞現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮,如圖21、22所示.其主要原因在于:第一,地震時(shí)“鞭梢效應(yīng)”使得屋頂?shù)臄[動(dòng)較大,大量的屋面瓦脫落,屋架產(chǎn)生錯(cuò)位或塌落破壞;第二,木屋架與墻體之間缺少有效連接.木架本身較輕,因此容易發(fā)生移位脫落,這在其他震害現(xiàn)象中也有所體現(xiàn)政策管理到技術(shù)措施通過(guò)對(duì)“5·12汶川地震”后四川地區(qū)村鎮(zhèn)房屋震害的調(diào)查和分析可知:目前,我國(guó)村鎮(zhèn)地區(qū)建筑存在較大隱患,從政策管理到技術(shù)措施有相當(dāng)大的不足.我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),有近9億農(nóng)民,占總?cè)丝诩s4/5的比重,提高村鎮(zhèn)地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能直接關(guān)系到我國(guó)房屋建筑的整體質(zhì)量,也直接影響到我們國(guó)家建筑設(shè)施抵抗災(zāi)害、防御災(zāi)害的整體能力.國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)逐漸將研究重點(diǎn)從大城市的高樓大廈轉(zhuǎn)移到村鎮(zhèn)建筑上來(lái),提出了一系列村鎮(zhèn)建筑的技術(shù)措施與方法各級(jí)政府應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)村建筑的施工管理和管理目前,村鎮(zhèn)地區(qū)房屋建設(shè)還缺少完善的國(guó)家技術(shù)規(guī)范指導(dǎo),以及相關(guān)的法律、法規(guī)的約束和保障.通過(guò)這次地震再次看到村鎮(zhèn)地區(qū)防震減災(zāi)工作仍存在大量問(wèn)題,其中包括村鎮(zhèn)居民普遍缺乏抗震意識(shí)、村鎮(zhèn)民居基本未做抗震設(shè)計(jì)、農(nóng)民建房仍未納入統(tǒng)一的管理、村鎮(zhèn)規(guī)劃未考慮地震安全等.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步,新時(shí)期的村鎮(zhèn)建設(shè)對(duì)防震減災(zāi)事業(yè)提出了更高的要求,各級(jí)政府應(yīng)把廣大農(nóng)村房屋的地震安全問(wèn)題提到議事日程,大力推進(jìn)地震安全農(nóng)居工程的規(guī)劃和實(shí)施,加強(qiáng)建設(shè)管理.此外,應(yīng)當(dāng)針對(duì)村鎮(zhèn)常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式建立設(shè)計(jì)規(guī)范和操作規(guī)程,并對(duì)施工人員進(jìn)行正規(guī)的培訓(xùn),提高其技術(shù)水平;同時(shí)要重視抗震知識(shí)的普及,使村鎮(zhèn)的建筑人員能在建房之初就避免一些造成傷亡的隱患,且政府部門(mén)應(yīng)投入更多的精力,監(jiān)督規(guī)范和各措施的實(shí)施.配合性的砌體利用(1)對(duì)于土木結(jié)構(gòu)形式而言,應(yīng)提高土墻承重房屋的整體性,夯土墻承重的房屋,應(yīng)該選擇黏性較好的土進(jìn)行夯筑,并在土中加入適量的稻草、石灰等.房屋的墻體應(yīng)分層連續(xù)交錯(cuò)夯實(shí),尤其在內(nèi)外墻、縱橫墻連接處應(yīng)同時(shí)整體夯筑,并設(shè)置足夠的拉結(jié)措施,如埋入竹片、荊條等(2)對(duì)于木結(jié)構(gòu)形式而言,應(yīng)加強(qiáng)填充墻體與木框架的連接.因木結(jié)構(gòu)本身有良好的受力性能,它對(duì)于瞬間沖擊荷載和周期性疲勞破壞具有良好的延展性,其破壞過(guò)程是一個(gè)漸變的屈服過(guò)程.當(dāng)房屋在地震中晃動(dòng)時(shí),木結(jié)構(gòu)骨架仍然可以保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定(3)對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)而言,從此次地震的震害可以看出:砌體結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱和圈梁的作用很大,當(dāng)圈梁和構(gòu)造柱聯(lián)合使用時(shí),可以大大提高房屋的空間剛度和整體性.制定村鎮(zhèn)地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范和操作規(guī)程是提升村鎮(zhèn)地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的根本性措施.在目前村鎮(zhèn)地區(qū)無(wú)指導(dǎo)性規(guī)范時(shí),可采用現(xiàn)行的《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》科學(xué)的建造觀念村鎮(zhèn)建筑抗震設(shè)防是一項(xiàng)涉及面廣,又受經(jīng)濟(jì)條件制約的工作.應(yīng)該看到,影響村鎮(zhèn)房屋抗震能力不足的根本性原因仍是村鎮(zhèn)居民普遍缺乏防震減災(zāi)意識(shí),村鎮(zhèn)建筑缺乏必備的抗震構(gòu)造措施,以及與村鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用抗震技術(shù).但也應(yīng)該看到隨著科學(xué)技術(shù)在村鎮(zhèn)地區(qū)日益推廣,已享受到科學(xué)技術(shù)帶