臺(tái)灣九·二一地震建筑倒塌原因探析

劉春英

摘要根據(jù)收集到的國(guó)內(nèi)外有關(guān)臺(tái)灣九·二一大地震的建筑破壞實(shí)例，從設(shè)計(jì)、施工等方面分析探討了建筑物震害的原因及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以期引起相關(guān)部門的重視和警惕。

關(guān)鍵詞地震；建筑物；倒塌；經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；臺(tái)灣省

中圖分類號(hào)S731.2；DF468文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739（2009）06-0293-01

1地震基本概況

1999年9月21日凌晨1時(shí)47分，在我國(guó)臺(tái)灣省中部南投縣集集鎮(zhèn)，發(fā)生了里氏7.3級(jí)強(qiáng)烈地震，地震地面最大加速度高達(dá)9.84m/s2，而該地區(qū)抗震設(shè)計(jì)采用的地震地面最大加速度為2.30m/s2。地震持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40s，而且地震是上下、水平同時(shí)發(fā)生。地面垂直錯(cuò)位最大有10m。該次大地震造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，死亡2 246人，受傷8 735人，毀壞房屋17 484棟，其中包括619棟學(xué)校及許多公共建筑，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1 000億新臺(tái)幣。大量的建筑如骨牌一般應(yīng)聲倒塌，充分暴露了臺(tái)灣建筑行業(yè)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、設(shè)計(jì)、施工、使用和管理等各方面的問題。

2建筑物震害基本特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，臺(tái)灣省5個(gè)縣的16個(gè)市、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)共倒塌房屋17 484棟，其中嚴(yán)重毀壞的有9 909棟，半倒塌的有7 575棟，其中很多是當(dāng)?shù)胤Q為“三合院”、“土角厝”，以黃泥、石灰加稻草屑制成的土坯砌墻、木屋架上鋪小青瓦的民房，在地震時(shí)幾乎全部倒塌；在城鎮(zhèn)也有大量的多、高層鋼筋混凝土建筑倒塌破壞，其中不乏高級(jí)住宅、銀行、寫字樓和豪華酒店，還有學(xué)校、車站等公共建筑，與1995年日本阪神地震和1996年云南麗江地震相比，該次地震中，多、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞較多。

由大量倒塌的多、高層建筑破壞實(shí)例可以看出，倒塌的多、高層建筑幾乎全是被當(dāng)?shù)胤Q為“軟腳蝦”、“騎樓”的建筑。所謂“軟腳蝦”是指住戶及建筑商為制造空間，而把1樓挑高、掏空，作為車庫(kù)及商業(yè)用房，形成建筑中的“薄弱層”；所謂“騎樓”是指沿主要大街的房屋，1層收進(jìn)，2層以上伸出，作為防雨遮陽(yáng)的人行通道。

3震害原因分析和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

3.1地震預(yù)報(bào)和地震區(qū)劃不準(zhǔn)確

多年來(lái)，地震學(xué)家一直認(rèn)為臺(tái)灣東部為地震高危險(xiǎn)區(qū)，建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)高于中部1~2級(jí)。該次地震發(fā)生在臺(tái)灣中部，震中震度高出設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)2級(jí)以上，即地震力比設(shè)計(jì)中地震力高出4倍以上，實(shí)際儀器記錄也證明了這一點(diǎn)。

3.2抗震規(guī)范缺乏

臺(tái)灣現(xiàn)行的“建筑物耐震設(shè)計(jì)規(guī)范”是1998年制定的，而在此之前一直采用1982年制定的“建筑物耐震設(shè)計(jì)規(guī)范”。這本規(guī)范基本上照搬美國(guó)的“統(tǒng)一建筑規(guī)范”UBC版本，臺(tái)灣工程界認(rèn)為此規(guī)范對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)相當(dāng)薄弱，構(gòu)造措施也很粗糙；而對(duì)于現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定、評(píng)估和加固則無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可循。

3.3設(shè)計(jì)問題較多

根據(jù)有關(guān)資料，以下幾種典型設(shè)計(jì)失誤造成了建筑震害損失慘重。

3.3.1建筑平面布置不規(guī)則。當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的帶有“騎樓”的“透天厝”樓房，在騎樓前部?jī)H由柱子支撐，正門為作店面大開洞加玻璃櫥窗。地震時(shí)柱子折斷，騎樓倒塌帶動(dòng)主體結(jié)構(gòu)前傾，層層跌落。九·二一地震中臺(tái)灣許多沿街建筑就屬此類破壞。此種建筑形式在大陸閩南、潮汕地區(qū)也很常見。另一種是底層作車庫(kù)、商場(chǎng)，也就是正門大開洞，三面有墻，建筑平面剛度不均勻。地震時(shí)底層倒塌，帶動(dòng)上部結(jié)構(gòu)層層跨落成“千層餅”破壞形狀。如彰化縣員村鎮(zhèn)富貴名門大樓為16層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面為碟形，下部為車庫(kù)，屬不對(duì)稱平面布置，地震時(shí)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴(yán)重，導(dǎo)致5層以下塌平，5層以上各層重疊成階梯形塌落。

3.3.2建筑立面布置不規(guī)則，豎向剛度突變。建筑沿豎向或因?qū)痈咄蝗蛔兓ㄋ^“挑高”），或在某層抽掉柱子形成空曠（所謂“挑空”），或?yàn)樽非蟠箝_間無(wú)梁無(wú)柱等均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則，剛度和強(qiáng)度突變。此類建筑在九·二一地震中破壞最為嚴(yán)重，而且破壞多集中在這些薄弱部位。比較典型的有南投縣汽車站3層建筑，其底層候車大廳空曠少墻，2、3層為辦公用房，橫墻較多，地震時(shí)底層塌平；臺(tái)北市“東星大樓”12層，地下有大型停車場(chǎng)，地上1、2層為銀行寫字樓，抽柱削梁墻也少，3層以上為住宅，剛度很大，地震時(shí)底部倒塌帶動(dòng)上部各層一起倒塌，9樓變1樓。震害實(shí)例分析證明，合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中頭等重要，應(yīng)提倡平、立面簡(jiǎn)單對(duì)稱。因?yàn)檎鸷Ρ砻?，?jiǎn)單、對(duì)稱的建筑在地震時(shí)較不易破壞。而且道理也很清楚，簡(jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng)，也容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。“規(guī)則”包含了對(duì)建筑的平、立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，直至承載力分布等諸多因素的綜合要求?！耙?guī)則”的具體界限隨結(jié)構(gòu)類型的不同而異，需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師互相配合，才能設(shè)計(jì)出抗震性能良好的建筑。

3.3.3抗震措施和抗震構(gòu)造措施不當(dāng)。在抗震設(shè)計(jì)中，“抗震措施”和“抗震構(gòu)造措施”是2個(gè)不同概念。“抗震措施”是指除地震作用計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括建筑總體布置、結(jié)構(gòu)選型、地基抗液化措施等，主要是考慮概念設(shè)計(jì)要求對(duì)地震作用效應(yīng)的調(diào)整，以及各種結(jié)構(gòu)措施；“抗震構(gòu)造措施”是指根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的原則，一般不需做計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所采取的細(xì)部構(gòu)造。抗震構(gòu)造措施要求是作為抗震驗(yàn)算的一種補(bǔ)充和保證。這就足以證明抗震措施和抗震構(gòu)造措施的重要性，但構(gòu)造措施往往容易被人們忽視。通過(guò)對(duì)臺(tái)灣大地震遭到嚴(yán)重破壞但未倒塌的建筑物結(jié)構(gòu)分析表明：某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)梁柱節(jié)點(diǎn)配筋不足、窗間墻過(guò)短、短柱、承重墻體高寬比過(guò)大、柔性底層建筑、抗震墻不連續(xù)、不規(guī)則開洞、懸挑構(gòu)件過(guò)長(zhǎng)等，在地震時(shí)破壞集中在這些薄弱部位。

3.3.4個(gè)別結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于大膽，設(shè)計(jì)缺乏抗震概念設(shè)計(jì)。從九·二一地震破壞情況分析來(lái)看，有的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃不周全，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于大膽，再加上施工質(zhì)量有問題，剪力墻面積太少，中庭挑高影響結(jié)構(gòu)安全。如中山國(guó)賓大樓為中庭挑高建筑，1樓作為公共空間，故墻壁很少，整個(gè)大樓外墻未設(shè)剪力墻，且開窗很多，形成建筑抗震上的所謂“柔軟”底層而倒塌。

3.3.5建筑規(guī)劃和選址不當(dāng)。城市中樓房間距太小，過(guò)分密集，導(dǎo)致一棟樓房倒塌禍及其他樓房。如臺(tái)中縣豐原市11層“向陽(yáng)永照”大樓倒塌后，壓倒臨近建筑。房屋建造在軟弱地基或可液化場(chǎng)地或臨近地震斷層處，地震對(duì)場(chǎng)地液化導(dǎo)致地基失效，房屋傾斜。如南投縣中興新村1座鐘樓和11層的“金陵世家”住宅樓，由于場(chǎng)地液化造成建筑嚴(yán)重傾斜。

4施工質(zhì)量問題

臺(tái)灣九·二一地震時(shí)倒塌和破壞的建筑物暴露出許多嚴(yán)重的施工質(zhì)量問題。據(jù)臺(tái)灣媒體報(bào)道，施工不確定（不按設(shè)計(jì)要求施工）、設(shè)計(jì)與實(shí)際施工不同、偷工減料、未按抗震設(shè)計(jì)要求施工等也是倒塌的重要原因。如部分樓房柱子過(guò)細(xì)，配筋不足，箍筋間距過(guò)大，彎鉤、搭接長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、縱筋在同一截面搭接等均不符合抗震設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)語(yǔ)

大陸和臺(tái)灣在建筑形式和建筑構(gòu)造技術(shù)上有許多共同之處，而且均位于地震多發(fā)地帶，臺(tái)灣九·二一大地震中暴露出的設(shè)計(jì)、施工等方面問題，在大陸也同樣存在，希望借此引起國(guó)內(nèi)勘察、設(shè)計(jì)、施工等部門和單位的重視及警惕。