玉樹地震中房屋結(jié)構(gòu)的震害分析

羅春燕

0 引言

2010年4月14日青海玉樹發(fā)生了7.1級地震，造成大量房屋倒塌，其中玉樹結(jié)古鎮(zhèn)地區(qū)85%以上的民房倒塌，另有大量寺廟建筑倒塌，其結(jié)構(gòu)主要是土木結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)。以下針對這兩種結(jié)構(gòu)房屋存在的問題及由此引發(fā)的震害做一分析。

1 土木結(jié)構(gòu)的震害分析

1.1 墻體承載力不足引起的震害

玉樹地區(qū)大多數(shù)寺廟建筑及少量早期的民用住宅以土木結(jié)構(gòu)為主，該結(jié)構(gòu)的承重墻體材料為生土坯，而屋蓋及門窗過梁則以木結(jié)構(gòu)為主。此次地震中墻體的震害主要表現(xiàn)在如下幾個方面:第一，生土坯抗壓承載力很低，其抗震承載力更低，因此我國GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范(以下簡稱《抗震規(guī)范》)要求作為承重墻體的生土坯在砌筑時易摻入草葦?shù)壤Y(jié)材料，同時應(yīng)沿墻高每500 m左右放置木條等編織的拉結(jié)網(wǎng)片［1］，但玉樹地區(qū)大量生土結(jié)構(gòu)的房屋并未對生土坯墻體做以上加固措施，使承重墻體幾乎沒有抵御地震荷載的能力。第二，許多房屋的承重墻體，門窗洞口尺寸過大(見圖1)，不符合我國《抗震規(guī)范》要求在6度，7度地區(qū)不應(yīng)大于1.5 m的要求［1］，從而使墻體的抗震性能進一步降低。第三，墻體的砌筑質(zhì)量不過關(guān)，不符合我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求生土房屋的承重墻應(yīng)同時分層交錯夯筑或咬砌的要求［1］。以上因素是玉樹地震中大量土木結(jié)構(gòu)倒塌的主要原因。

1.2 結(jié)構(gòu)體型不規(guī)則引發(fā)的震害

玉樹地區(qū)土木結(jié)構(gòu)的房屋建筑以宗教建筑居多，其建筑造型比較豐富，通常墻體上下不連續(xù)，造成結(jié)構(gòu)豎向剛度不連續(xù)，而土墻其剛度本來就很低，結(jié)構(gòu)又未采取專門措施，地震時造成墻體嚴(yán)重開裂，特別在房屋轉(zhuǎn)角處表現(xiàn)嚴(yán)重，有些建筑甚至倒塌。另外，按我國《抗震規(guī)范》11.2.2條規(guī)定生土房屋的層數(shù)一般僅限于單層［1］，而本地宗教建筑大多在兩層，應(yīng)避免該種結(jié)構(gòu)的房屋。

圖1 生土墻體開有較大洞口

圖2 豆腐渣墻體工程

2 砌體結(jié)構(gòu)的震害分析

2.1 砌體墻承載力不足引發(fā)的震害

此次玉樹地震中發(fā)現(xiàn)大量砌體結(jié)構(gòu)房屋采用不符合標(biāo)準(zhǔn)的空心砌塊，有些墻體內(nèi)以建筑垃圾填充或砂漿與粘土磚混合墻體等豆腐渣墻體工程(見圖2，圖3);墻體的砌筑質(zhì)量不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，砌塊壘建或砂漿與砌體無可靠粘結(jié)，導(dǎo)致墻體沿施工縫破壞(見圖4);另外，墻肢截面高度不符合我國GB 50003-2001砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范對墻肢最小截面高度要求在7度，設(shè)防不小于1 m的要求［1，2］，致使墻體壓彎破壞(見圖5)。

圖3 磚墻與混凝土的混合墻體

圖4 墻體沿施工縫破壞

圖5 墻體壓彎破壞

圖6 平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的震害

2.2 結(jié)構(gòu)體型不規(guī)則及傳力途徑不明確等因素引發(fā)的震害

很多砌體結(jié)構(gòu)房屋的建筑平面不規(guī)則，同時部分建筑在平面變化處設(shè)置門、窗洞口，使本就產(chǎn)生應(yīng)力集中的平面凹凸變化處，由于洞口的存在而變得更為薄弱，因此許多建筑在平面拐角及不規(guī)則處震害嚴(yán)重(見圖6)。如圖7～圖9所示為相鄰建筑相互碰撞而引發(fā)的震害，其中圖7為相鄰建筑未做防震縫處理，使墻體相互碰撞破壞。圖8在兩房屋相鄰處設(shè)門窗洞口使該處震害加重。圖9為在相鄰建筑間違規(guī)搭建的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在地震中由于相鄰建筑的碰撞而破壞。圖10為墻上有大梁，大梁下未設(shè)置剛性墊塊而對墻體產(chǎn)生較大的局部壓力，同時墻體質(zhì)量及墻截面不符合設(shè)計要求，導(dǎo)致梁下一定范圍內(nèi)墻體產(chǎn)生局壓破壞。圖11為某建筑，室外鋼筋混凝土雨棚外側(cè)通過兩根柱支撐，內(nèi)側(cè)則直接搭在主體上，由于主體墻承載力不足，致使雨棚向內(nèi)側(cè)傾覆，同時對外側(cè)柱產(chǎn)生過大的傾覆力矩造成柱上端破壞。雨棚受力路徑不明確，其荷載由主體墻及室外柱共同承擔(dān)，主體墻及室外柱的破壞均會導(dǎo)致雨棚傾覆而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，設(shè)計施工時應(yīng)使雨棚與主體結(jié)構(gòu)脫開，以避免此類的連鎖震害反應(yīng)。

圖7 相鄰建筑的碰撞破壞

圖8 房屋相鄰處設(shè)置洞口的震害

圖9 違規(guī)搭建結(jié)構(gòu)的震害

圖10 結(jié)構(gòu)局壓破壞

上述震害再一次表明，對于結(jié)構(gòu)體型不規(guī)則、結(jié)構(gòu)傳力途徑不明確、墻體上過大的局部壓力及地震作用下相鄰建筑間碰撞均是結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。

圖11 雨棚傾覆破壞

3 結(jié)語

玉樹當(dāng)?shù)胤课葜饕酝聊窘Y(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)為主，在此次震害中由于不合理的設(shè)計、施工，使抗震性能本來就較差的土木結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更低的抗震性能，特別是土木結(jié)構(gòu)。對于砌體結(jié)構(gòu)如果合理設(shè)計及施工不會造成如此大的震害。因此玉樹地區(qū)的房屋在結(jié)構(gòu)抗震方面存在較大的安全隱患，也反映了青海村鎮(zhèn)建筑存在的普遍問題。如何有效地對現(xiàn)有村鎮(zhèn)房屋建筑進行加固改造是值得結(jié)構(gòu)工程師思考的。

［1］ GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ GB 50003-2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ 黃宜華.建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計及減輕地震災(zāi)害的措施［J］.山西建筑，2010，36(5):82-83.