廣西田東-平果-巴馬交界4.5級地震磚混結(jié)構(gòu)房屋震害分析

劉華貴，王永幸，蔣文宇

(1.廣西工程防震研究院，廣西 南寧 530022；2.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

0 前言

2013年2月20日03時21分，在廣西壯族自治區(qū)百色市田東縣、平果縣和河池市巴馬縣交界附近發(fā)生了4.5級地震，震中位于百色市田東縣朔良鎮(zhèn)（北緯23.84°，東經(jīng)107.41°），震源深度約7 km。這是廣西自2005年平果縣、田東縣交界處發(fā)生4.6級地震之后發(fā)生的最大地震，對震源中心周圍村鎮(zhèn)的建、構(gòu)筑物及生命線工程等造成了不同程度的破壞，其中磚混結(jié)構(gòu)房屋破壞現(xiàn)象尤為突出。

本文通過對震源中心周圍的田東縣朔良鎮(zhèn)、平果縣同老鄉(xiāng)及巴馬縣百林鄉(xiāng)等房屋震害情況較嚴重的地區(qū)進行實地考察，歸納和分析了震區(qū)磚混結(jié)構(gòu)房屋的震害特征和原因，總結(jié)了受震害房屋的建造特點，對提高村鎮(zhèn)房屋抗震性能提出建議，為今后村鎮(zhèn)房屋的震害研究及抗震救災(zāi)工作開展具有一定的指導(dǎo)意義。

1 震區(qū)環(huán)境及房屋震害情況

地震受災(zāi)區(qū)地形多為海拔400～500m的丘陵，個別地區(qū)有低山分布，主要發(fā)育三疊系泥巖、砂巖以及二疊系、石炭系灰?guī)r和泥灰?guī)r等。震區(qū)侵蝕地貌發(fā)育，河流彎曲，河谷有V字形、U字形兩類，多為兩者過渡類型。村鎮(zhèn)居民點零星散落分布在丘陵山腰、河谷谷坡、河流階地或山間盆地中。

此次地震震級雖然較小，但震源較淺，破壞力大。震區(qū)內(nèi)85%以上的房屋結(jié)構(gòu)類型為磚混結(jié)構(gòu)，多為2005年以后新建，由于許多房屋不同程度地存在抗震構(gòu)造措施不完善、材料強度低、施工質(zhì)量差等問題，因此在地震作用下許多房屋都遭受了不同程度的破壞。根據(jù)當(dāng)?shù)卣y(tǒng)計和現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果，此次地震未造成房屋倒塌和人員死亡，但有1000多間房屋遭受破壞，其中震區(qū)內(nèi)約2%的房屋遭受中等以上破壞，約12%的房屋遭受輕微破壞。

2 房屋震害特征及原因分析

受地震破壞的磚混結(jié)構(gòu)房屋以居民修建的2～4層房屋為主，部分為底框結(jié)構(gòu)；樓屋蓋均采用現(xiàn)澆式鋼筋混凝土構(gòu)件；設(shè)置有圈梁，但未設(shè)置構(gòu)造柱；墻體直接搭建在樓板上。在地震中，磚混結(jié)構(gòu)房屋的主要破壞形式、特征及其原因分析如下。

2.1 承重墻體的破壞

磚混結(jié)構(gòu)房屋承重墻體遭破壞的現(xiàn)象在此次地震中最為普遍。許多房屋的墻體不同程度地出現(xiàn)了水平裂縫、豎裂縫和斜裂縫等破壞形式，如圖1、2所示。

圖1 墻體水平裂縫和豎裂縫Fig.1 Horizontal and vertical crack in the wall

圖2 墻體交叉斜裂縫Fig.2 Diagonal crossing crack in the wall

（1）水平裂縫主要出現(xiàn)在頂層樓屋蓋圈梁下1～2皮磚的位置，裂縫沿著砌筑砂漿延伸形成通縫。由于混凝土樓屋蓋和圈梁與磚墻的剛度存在較大差異，且房屋未設(shè)置構(gòu)造柱，因此在地震水平剪力作用下兩者不能整體運動，在薄弱的錨固連接處附近易開裂破壞。

（2）豎裂縫主要出現(xiàn)在縱橫墻連接處，裂縫沿著連接處延伸形成通縫。由于房屋要承受兩個方向的地震力作用，受力復(fù)雜，易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且房屋的縱、橫墻連接處沒有采用“咬槎相接”的砌筑方式，也未設(shè)置拉結(jié)鋼筋或構(gòu)造柱，缺乏足夠的拉結(jié)，因此在地震作用下易開裂破壞。

（3）斜裂縫一般與水平方向成45°角沿著墻體砌筑砂漿延伸，少數(shù)磚塊從中間被拉斷。當(dāng)?shù)卣鹱饔梅较蚺c墻體方向一致，墻體內(nèi)部產(chǎn)生的主拉應(yīng)力值超過砌筑砂漿和磚塊的抗拉極限值時，墻體即產(chǎn)生斜裂縫，在地震的往復(fù)作用下，進一步形成交叉裂縫。

2.2 附屬結(jié)構(gòu)（突出屋面結(jié)構(gòu)）的破壞

此次地震中，許多突出屋面的附屬結(jié)構(gòu)物如樓梯間、女兒墻等產(chǎn)生了不同程度的破壞，如圖3、4所示。由于房屋立面結(jié)構(gòu)改變，使頂部出現(xiàn)剛度突變，且這些附屬結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)沒有可靠地連結(jié)，因此在地震作用下由于“鞭梢效應(yīng)”而極易遭受破壞[1、2]。

圖3 樓梯間破壞Fig.3 Damage of stairwell

圖4 女兒墻破壞Fig.4 Damage of parapet wall

2.3 底層樓板端部的破壞

底層混凝土樓板端部被震裂破壞的現(xiàn)象在震害房屋中也較為常見，如圖5、6所示。該現(xiàn)象主要發(fā)生在磚混結(jié)構(gòu)房屋的2層樓板上，在該層樓板和墻體的連接處一般還會出現(xiàn)環(huán)繞全屋的細微裂縫，墻體輕微水平錯移，以及小片混凝土塊被震裂脫落等特征。

圖5 端部混凝土震裂Fig.5 Shocking Crack at the end of concrete slab

圖6 端部混凝土震裂Fig.6 Shocking Crack at the end of concrete slab

為了方便生活或者畜養(yǎng)牲口，震區(qū)的磚混結(jié)構(gòu)房屋大多采用底框結(jié)構(gòu)的形式，底層很少砌筑承重墻或者為僅剩柱子的“雞腿式”結(jié)構(gòu)以達到較大空間的目的。房屋結(jié)構(gòu)在立面上存在上剛下柔，頭重腳輕的缺陷，且底框與上部墻體間缺乏有效的拉結(jié)，在地震作用下由于房屋底部承受較大剪力，因此在底層剛?cè)峤唤绲倪B接部位易發(fā)生整體錯移[3]；而因上部結(jié)構(gòu)在地震作用下的反復(fù)晃動作用，混凝土樓板的端部受集中壓應(yīng)力而導(dǎo)致開裂破壞。

3 震害房屋的建造特點及存在的問題

此次地震震級雖小，但仍造成許多新建不久的磚混結(jié)構(gòu)房屋產(chǎn)生了不同程度的破壞，從房屋震害的特點進一步暴露了我國廣大經(jīng)濟落后地區(qū)村鎮(zhèn)房屋建筑普遍存在的問題。以下從三個方面是對此次地震受破壞的磚混結(jié)構(gòu)房屋的建造特點及存在的主要問題。

3.1 設(shè)計方面

受地方經(jīng)濟和技術(shù)條件的限制，震區(qū)的房屋通常是由當(dāng)?shù)亟ㄖそ掣鶕?jù)房主的經(jīng)濟能力及實際要求，按照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)風(fēng)俗習(xí)慣建造。由于建筑工匠缺乏必要的建筑設(shè)計常識，房屋的結(jié)構(gòu)布局不合理，房屋的整體抗震性能較差，如底框結(jié)構(gòu)很多墻體沒有落地，上剛下柔；房屋雖設(shè)置有圈梁但未設(shè)置構(gòu)造柱，頂部附屬結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)沒有可靠的連接，房屋的豎向強度和剛度突變明顯等[4]。而根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，震區(qū)中同時設(shè)置有圈梁和構(gòu)筑柱的磚混結(jié)構(gòu)房屋并未有群眾反映受到破壞。

3.2 施工方面

由于缺乏專業(yè)的施工技術(shù)人員，施工技術(shù)落后，導(dǎo)致所建的房屋質(zhì)量得不到保證。如房屋的縱、橫墻連接沒有采用“咬槎相接”的砌筑方式，也未設(shè)置拉結(jié)鋼筋，墻體連結(jié)強度不足，造成房屋的整體性較差；建筑施工工藝粗糙、質(zhì)量差，部分墻體砌筑砂漿厚度不均，不飽滿不勾縫，造成砌塊間粘結(jié)不牢，在地震作用下因受力不均而導(dǎo)致墻體抗震強度降低等等[5]。

3.3 材料方面

從現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，受震害嚴重的房屋相當(dāng)一部分存在水泥砂漿強度不夠的缺點。用于砌筑的水泥砂漿配合比不合理，含砂量偏高，水泥用量相對偏少，攪拌不均勻，大大影響了其粘結(jié)強度，因此在地震作用下墻體裂縫沿著砌筑砂漿延伸形成通縫的現(xiàn)象較為常見。

4 結(jié)論

在廣西2013年2月20日田東-平果-巴馬交界附近發(fā)生的4.5級地震中，震區(qū)大量新建不久的磚混結(jié)構(gòu)房屋遭受了不同程度的破壞，其中以房屋的承重墻和附屬結(jié)構(gòu)開裂破壞、底層混凝土樓板端部被震裂的現(xiàn)象最為突出，給群眾的生命財產(chǎn)安全造成不少的損失。經(jīng)總結(jié)分析震害房屋的建造特點，本人認為這些新建房屋的抗震性能差是由于房屋存在結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、施工質(zhì)量不保證以及砌筑砂漿材料強度不夠等不足造成的。

磚混結(jié)構(gòu)是我國廣大農(nóng)村新建房屋最主要的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，我們應(yīng)從此次地震中吸取震害經(jīng)驗及教訓(xùn)，提高房屋的抗震性能，增強結(jié)構(gòu)的安全性。為盡量減少和避免將來不可預(yù)見地震給村鎮(zhèn)居民帶來的生命和財產(chǎn)損失，建議加強以下幾方面工作：

（1）加大開展村鎮(zhèn)居民的房屋抗震知識宣傳，逐步改變?nèi)罕妭鹘y(tǒng)的建房觀念。

（2）制定完備的村鎮(zhèn)民居抗震設(shè)計規(guī)程和指南，并結(jié)合地方民俗特點制作建筑抗震設(shè)計施工圖集，指導(dǎo)當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)民居建造。

（3）組織專業(yè)技術(shù)人員對村鎮(zhèn)建筑工匠進行培訓(xùn)，提高房屋施工質(zhì)量。

（4）逐步完善村鎮(zhèn)房屋的建設(shè)管理制度，在條件成熟時將村鎮(zhèn)建筑的設(shè)計和施工等進行統(tǒng)一驗收管理，確實提高農(nóng)村建筑的抗震能力。

[1]湯統(tǒng)壁，吳從曉，聶一恒，等.江西九江地震砌體結(jié)構(gòu)震害分析[J].廣州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006， 5 （06）： 77-80.

[2]吳從曉，湯統(tǒng)壁，聶一恒，等.江西九江地震房屋震害分析[J].工程抗震與加固改造，2006，28（01）：5-9.

[3]馬少華.論底框房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題及措施[J].建材與裝飾，2007，12：42-43.

[4]楊仕升，王永幸，謝開仲.我國農(nóng)村房屋抗震與加固的研究及進展[J].華南地震，2011，31（03）：140-149.

[5]楊仕升，申志敏，謝開仲，等.我國村鎮(zhèn)砌體房屋震害分析與抗震加固研究進展[J].華南地震，2012， 32 （03）： 1-10.