新疆于田7.3級地震建筑物震害分析與啟示1

杜曉霞尤 捷李亦綱李巖峰楊新紅

1）北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124

2）南京林業(yè)大學(xué)，南京 210037

3）中國地震應(yīng)急搜救中心，北京 100049

4）中國地震局，北京 100036

新疆于田7.3級地震建筑物震害分析與啟示1

杜曉霞1,3)尤 捷2,4)李亦綱3)李巖峰3)楊新紅3)

1）北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124

2）南京林業(yè)大學(xué)，南京 210037

3）中國地震應(yīng)急搜救中心，北京 100049

4）中國地震局，北京 100036

本文介紹了新疆于田7.3級地震災(zāi)區(qū)建筑物主要結(jié)構(gòu)類型和特點，分析了典型震害現(xiàn)象及特征，闡明了新疆先后實施的抗震安居工程和安居富民工程在提高建筑物抗震性能、減輕地震災(zāi)害損失方面發(fā)揮的重要作用。在總結(jié)抗震安居工程和安居富民工程建設(shè)成效的基礎(chǔ)上，結(jié)合于田多民族聚居的實際情況，對城鄉(xiāng)居民房屋的抗震設(shè)計和施工提出了一些建議，可為災(zāi)后恢復(fù)重建以及其他地區(qū)的民居建設(shè)提供借鑒和參考。

于田地震 建筑結(jié)構(gòu) 震害特征 抗震設(shè)防

引言

2014年2月12日17時19分（北京時間），新疆和田地區(qū)于田縣發(fā)生7.3級地震，震中距于田縣阿羌鄉(xiāng)50km，民豐縣城108km，于田縣城112km，震中海拔高度4500—5000m。地震主要波及于田縣、策勒縣、民豐縣、洛浦縣、和田縣、且末縣的39個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，受災(zāi)總面積約128310km2，受災(zāi)人口約45.5萬人。通過對災(zāi)區(qū)進(jìn)行震害調(diào)查、烈度評定，同時結(jié)合強震動儀記錄結(jié)果，此次地震的最高烈度為Ⅸ度（圖1）（新疆地震局，2014）。其中，Ⅸ度區(qū)和Ⅷ度區(qū)分布在高山無人區(qū)，Ⅶ度和Ⅵ度區(qū)的南部（圖1中虛線部分）為山區(qū)，無居民點，主要依據(jù)此次地震震源破壞和歷史地震理論數(shù)據(jù)計算得出；其余經(jīng)實際調(diào)查得出（圖1中實線部分）。

地震造成29701戶118802間房屋發(fā)生不同程度破壞，公路、橋梁、水利等基礎(chǔ)設(shè)施也遭到不同程度破壞，無人員傷亡。此次地震中，災(zāi)區(qū)倒塌房屋主要為老舊土坯房屋，抗震安居工程和安居富民工程的開展在保護(hù)災(zāi)區(qū)群眾生命財產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用，也是未造成人員傷亡的一個重要原因。本文在地震現(xiàn)場震害調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)《建（構(gòu)）筑杜曉霞，尤捷，李亦綱，李巖峰，楊新紅，2014．新疆于田7.3級地震建筑物震害分析與啟示．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：487—495．doi：10.11899/zzfy20140316

圖1 新疆于田7.3級地震烈度圖Fig. 1 Intensity distribution of the Yutian MS7.3 earthquake

物地震破壞等級劃分（GB/T 24335-2009）》（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2009）對建筑物進(jìn)行了地震破壞等級劃分，并參考?xì)v史地震中建筑物震害分析的方法和思路（王世元等，2013；葛鳴等，2012；蘭日清等，2013；秦松濤等，2010），對災(zāi)區(qū)不同結(jié)構(gòu)類型建筑物的特點和震害進(jìn)行了分析。在總結(jié)當(dāng)?shù)乜拐鸢簿庸こ毯桶簿痈幻窆こ探ㄔO(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對城鄉(xiāng)民居房屋的抗震設(shè)計和施工提出了一些建議，以期為災(zāi)后恢復(fù)重建以及其他地區(qū)的民居建設(shè)提供借鑒和參考。

1 主要結(jié)構(gòu)類型及震害特征

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此次地震災(zāi)區(qū)建筑物的結(jié)構(gòu)類型主要有磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、木架結(jié)構(gòu)和土坯房四種。

1.1 磚混結(jié)構(gòu)

磚混結(jié)構(gòu)是以磚墻作為主要豎向承重構(gòu)件、樓（屋）蓋采用鋼筋混凝土構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)房屋，具有就地取材、施工便捷、承載力較高、耐久性好等優(yōu)點，在全疆經(jīng)濟條件較好的地區(qū)被廣泛采用。此次地震中，磚混結(jié)構(gòu)房屋主要集中在縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)所在地，多用于辦公用房或多層住宅。

現(xiàn)場震害調(diào)查表明：Ⅶ度區(qū)內(nèi)磚混結(jié)構(gòu)房屋部分出現(xiàn)輕微裂縫（圖2），Ⅵ度區(qū)少量出現(xiàn)輕微裂縫（圖3），震害不明顯；整體設(shè)計合理、施工規(guī)范的磚混結(jié)構(gòu)房屋基本保持完好無損。

磚混結(jié)構(gòu)主要以墻體的破壞為主，破壞現(xiàn)象有承重墻、墻體拐角處、門窗角處等位置出現(xiàn)斜裂縫，主要是因墻體在地震作用下發(fā)生剪切變形產(chǎn)生的；墻體與樓屋蓋連接處、門窗過梁下等位置出現(xiàn)水平裂縫，一些房屋還出現(xiàn)了外墻瓷磚掉落等現(xiàn)象。調(diào)查表明，磚混結(jié)構(gòu)房屋在此次地震中未出現(xiàn)中等以上破壞。

圖2 葉亦克鄉(xiāng)幼兒園磚混結(jié)構(gòu)Fig.2 Shear crack in wall of masonry structure in a kindergarten

圖3 斯也克鄉(xiāng)科克麥提雙語幼兒園Fig.3 Crack in partition of masonry structure in a kindergarten

1.2 磚木結(jié)構(gòu)

磚木結(jié)構(gòu)是以磚墻作為主要豎向承重構(gòu)件，樓（屋）蓋采用木構(gòu)件承重的混合結(jié)構(gòu)房屋。由于不需要支模澆筑混凝土屋蓋，施工起來更為便捷，并且可在木屋架上鋪草、座泥或掛瓦，房屋保溫隔熱性能較好，經(jīng)濟性也比磚混結(jié)構(gòu)要好。因此，磚木結(jié)構(gòu)在全疆被廣泛采用。此次地震災(zāi)區(qū)的磚木結(jié)構(gòu)是安居富民工程的主要結(jié)構(gòu)形式，各縣完成情況不一，完成率在30%—70%之間。除安居富民房外，還有一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民自建房和鄉(xiāng)鎮(zhèn)公用房屋也采用磚木結(jié)構(gòu)，但部分較為老舊。少數(shù)居民自建房和老舊公用房屋由于年久失修和建設(shè)質(zhì)量較差，產(chǎn)生了輕微甚至中等程度的破壞，Ⅶ度區(qū)約有5%的磚木結(jié)構(gòu)房屋嚴(yán)重破壞，10%磚木結(jié)構(gòu)房屋產(chǎn)生中等以下破壞。

磚木結(jié)構(gòu)房屋的震害主要表現(xiàn)為墻體出現(xiàn)斜裂縫、交叉裂縫、水平裂縫等，一些建設(shè)較早的房屋墻體出現(xiàn)貫穿性裂縫（圖4、圖5）；個別房屋由于屋蓋與墻體連接處沒有可靠的連接措施導(dǎo)致屋蓋墜落（圖6），還有個別房屋的吊頂發(fā)生了掉落（圖7）?？偟膩碚f，安居富民工程建設(shè)起來的磚木結(jié)構(gòu)房屋破壞大多較輕，主要是一些老舊的磚木結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生了中等以上破壞。

圖4 于田縣老城區(qū)墩巴格社區(qū)Fig.4 Shear cracks in wall of brick-wood house

圖5 斯也克鄉(xiāng)阿勒達(dá)西曼村清真寺Fig. 5 Vertical cracks in walls of a mosque

圖6 于田縣老城區(qū)吾斯塘貝西社區(qū)Fig. 6 Roof collapse of a brick-wood house

圖7 喀克爾鄉(xiāng)草站磚木房屋Fig.7 Ceiling falling down of a brick-wood house

1.3 木架結(jié)構(gòu)

木架結(jié)構(gòu)是南疆干旱少雨地區(qū)抗震安居工程推薦采用的民居結(jié)構(gòu)形式之一，包括木板夾芯墻和“笆子墻”兩種類型。該結(jié)構(gòu)主要采用木制地圈梁、屋頂圈梁、木柱和木梁等組成的木框架承重，墻體以木條之間填充土坯、土塊或泥巴，外側(cè)抹草泥；或者以紅柳扎成籬笆固定在木框架上，再抹上草泥，房頂是木椽子上鋪層席子，再鋪菖蒲草然后抹草泥。這類房屋由于自重較小、結(jié)構(gòu)輕質(zhì)、造價低廉、抗震性能好等特點，在災(zāi)區(qū)覆蓋率較高，于田縣基本全覆蓋。歷史震害表明，地震時這種房屋的墻皮可能開裂或脫落，但一般不會坍塌。

此次地震中，該類房屋的震害主要表現(xiàn)為，墻皮或抹灰層掉落（圖8）、墻體傾斜或外閃（圖9）、墻角屋頂局部塌落（圖10）等。由于該類房屋墻體以草泥抹墻，建成后由于雨水侵蝕和木質(zhì)老化等原因造成草泥與笆子墻粘合度降低，加之近年多次經(jīng)歷5級以上地震，Ⅶ度區(qū)約35%木架房屋墻體草泥局部或較大面積脫落，部分房屋墻體兩側(cè)草泥均脫落，降低房屋保溫性，影響正常居住。總的來說，該類房屋未發(fā)生大面積嚴(yán)重破壞。

圖8 斯也克鄉(xiāng)阿勒達(dá)西曼村木架結(jié)構(gòu)Fig. 8 Wall tilt and plastering layer fall down in wood frame house

圖9 科克亞鄉(xiāng)科克亞村木架結(jié)構(gòu)Fig.9 Out-of-plane collapse of wall in wood frame house

圖10 奧依托格拉克鎮(zhèn)瑪力混村Fig.10 Roof collapse in wood frame house

圖11 奧依托格拉克鎮(zhèn)山節(jié)村Fig.11 Partly wall collapse of adobe house

1.4 土坯結(jié)構(gòu)

土坯結(jié)構(gòu)在災(zāi)區(qū)的鄉(xiāng)村中相對普遍，包括農(nóng)村老舊干打壘土墻或土坯砌筑墻體，其修建年代早，自建比例超過90%，除政府開展建設(shè)的抗震安居房和安居富民房外，農(nóng)村居民保留了部分土坯房屋作為居住和倉儲使用。當(dāng)?shù)攸S土砂質(zhì)含量較重，土質(zhì)為粉砂，顆粒小、空隙多、粘性差，易被風(fēng)雨侵蝕。干打壘和土坯墻由于風(fēng)雨侵蝕、年久失修，抗震能力差。

此次地震中，該類房屋的震害主要表現(xiàn)為，墻體開裂或局部倒塌（圖11）、屋架歪斜或屋頂局部破壞（圖12）、房屋倒塌（圖13）等。其中，Ⅶ度區(qū)有15%左右土坯房毀壞，70%左右破壞，該類房屋的破壞在此次地震房屋直接經(jīng)濟損失中占主要比例。

圖12 于田縣老城區(qū)吾斯塘貝西社區(qū)土坯房Fig.12 Partly damage of roof in adobe house

圖13 策勒縣雖力蘭干村Fig.13 Adobe house collapse

2 啟示與建議

2003年新疆巴楚-伽師6.8級地震發(fā)生后，新疆自治區(qū)黨委、政府決定從2004年開始在全疆實施城鄉(xiāng)抗震安居工程建設(shè)，力爭用5年時間通過抗震加固、拆遷重建等方式，使全區(qū)城鄉(xiāng)住宅抗震設(shè)防水平普遍提高。截至2010年底，自治區(qū)共累計建成抗震安居房194.9萬戶，其中和田地區(qū)共建成抗震安居房391658戶（張守潔等，2013；王蘭民等，2005）。2010年6月，自治區(qū)在19省市對口援疆行動的扶持下實施了更高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的安居富民工程，和田地區(qū)根據(jù)實際情況提出4個不落后（面積、功能、質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)不落后）以及“一村一策，一戶一計”的設(shè)計思路，在全區(qū)率先實施安居富民工程。截至2013年底，和田地區(qū)安居富民工程累計完成130187戶的建設(shè)（張宗潮等，2011）。正是這兩項工程的實施使得災(zāi)區(qū)房屋抗震性能有了較大改進(jìn)，這也是此次地震無人員傷亡的重要原因。

表1 于田縣老城區(qū)房屋破壞情況匯總表（單位：戶）Table 1 Statistical table of house damage in old town of Yutian county (unit: household)

表2 于田縣斯也克鄉(xiāng)房屋破壞情況匯總表（單位：戶）Table 2 Statistical table of house damage in Siyeke town of Yutian County (unit: household)

從作者現(xiàn)場調(diào)查時在于田縣老城區(qū)和斯也克鄉(xiāng)收集到的房屋破壞情況匯總表（表1、表2）中可以看出，災(zāi)區(qū)的抗震安居房經(jīng)受住了地震的考驗，在此次地震中無一倒塌，僅有極少數(shù)建設(shè)年代較早的房屋發(fā)生了破壞。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查時拍攝到的照片（圖14—16）也能看出，抗震安居工程和安居富民工程中建設(shè)的房屋抗震性能明顯高于居民自建老舊房屋的抗震性能。

根據(jù)新疆于田7.3級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟損失評估結(jié)果（譚明等，2014），災(zāi)區(qū)抗震安居工程和安居富民工程的實施，在此次地震中減少災(zāi)害經(jīng)濟損失3.8億元，減少恢復(fù)重建經(jīng)費12.9億元，減少失去住所人員約4萬人，有效地起到了避免人員傷亡、減少經(jīng)濟損失和災(zāi)民轉(zhuǎn)移安置數(shù)量、維護(hù)社會穩(wěn)定的效果。

著眼于進(jìn)一步提高農(nóng)村民居的抗震性能，基于上述震害分析情況，本文提出以下幾點建議：

圖14 喀爾克鄉(xiāng)房屋震害對比Fig.14 Comparison of earthquake damage of house in Kaerke town: wood frame house (left)vs brick-wood house built by Comfortable and Rich Housing Project (right)

圖15 先拜巴扎鎮(zhèn)托萬塔西曼村房屋震害對比Fig.15 Comparison of earthquake damage in Tuowantaximan village: brick-wood house built by Comfortable and Rich Housing Project (left) vs wood frame house (right)

圖16 策勒縣博斯坦鄉(xiāng)墩巴格村房屋震害對比Fig.16 Comparison of earthquake damage in Dunbage village: brick-wood house built by Comfortable and Rich Housing Project (left) vs adobe house (right)

（1）于田地震災(zāi)區(qū)屬于宗教文化、東西方文化、民間傳說等多元文化交匯區(qū)域，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)孛袼讉鹘y(tǒng)風(fēng)俗習(xí)慣和建筑材料實際情況，按照《新疆維吾爾自治區(qū)于田地震災(zāi)后安居富民工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（新疆自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2014）的要求，繼續(xù)大力推廣富有地方特點、民族特色和傳統(tǒng)風(fēng)格的磚木結(jié)構(gòu)和木架結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)，適應(yīng)當(dāng)?shù)厝罕姷牧?xí)慣，滿足生產(chǎn)和生活需要。

（2）未考慮抗震措施以及建設(shè)年代較早的土坯房、木架結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)在地震中破壞相對嚴(yán)重，應(yīng)及時對災(zāi)區(qū)該類房屋進(jìn)行排查和鑒定，多措并舉，加大抗震加固或拆除改建力度，不斷擴大抗震民居的覆蓋面，提高當(dāng)?shù)亟ㄖ锏牡卣馂?zāi)害防御能力，以期在地震發(fā)生時有效減少經(jīng)濟損失、避免人員傷亡。

（3）現(xiàn)行安居富民工程的實施應(yīng)吸取前期全國抗震安居工程建設(shè)的經(jīng)驗，在政府主導(dǎo)下完成村鎮(zhèn)規(guī)劃、建設(shè)管理、技術(shù)研發(fā)、公共服務(wù)、建造施工、法規(guī)政策、宣傳教育、工匠培訓(xùn)等一系列工作，將科學(xué)的抗震設(shè)防、規(guī)范設(shè)計、建筑材料和施工技術(shù)服務(wù)與管理向鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村延伸，促進(jìn)農(nóng)居地震安全問題的早日徹底解決。

（4）現(xiàn)場震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，災(zāi)區(qū)北部地基土層軟弱、地下水位淺、鹽堿化程度高，屬于承載力較弱的軟土地帶，工程地質(zhì)條件差，造成該區(qū)域個別磚混結(jié)構(gòu)發(fā)生中等破壞。鑒于該區(qū)域城鎮(zhèn)集中、人口稠密，建議在今后的恢復(fù)重建和安居富民工程建設(shè)工作中采取適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸桨?，提高地基承載力，增強地基穩(wěn)定性，確保房屋基礎(chǔ)安全、抗震性能不受影響。

（5）現(xiàn)場震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，于田縣老城區(qū)的建筑物在此次地震中破壞相對嚴(yán)重。從表1和表2中也可以看出，老縣城的抗震安居房覆蓋率低于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，老城區(qū)的房屋建設(shè)年代較早，震害嚴(yán)重。建議在震后恢復(fù)重建工作中重點考慮老城區(qū)的重新規(guī)劃改造，在保留原有傳統(tǒng)和特色的基礎(chǔ)上全面提高民居的抗震水平。

3 結(jié)語

歷次地震經(jīng)驗表明，農(nóng)村民居的震害最為嚴(yán)重，主要是由于農(nóng)居的抗震能力偏低所致。對此次地震中建筑物進(jìn)行的震害分析表明，新疆實施的抗震安居工程和安居富民工程對提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)居的抗震能力做出了很大貢獻(xiàn)，應(yīng)把震后恢復(fù)重建工作與安居富民工程緊密結(jié)合起來，大力推廣農(nóng)居地震安全工程建設(shè)，全面普及房屋抗震知識，提高居民的抗震意識；加強對當(dāng)?shù)厥┕と藛T的培訓(xùn)，使其掌握抗震施工的技能；同時加強對農(nóng)居房屋建設(shè)的指導(dǎo)和監(jiān)管，力爭從各個方面全方位地確保農(nóng)居建筑抗震能力的提高，以期更好地抵御地震災(zāi)害。

致謝：本文中一些數(shù)據(jù)和照片引用了中國地震局、新疆維吾爾自治區(qū)地震局新疆于田7.3級地震現(xiàn)場應(yīng)急工作隊的工作成果，在此表示衷心地感謝！

葛鳴，譚明，常想德等，2012．新疆新源、和靜交界MS6.6地震房屋建筑和震害特征分析．內(nèi)陸地震，26（4）：360—364.

蘭日清，豐彪，2013．蘆山地震農(nóng)居房屋震害啟示與建議．地震工程與工程振動，33（6）：138—143.

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王蘭民，陶裕祿，袁一凡等，2005．中國地震安全農(nóng)居示范工程綜述．西北地震學(xué)報，27（4）：305—311.

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新疆地震局，2014．2014年2月12日新疆于田7.3級地震烈度圖［EB/OL］．http://www. eq-xj.gov.cn/manage/ html/ff808181126bebda01126bec4dd00001/_content/14_02/15/1392452125781.html．

新疆地震局，2014．2014年2月12日新疆于田7.3級地震災(zāi)害損失評估報告．

新疆自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2014．新疆維吾爾自治區(qū)于田地震災(zāi)后安居富民工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[EB/OL]. http://govinfo.nlc.gov.cn/xjfz/xxgk/xjwwezzqzfhcxjst/201403/t20140325_4820588. shtml? classid=428.

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版社．

Inspiration and Advice Hazard Analysis of Building Earthquake Damage Characteristic duringYutian M7.3 Earthquake

Du Xiaoxia1,3), You Jie2,4), Li Yigang3), Li Yanfeng3), Yang Xinhong3)

1) Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2) Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
3) National Earthquake Response Support Service, CEA, Beijing 100049, China
4) China Earthquake Administration, Beijing 100036, China

Yutian earthquake of MS7.3 on Feb 12nd, 2014 with the macro-epicenter intensity IX caused damage to local buildings in the affected are but with no casualty. In this paper, we analyzed not only the types and characteristics of building structure but also the characteristics of damage and destruction causes. Based on the analysis of construction experience of the Seismic and Comfortable Housing Project and Comfortable and Rich Housing Project, some advice was proposed for the seismic design and construction of building to provide reference for recovery and reconstruction work in the affected area as well as the building constructions in other areas.

Yutian earthquake；Building structure；Seismic damage characteristic；Seismic fortification

地震行業(yè)科研專項（20100008）；國家“十二五”科技支撐計劃課題（2011BAJ08B02）

2014-05-31

杜曉霞，女，生于1982年。博士生，高工。主要從事地震應(yīng)急救援與結(jié)構(gòu)抗震研究。E-mail：duxx_bj@126.com