汶川地震村镇建筑震害浅析及抗震建议8页.doc

汶川地震村镇建筑震害浅析及抗震建议0引言2008年5月12日14时28分,在四川东部龙门山构造带汶川附近发生的8.0级强烈地震惊动了整个世界.不仅给震中区附近造成灾难性的破坏,而且在四川省和邻近省市大范围造成破坏.在此次地震中,沿地震带大部分地区建筑结构均遭受了不同程度的损坏,其中,村镇建筑遭受到的破坏程度最为严重。村镇建筑的抗震水平可以反映一个国家的整体抗震能力.发达国家,如美国、日本等非常重视民房的地震安全问题,其村镇建筑普遍具有较强的抗震能力。在发展中国家,由于农村地区地震造成的人员伤亡巨大,各国政府也已开始重视村镇建筑地震安全问题,如哥斯达黎加、洪都拉斯、印度、伊朗、尼泊尔、哈萨克斯坦、塔吉克斯坦、阿尔及利亚、摩洛哥等国家在村镇建筑抗震技术研究和村镇建筑抗震加固方面进行了程度不同的探索.然而,受经济发展水平的限制,大部分发展中国家尚未将村镇建筑建设纳入国家规范管理范围,对村镇建筑抗震技术推广应用进展较慢,其抗震能力仍普遍低下.在国内,自唐山地震以来,大陆共发生了几十次破坏性地震,其中绝大多数发生在广大农村和乡镇地区.由于广大农村和乡镇地区经济相对落后,农村民居和村镇公共建筑设施防震能力薄弱,在遭受同等地震烈度的条件下,农村人口伤亡和建筑的倒塌破坏程度远高于城市,越贫穷的地区,受灾越严重.自党的十六届五中全会提出建设社会主义新农村的重大历史任务以来,我国村镇正在进行较大规模的基础设施建设.从2005年统计结果来看,全国有595.8104户村镇农(居)民新建住宅,占总户数的2.27%,全国村镇房屋竣工建筑面积9.78108m2,其中住宅6.88108m2.可以看出,我国村镇住宅面积不断增长,村镇建筑抗震能力成为我国防灾减灾事业中的一个重要问题.本文主要针对汶川地震中四川地区村镇建筑结构的震害特点加以介绍,对作者在灾区调研过程中发现的破坏现象加以分析,给出村镇建筑结构抗震设计相关建议,为以后村镇建筑的抗震设计工作提供参考.1汶川地震概况(1)地震的影响范围此次地震震中位于汉川县映秀镇(东经103.40、北纬31.0“)，震级Ms=8.O，震源深度14km。直接受灾地区达10万kmZ，包括震中sokm范围内的县城和200枷范围内的大中城市，其中主要包括四川、甘肃、陕西、重庆、云南、宁夏、河南、青海8个省市自治区，如图1.1。全国大部分地区有明显震感，泰国首都曼谷，越南首都河内，菲律宾、日本等地也有震感。(2)地震的震害概况据统计，此次汉川特大地震造成69227名同胞遇难、17923名同胞失踪，需要紧急转移安置受灾群众1510万人，房屋大量倒塌损坏，有2314.3万房屋损坏，其中倒塌的房屋就达652.5万间，基础设施大面积损毁，工农业生产遭受重大损失，生态环境遭到严重破坏，直接经济损失8451亿多元，引发的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生灾害举世罕见。地震使得四川省的德阳市、绵阳市、成都市、阿坝州和广元市，甘肃的陇南市，陕西的汉中市等地遭受严重损失。在四川省，地震使得五条国道，十条省道和17000公里的农村公路、桥梁、隧道等路基普遍受损。地震中受损最为严重的宝成铁路(四川境内抗震救灾的“生命通道，中断通车达4天。地震使得全省巧个重灾县(市)的商贸流通体系基本瘫痪。据省农业部门统计，地震造成灾区农田损毁101万亩。以水电为主的四川省电网损毁也十分严重，35kV及其以上变电站停运171座，其中17座完全损毁。地震不仅使基础设施遭到破坏，也使通信瘫痪，灾区数天无联络信号131。据统计，全省有22428家企业受到不同程度灾害，经济损失超过2000亿元，地震将影响四川全省地方收入减少150亿元以上。2汶川地震中村镇房屋建设的震害分析及抗震措施2.1砖混结构房屋震害分析及抗震措施砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、附壁柱等采用砖或砌块砌筑，柱、梁、楼板、屋面板、析架等采用钢筋混凝土结构。一般的讲，砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构，又称钢筋混凝土混合结构。由于砖混结构造价低、施工技术与施工设备简单，在村镇住宅建设中运用得比较普遍。由于墙体材料为脆性和整体性能差，使得砖混结构房屋的抗震性能相对比较低。在历次大地震中，未经合理抗震设计的砖混结构房屋遭到了不同程度的破坏。2.1.1砖混结构房屋震害现象及分析(1)倒塌或局部倒塌，(2)墙体破坏。墙体破坏主要形式为出现“X形状裂缝、斜裂缝、水平裂缝等。“X”形裂缝是墙体承受的平面内水平地震剪力造成的，当墙体内产生的主拉应力大于其所能承担的应力时，发生水平向成45“角方向的剪切破坏，在往复地震作用下，形成“X形裂缝。水平裂缝主要由于距震中近，大多数为竖向地震作用造成的。(3)纵横墙连接破坏纵横墙连接处在地震力作用下的破坏尤为常见，纵横墙连接处受到两个方向的地震作用以及地震对房屋的扭转作用，容易产生应力集中，破坏程度与纵横墙是否设有拉结和约束措施，以及砌筑质量好坏有较大关系。(4)门窗、洞口上的破坏。墙体开洞后其直角部位在地震作用下产生应力集中，引起开裂，裂缝由洞口角部向墙体斜向延伸。(5)屋顶破坏(6)局部突出屋面结构的破坏。局部突出屋面结构通常是当地居民私搭乱建的，没有经过正规设计，施工也比较随意，地震时产生“鞭稍效应”，在放大的地震作用下极易发生破坏。2.1.2砖混结构房屋的抗震措施(1)圈梁和构造柱。此次地震再次证明圈梁和构造柱的重要性。凡是设置圈梁的，多数情况下，即便结构破坏严重，发生局部坍塌甚至底层垮塌，但是仍然具有一定的整体性，结构发生完全倒塌的很少。而构造柱除了可以增加结构10%一20%的抗剪强度而外，可以很大程度上提高墙的极限变形能力和结构耗能性能，因此具有较强的抗震能力。砖柱的抗剪能力很低，对于单层砌体房屋附加砖柱还可以一定程度上增强结构的抗剪能力，但是对于多层砖混结构，砖柱的高宽比很大，加上砖柱本身抗剪性不高，一旦发生脆性破坏很容易倒塌，砖柱所能起到的抗震能力非常有限。构造柱在施工上较为复杂，特别是钢筋之间竖向焊接和连接横向约束如果施工不良，构造柱很容易损坏。(2)强柱弱梁或强墙弱梁。灾区有的砖混结构使用大而重的预制钢筋混凝土梁而造成墙体或者构造柱在地震中承受很大的地震剪切力，从而导致更严重的地震破坏。过大的梁使得墙体或者构造柱承受的剪切作用更大，剪切力也相对集中。所以，强柱弱梁或强墙弱梁措施可以有效地抵御地震作用力，提高房屋的抗震能力。(3)纵横墙连接处以及墙体与楼屋盖连接处应增加有效的连接措施。(4)房屋结构布置应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，此次汉川地震灾区有些没有前纵墙，后纵墙开洞较大，仅靠一道内纵墙承受地震力，极易发生破坏。(5)纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。(6)墙体施工的问题。砖混结构中的承重墙体的质量也很重要。调查中发现许多房屋墙体砌筑方式存在问题:一些倒塌的砖混结构房屋，采用炉渣砌块和粘土砖一平一立的方式砌筑，由于二者规格不同，材料特性有差异，砖和砌块之间的咬合不好，而且在地震作用下反应也有差异，墙体整体抗震性能不好。对于重量较重的多层砖混结构，承重墙采用单砖墙是十分危险的。墙体砌筑的建造技术简单，却对房屋的抗震能力影响很大，墙体的高宽比、墙体的厚度、墙体的砌筑方式和平面布局等都直接影响到房屋的地震安全。2.2木结构房屋震害分析及抗震措施木结构房屋的结构骨架是一个由木柱、木梁、（或木屋架）组成的框架结构，量与柱的节点实际上是一种半刚性、半铰接节点，驻地直接搁置于石质基础上，或直接嵌入基础的凹槽，木框架起承担和传递屋顶全部荷载的作用，而墙体及其维护空间的作用。在的证作用下，梁柱铆接连接处摩擦滑移耗能，而柱底转动滑移减震，形成良好的隔震消能结构体系，在小震和中震作用下，震害较轻。除此之外，木结构有良好的受力性能，它对于瞬间冲击在和和周期性皮老婆话具有良好的延展性，其破坏过程是一个渐变的屈服过程，当房屋在地震中晃动时，木结构骨架仍然可以保持结构的整体稳定。2.2.1木结构房屋震害现象及分析(1)节点破坏。木结构房屋的梁柱之间通常是桦接，节点没有足够的强度和刚度，在较大的水平地震作用下一旦松动就变成铰接，成为几何可变体系，结构就很容易发生倾斜甚至是倒塌破坏。(2)墙体的破坏有墙体的整片倒塌和局部倒塌。墙体整片倒塌的多数是土坯墙，局部倒塌的有砖砌体、砌块砌体，也有土坯墙。土坯墙的延性差，砌筑的时候没有采取有效的构造措施，而且墙体与主体木构架没有可靠连接，由于墙体与木构架的振动特性不同，在地震中的响应也不相同，延性差的墙体很容易出现破坏。(3)农村的房屋在屋架上放置凛条，擦条上是椽子，瓦片直接铺在椽子上，在倾斜的屋架上，瓦片与屋架本身没有什么连接，瓦片与光滑的椽子的摩擦力较小，在地震过程中瓦片很容易从椽子上滑落。2.2.2木结构房屋的抗震措施木结构房屋在提高抗震能力方面应注意以下几个方面:(l)合理布置房屋平面，建筑体型要适当。屋顶上不宜建笨重的装饰物，如女墙、高门脸等。(2)减轻房屋重量，降低房屋高度。屋面的泥顶或石灰焦渣层不宜过厚，一般10cm左右为宜。檐高以2.7一3.Om之间为宜。另外，屋顶坡度宜小不宜大，宜做四坡水。(3)木骨架要安置稳妥。不少木骨架房屋，山墙处没有木骨架，擦条直接搁置山墙上，俗称“硬山搁擦”，由于地震时山墙容易倒塌，导致屋顶塌落。因此，应在山内侧设置木骨架，也可一半设在墙里一半设在墙外，做成半明半暗的形式。(4)加设斜撑和剪力撑。为保证木骨架的纵向稳定性，可以在靠近屋脊节点处下弦中央节点处每隔一开间设置一道垂直剪力撑，在屋架下柱子间加设斜撑。(5)增强木骨架与围护墙的连接，可以增加木骨架房屋的整体刚度，阻止木骨的过大变形。(6)加强木柱和柱脚石的联结。2.3砖木结构房屋震害分析及抗震措施砖木结构是指当地一层或两层的砖木房屋，以硬山搁擦屋盖为主，屋面为小青瓦或石棉瓦，墙体砌筑方式与砖混房屋类似。2.3.1砖木结构房屋震害现象及分析(1)倒塌。砖木结构整体稳定性与牢固性差，在自重作用下结构没有大问题，但是，在水平地震作用下，这类结构易发生承重墙体平面外闪，导致整体倒塌或者局部倒塌等严重震害。(2)硬山搁擦房屋的山墙倒塌率高于纵墙。分析其原因是山墙较高，所承受的地震作用较大，而山墙与擦条间通常缺乏有效的连接措施，因而发生平面外稳，造成山墙倒塌。(3)屋顶坍塌。其主要原因是屋架制作简单，整体性不好，在地震作用中容易脱开散架，最后整个屋顶坍塌。也有部分是由于墙体的外闪坍塌导致屋顶坍塌的。(4)施工质量差。在当地，砖木结构墙体砌筑方式与砖混房屋类似，也普遍存在砂浆强度低、纵横墙连接差、墙体厚度不足等问题，使得墙体破坏严重或局部倒塌。2.3.2砖木结构的房屋抗震措施1) 适当减轻房屋重量。2) 增强木结构的刚度和整体性。3) 增强墙体的刚度。通常可采用提高砂浆标号或在墙体中适当增加抗震钢筋。4) 隔震加固方案。隔震加固方案中隔震层可设置在待加固结构的不同部位，也可设置在房屋的顶层，同时起到结构架层和抗震加固的目的，而且直接在屋顶施工，对用户造成影响较小。2.4生土墙结构房屋的震害分析及抗震措施生土建筑泛指由未经过焙烧，而仅仅经过简单加工的原状土质材料建造的建筑，包括土坯建筑、土窑洞建筑、夯土墙建筑等。生土建筑是中国传统建筑中的一个重要织成部分。生土建筑利用地方材料建造，造价低廉，技术简单，冬暖夏凉。而且原土不需烧制，不污染环境，这是生土建筑具有较强生命力的主要原因。另外，房屋拆除后建筑垃圾可作为肥料回归土地，这种可持续发展的生态优势是其它任何材料无法取代的。 生土建筑按形式、结构特点大致可分为拱窑、崖窑、生土墙承重房屋、木架(或砖柱)与生土墙混合承重房屋等。其中，生土墙承重房屋又可分为夯土墙承重、土坯墙承重和夯土、土坯墙混合承重房屋。2.4.1生土墙结构房屋震害现象及分析 1）地基基础破坏。生土墙房屋几乎都没有经过正规设计，基础深度宽度较小，地基未经很好处理，石料、粘土砖常采用泥浆砌筑。若房屋建造在软弱地基、砂土液化地基及土质不均匀地段，可能引起房屋的整体破坏。在静力作用下，反映为墙体开裂，甚至倾斜。在地震荷载作用下会导致房屋的严重变形或倒塌。2）结构体系不规则引起的破坏。尤其是单面坡房屋，后墙比前墙高，地震时前后墙的惯性力相差悬殊，易发生墙体严重开裂和前后墙变形差异引起的屋盖系统塌落或房屋的倒塌。3）墙体开裂破坏。土坯墙房屋结构整体性差，纵横墙体之间无相互拉结的措施，地震时在剪切力的作用下，很容易发生墙体开裂、墙体外倾的现象，这是此类房屋的主要震害之一。震害表明，在VI度即有少量倒塌，大部分为转角V形局部塌落及墙体的斜裂缝、竖向裂缝、纵横墙交界处通裂缝等。 4）墙体受压承载力不足引起的破坏。屋盖系统的攘条或大梁直接搁置在土墙上，墙体承受着屋盖系统的全部重量，在擦条或大梁与墙体的接触处荷载集中，由于墙体受压能力或局部承压能力不足，承重墙体往往在使用阶段就产生竖向裂缝，对房屋的抗震性能不利。 5）洞口边墙体局部破坏。土坯墙体门窗洞口边土坯外鼓，这是因为在压力作用下立砌的土坯之间既无拉结措施，也无泥浆粘结，最外层的土坯独立工作时，强度及稳定性不足的表现。2.4.2生土墙结构房屋抗震性能改善措施 1）平面布局为了减小房屋的地震作用，建筑平面布置和立面处理应力求简单、规整。房屋高度不宜过高，开间不宜过大。最好每开间都设横墙，以减小纵墙的跨度。门窗不宜开得过大，以免因窗间墙过窄在地震时破坏。纵横墙布置要均匀对称，保证房屋刚度均匀。避免砌筑一些附属物，如门脸、女儿墙等，防止地震时塌落伤人。烟囱不应削弱墙体强度。烟道可放置在土墙内侧或外侧的墙垛里，并应采取一定连接措施。2）地基基础 地基应开槽分层回填夯实，深度根据土质确定，土质好的地方浅一些，土质差的地方深一些，通常500 1000mm为宜。宽度以每边宽出基础150-200mm土质好的地区用原土分层回填夯实即可，土质差或湿陷严重的地区应采用2:8或3:7灰土分层回填夯实。基础应砌至室外地坪以上300mm左右，以防止墙体底部受雨水侵蚀。材料可以用砖、毛石、片石和砾石，用石灰砂浆砌筑，施工中应注意错缝咬搓。也可用灰土基础。若能用