汶川地震灾区多层砖混结构房屋的震害分析

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汶川地震灾区多层砖混结构房屋的震害分析

作者：   发布时间：2009-7-14 8:48:58

汶川地震灾区多层砖混结构房屋的震害分析

 

重庆大学土木工程学院    甘民    余渝    何军

 

 

 

汶川大地震发生后，灾区急需建筑结构、水环境等方面专家对各种建筑物、饮用水环境等进行鉴定排查。重庆大学急灾区之所急，迅速派出专家组奔赴成都、都江堰、德阳、绵阳、绵竹、安县、北川、盐亭等地区，在当地党委、政府的统一领导下，开展救灾技术服务工作。作为专家组成员我们在灾区对大量的房屋进行了入户调查，在调查中发现许多震害与设计、施工、原材料、装修密切相关。

国内外多次地震的统计数据反映，砖混结构在每次地震中的破坏程度都是最严重的。本次地震中砖混结构也不例外，很多砖混结构房屋倒塌或严重破坏。在这次地震后房屋结构调查中我们发现，砂浆强度、横墙数量、楼盖形式、圈梁及构造柱的设置对砖混结构房屋的抗震性能有显著影响。

1 砂浆强度对砖混结构房屋抗震性能的影响

砂浆的强度是砖混结构墙体在地震时是否开裂的主要因素。在砖混结构抗震设计时，砌筑砂浆强度越高，砌体沿阶梯形截面破坏的抗剪强度越高，墙体的抗震受剪承载力也越高。这种设计理论在本次地震中也得到验证。

案例1：德阳市市区和盐亭县县城按照《建筑抗震设计规范》GB50011—2001要求设防烈度均为6度，设计地震分组均为第一组。从国家地震局发布的《汶川8.0级地震烈度分布图》来看两地区地震烈度虽然均为7度．但德阳离震中距离更近些，处在7度与8度的分界区。从以上的资料我们可以认为两地结构类型相同、层数相近房屋德阳的应该开裂的严重些。但是实际调查结果正好相反，盐亭县的房屋开裂的要严重些。

是什么原因造成这样的结果呢?从现场调查中我们发现一个现象，盐亭县砖混结构房屋砌筑砂浆的强度明显不如德阳高。从对当地建设主管部门的询问我们得知，盐亭县砌筑砂浆中用砂的为含泥量较高的细沙，德阳为含泥量较低的中粗砂。一般情况在水泥用量相同的情况下用含泥量较高的细砂拌合的砂浆强度要低于用含泥量较低的中粗砂的砂浆强度，这也从一方面验证了盐亭县砌筑砂浆强度较低的原因。

案例2：位于甘肃省文县的碧口镇，是这次地震甘肃省受灾最严重的地区，本地区设防烈度为8度，设计地震分组为第一组。通过对碧口电厂生活区职工住宅的调查我们发现，该厂2、3、4、5、6号住宅楼均为相同设计的三层砖混结构，2、3、4号楼采用的是普通河砂拌合砂浆修建，5、6号楼采用修水坝剩余的水洗砂拌合砂浆修建。用工具敲击砂浆检测，5、6号楼砂浆强度明显高于2、3、4号楼。对这几栋楼的入户调查发现5、6号楼承重墙体完好，仅有个别非承重墙出现轻微裂缝，住户还在正常使用。2、3、4号楼承重墙多出开裂明显，达到中等破坏，住户已经搬出，无法正常使用。

以上两个案例从宏观到微观都验证了砂浆的强度是砖混结构墙体在地震时是否开裂的主要因素。砌筑砂浆强度越高，砖混结构房屋的抗震性能就越好。

2 横墙数量对砖混结构房屋抗震性能的影响

多层砖混结构房屋的主要抗侧力构件是墙体。横向地震作用主要是靠横墙来承担。因此横墙间距的大小直接影响房屋抗震性能的好坏。

案例3：在盐亭县对十几所在这次地震中受损学校评估过程中，发现一种规律，多层砖混结构房屋中，教学楼受损最严重，很多横墙出现严重开裂；学校职工住宅楼受损要轻一些，只有少数承重墙出现裂缝；学生宿舍楼承重横墙几乎没有出现裂缝，仅有部分纵墙门窗过梁连接处发生松动开裂。

案例4：位于德阳市孝泉镇的孝泉师范学校和孝泉中学，由于据本次地震重灾地区绵竹市较近，在本次地震中受灾也很严重。对两所学校的多层砖混结构教学楼、职工住宅楼和学生宿舍楼的调查，我们也得出与“案例”3相近的规律。教学楼受损最严重，有一栋教学楼倒塌，一栋局部坍塌，很多横墙出现严重开裂：学校职工住宅楼受损要轻一些，多数数承重墙出现裂缝，但没有倒塌；学生宿舍楼承重横墙只有个别出现轻微裂缝，纵墙门窗过梁连接处发生松动开裂较为普遍，窗间墙有部分开裂。

从以上两个案例我们可以看出，教学楼由于横墙间距较大且数量少，地震时可以承担的地震作用有限，很容易在地震时发生破坏，并引起结构坍塌。住宅楼横墙间距较小，数量较多，地震时可以承担较多的地震作用，受损相对于教学楼较轻。学生宿舍楼横墙间距很小、横墙上一般又没有洞口削弱，地震时可以承担很强的地震作用，因此受损最轻。

这两个案例有力的证明了横墙间距的大小直接影响房屋抗震性能的好坏的设计理论是正确的，即横墙问距越小，房屋的抗震性能越好，反之越差。

从这我们也看出学校教学楼建筑不应采用抗震性能差的多层砖混教学楼，而应当采用抗震性能好的框架结构或框剪结构。经济条件较差的地区即使要修建，层数也不应超过2层。

3 楼盖结构形式对砖混结构房屋抗震性能的影响

大量的震害资料表明，采用木楼(屋)盖的多层砖混结构房屋严重破坏和倒塌率的房屋要高于钢筋混凝土楼盖的多层房屋；但是从现浇钢筋混凝土楼(屋)盖与预应力钢筋混凝土楼(屋)盖房屋的严重破坏和倒塌率没有显著的差别。

这次调查由于受条件限制，没有去北川、映秀等房屋倒塌严重的极重灾区，但是从绵竹市这个重灾市的调查结果来看，也印证了上述部分观点。

在绵竹可以看到许多倒塌的房屋都是木结构屋顶，这可能与屋盖的结构形式有关。但是一座房屋在地震中倒塌，除屋盖外还与诸多因素有关。大多数倒塌的木结构屋顶房屋都是农村的民居，这些房屋在修建时很多都是没有经行正规抗震设计的，或者可以说是没有抗震设防，因此在如此强大的地震中倒塌与屋盖的关系不大。

至于现浇钢筋混凝土楼(屋)盖与预应力钢筋混凝土楼(屋)盖房屋的严重破坏和倒塌率有无显著的差别呢?我们可以看看以下案例。

案例5：位于绵竹市的东方汽轮机厂绵竹生活区，新建了10多万平方米多层砖混结构住宅楼，楼(屋)盖为现浇钢筋混凝土板，主体结构已经完工。在本次地震中该小区房屋也受到不同程度损坏，承重墙开裂较为普遍，部分承重墙严重开裂甚至局部墙体坍塌。其中一栋房屋在三楼出现承重纵墙坍塌，但是由于整个楼盖为现浇钢筋混凝土板，整体性很好，该栋房屋的以上几层并没有垮塌。而在我们调查的绵竹市区其他倒塌房屋中，大多数为预应力钢筋混凝土板楼(屋)盖。

预应力钢筋混凝土板楼(屋)盖的房屋如果没有设置足够的圈梁和构造柱，房屋整体性较差，一旦局部承重墙坍塌就会很快引起房屋的连续倒塌，甚至整体倒塌。现浇钢筋混凝土板楼(屋)盖增加了房屋的整体性，可以与圈梁构造柱形成整体，在大震时可以增加房屋的延性，延缓房屋倒塌的时间，为逃生留出时间。现浇钢筋混凝土楼(屋)盖与预应力钢筋混凝土楼(屋)盖房屋的严重破坏和倒塌率有无显著的差别问题还要等汶川地震震后调查的最总统计结果出来后，进一步分析。

4 圈梁和构造柱对砖混结构房屋抗震性能的影响

钢筋混凝土圈梁对于提高房屋的抗震性能，做到“大震”不倒有着重要的意义。构造柱和与各层圈梁将墙体分片包围，当墙体开裂后，能使裂缝不至于进一步发展，限制开裂后墙体的错位，使砖墙能维持竖向承载力，并能继续吸收地震的能量，避免墙体倒塌。

汶川地震中大量按89及2001规范要求设置圈梁和构造柱的多层砖房经受住了大震的考验，在超过设防烈度的大震作用下没有倒塌，保证了人民的生命安全。

案例6：位于绵竹市汉旺镇的东方汽轮机厂生活区，拥有大量不同年代修建的多层砖房，  其中修建于60年代的三层砖房，仅设置了少量的圈梁，在这次地震中大部分倒塌或严重破坏。而大量按89及2001规范修建的六层砖房，在这次地震中几乎没有倒塌，虽然很多承重墙开裂严重，但是由于按规范设置了圈梁和构造柱，限制了裂缝的发展，保证了墙体的承载能力，避免墙体倒塌。

设置圈梁和构造柱的数量对“大震”不倒有着重要的意义，但是在“中震”作用时，对提高结构的抗震性能影响不显著。

案例7：汶川地震盐亭县烈度为7度，我们对该县大量在地震中开裂多层砖房进行分析，  发现圈梁构造柱设置的多少对房屋的裂缝多少没有显著的影响。一些最近几年按2001规范设计，设置较多的圈梁和构造柱的房屋比许多按89规范设计，设置较少圈梁和构造柱房屋裂缝数量多、宽度宽、长度长。有些不设置构造柱的房屋甚至没有出现裂缝。

从这个案例中我们发现，在“中震”作用下，首先破坏的是墙体砌筑砂浆。构造柱和圈梁在裂缝发展的早期阶段，对防止墙体开裂没有显著的影响。

5 施工质量通病对砖混结构房屋抗震性能的影响

5.1 水平施工缝

砖混结构水平施工缝的问题在建筑施工环节往往被忽视，在干墙上直接砌筑的问题时有发生，一直得不到参建各方的重视。在这次汶川地震中就发现不少砖房出现沿水平方向的通缝， 经现场的调查分析，均为水平施工缝。

案例8：盐亭县某教学楼，为5层砖房，建设分为两期建设，第一期修建了3层，第二期修建了两层。震后调查发现四层横墙、窗间墙等容易被剪坏的部位并没有发生受剪斜裂缝，而在同层外纵墙窗台部位却发现—条贯通全楼的水平裂纹，经目测裂缝宽度恢复。经核实，这条水平通缝正好是修建二期工程的接缝处。

案例9：德阳某小区一住宅楼，为6层砖房。房屋上部墙体基本上没有开裂，仅在一层地面附近发现墙贯通的水平裂纹，裂缝已经恢复。经现场调查和对该房屋建设单位的核对，该裂纹为水平施工缝。

5.2 窗下墙的砌筑

砖混结构窗下墙施工时，建筑界有个不成文经验说法“窗下墙受力较小，砌筑质量差点不会影响结构安全”因此在窗下墙处砌筑质量不如其它墙体的现象在工程中经常会出现。那么这种经验观点对吗?我们通过实例来说明问题。

 案例10：盐亭县某7层砖混住宅楼，震后调查发现，开窗较多的外纵墙上出现很多“X型”裂缝，出现部位大都在受力较小窗下墙，  而同一墙段上的窗间墙却少有开裂。

从地震作用下多层砖房受力分析我们知道，外纵墙在受到水平地震作用时，首先破坏的应当是截面受到削弱的窗间墙，而不是窗下墙。但是如果窗下墙的施工质量不好，那么窗下墙首先出现“X型”裂缝也就不奇怪了。

5.3 房屋抗震缝

抗震规范要求房屋之间应留设50—100mm宽的抗震缝，以防止在地震时房屋之间发生碰撞，造成结构破坏。

案例11：盐亭县许多房屋按设计设置了防震缝，但是外墙装修时，并没有按要求设置柔性连接，而是用砂浆直接填缝，外贴瓷砖。地震后这些房屋外墙抗震缝处均发生不同程度的破坏。

案例12：德阳某小区一6层砖混住宅楼，在5层山墙中部出现撞击破坏，并有许多砂从破坏处流出。经现场调查发现，该处为两栋楼之间的变形缝，变形缝之间夹有砖块、砂等建筑垃圾，地震时由于两栋房屋发生碰撞造成墙体破坏。

从以上两个案例中我们可以看出，抗震缝不能仅出现在设计图纸上，在施工时同样要保证抗震缝宽度不受影响，才能避免房屋在地震时发生碰撞破坏。

5.4 装修破坏

随着人民生活条件的提高，家庭二次装修已经非常普及。二次装修施工时打线槽、挖电视墙等削弱承重墙的现象非常普遍。那么这些受损墙体在地震后又是如何的呢?

案例13：在震后调查中我们特别关注这些因装修到削弱的承重墙体，发现很多受损墙体都出现受剪斜裂缝。而且比其它墙体开裂严重。

结束语：

我国的房屋设计规范是建立在正常设计、正常施工、正常使用的基础上。其中任何一个环节出现问题，在地震来临时都将是灾难性的。在目前的科技条件下，地震虽然不能够准确的预报，但是我们建造的房屋是可以控制其抗震性能，只要我们建造抗震性能优异的房屋，并合理的使用它，我相信在大地震来临时我们就不会有如此巨大的人员及财产损失。

  

   摘自2008年11月《重庆工程质量监督》