汶川地震建筑震害分析_清华大学土木工程结构专家组
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第29卷第4期建 筑 结 构 学 报Vol129,No14
2008年8月JournalofBuildingStructuresAug12008
文章编号:100026869(2008)0420001209
汶川地震建筑震害分析
(清华大学、西南交通大学、北京交通大学土木工程结构专家组)摘要:汇总了清华大学、西南交通大学和北京交通大学土木工程结构专家组在四川地震主要灾区所调查的建筑震害资料,
根据建筑的结构类别、建造年代、地震区估计烈度和使用功能进行了震害状况统计分析。结合典型工程震害案例,分析了此次地震中的建筑震害特点,总结了结构抗震概念设计、结构抗震设计和工程质量管理等方面的经验和教训。根据震害调查统计和典型震害分析,得到以下结论:严格执行抗震设计规范是保证建筑物抗震性能的主要前提;砌体结构应加强结构体系和抗震构造措施设计,并保证施工质量;框架结构应加强围护结构和填充墙与主体结构的抗震构造措施,并应改进“强柱弱梁”的设计;应进一步重视整体结构抗震概念设计;应充分考虑非结构构件的影响。关键词:汶川地震;震害分析;建筑震害案例;抗震设计中图分类号:TU31213 文献标识码:A
AnalysisonseismicdamageofbuildingsintheWenchuanearthquake(CivilandStructuralGroupsofTsinghuaUniversity,XinanJiaotongUniversityandBeijingJiaotongUniversity)Abstract:ThispapersummariestheseismicdamagedataofbuildingsinmajordisasterareafromtheinvestigationgroupsofTsinghuaUniversity,XinanJiaotongUniversityandBeijingJiaotongUniversity.Thebuildingdamagesareclassifiedaccordingtothestructuraltype,theconstructiontime,theearthquakeintensityandtheusage.Thebuildingseismicdamagecasesinthisearthquakeareanalyzed,andthelessonsareconcluded.Accordingtothestatisticsanalysisofthebuildingdamageandthecasestudies,severalconclusiveobservationsaremade.Strictimplementationofseismicdesigncodesistheprerequisitetoguaranteetheseismiccapacityofbuildingstructures.Formasonrystructures,thedesignofstructuralsystemandearthquake2resistantmeasuresshouldbeemphasizedandtheconstructionqualityshouldbeensured.ForRCframestructures,theconstructionmeasureoftheconnectionsbetweenenclosureandfillerwallsandthestructuralcolumnsshouldbecarefullydesignedandconstructed.Measurestoensurethestrongcolumn2weakbeammechanismshouldberevisedandimproved.Furtherstudywillbedonefortheconceptualdesignofintegrityofstructuresagainstearthquake.Influenceofnonstructuralelementsonthestructuralaseismicperformanceshouldbeconsideredinthedesign.Keywords:Wenchuanearthquake;seismicdamageinvestigation;buildingdamagecasesanalisys;aseismicdesign
作者简介:清华大学土木工程结构专家组成员:宋二祥,钱稼茹,刘凤阁,叶列平,王元清,张天申,赵作周,刘彦生,荆建梅,陆新征,
李青翔,经杰,任宝双,林磊,汤涵,祝磊,田野,施刚,冯鹏,方东平,安雪晖,潘鹏。西南交通大学土木工程结构专家组成员:赵世春,刘文日,黄云德,李力,张建经,潘家鼎,黄喜兵,孟鹏晖,李彤梅。北京交通大学土木工程结构专家组成员:杨庆山,卢明奇。收稿日期:2008年6月
0 引言 2008年5月12日14时28分,四川汶川县发生里氏8.0级地震,震中位于汶川县映秀镇(东经10314°、北纬3110°),震源深度14km。汶川地震是我国自建国以来最为强烈的一次地震,直接严重受灾地区达10万平方公里,包括震中50km范围内的县城和200km范围内的大中城市。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。截至6
月24日,地震已造成69185人遇难,18467人失踪,
1374170人受伤,4624万人受灾。地震发生后,清华大学立即组织了相关专业的专家赶赴四川协助抗震救灾,并会同西南交通大学和北京交通大学土木结构有关专家,
先后分3批开展建筑震害调查,广州建筑质检站专家也提供了相关建筑震害安全检查的数据。本文汇总了有关建筑震害调查资料,根据建筑的结构类别、建造年代、地震区估计烈度和使用功能,对建筑震害情况进行了初步统计,分析了此次地震的建筑震害特点。在此基础上,对我国建筑抗震现状进行了初步评价,并提出了相关建议。1 建筑震害等级划分根据四川当地有关部门要求,地震区房屋建筑按震后建筑结构的破坏程度被分为4个等级:(a)安县某厂房 (b)蓥华镇自建住宅 (c)红白镇中学单层教室图1 砌体2木屋架结构的震害Fig.1 Seismicdamageofmasonry2timberrooftrussstructures(1)可以使用,即结构的承重结构基本保持完好,少量非结构构件损伤,继续使用不会引起承重结构的破坏,损伤的非结构构件不会造成对生命和财产的威胁;(2)加固后使用,即承重结构发生一定的损伤,部分非结构构件破坏,继续使用可能将会引起承重结构的损伤加大,或是剩余的非结构构件不稳定,对生命和财产产生威胁;(3)停止使用,即承重结构发生严重损伤,仅能保持自身结构稳定,不能继续使用;(4)立即拆除,即承重结构发生非常严重的损伤,随时可能发生倒塌。另外,也有一些地区要求将建筑物损伤程度分为3个或5个等级。尽管以上震后建筑结构破坏程度等级划分标准与建设部1990颁布的《建筑地震破坏等级划分标准》([1990]建抗字第377号)不一致,但考虑到本次地震灾区建筑安全检查的实际情况,本文建筑震害调查统计仍根据“可以使用、加固后使用、停止使用、立即拆除”4个等级来进行,并将震区建筑破坏程度按照结构形式、建造年代、震区估计烈度和使用功能进行分类统计整理,为研究震害成因和今后制定抗震设防标准提供参考。2 各类结构形式的震害2.1 砌体2木屋架结构由于木材可以就地取材,砌体使用较少,这种结构的造价非常低,在村镇多采用这种结构作为简易厂房、仓库等。但是这种结构的砌体墙和砌体柱强度不高,且大多年代较长,在地震中容易发生屋面破坏和局部倒塌,见图1。2.2 砖混结构地震区村镇的住宅、教学楼,城市的一些旧的居民楼、办公楼、小型厂房等多采用砖混结构。这类结构在地震区数量最多,震害也比较严重,倒塌的结构具有以下典型特点:结构抗震体系单薄,未设置构造柱,也有的未设置圈梁,预制楼板未拉结。图2为砌体结构震害情况。若合理设置构造柱和圈梁,砖混结构也能有效抵御地震破坏,在震害调查中也发现基本没有受到破坏的砖混结构。因此,对于砌体结构,如何保证结构的整体性和侧向承载力是抗震设计的关键。2.3 框架2砌体混合结构这类结构形式有多种,如底框砖混结构(底部框架2上部砖混,竖向混合),底层部分框架、部分砌体2上部砖混,以及部分框架2部分砖混(水平混合)。这类结构的体系大多比较混乱,由于经济原因,大多尽可能少用混凝土框架,框架和砌体承重墙抗侧力构件的承载力和变形能力很不协调,平面抗侧刚度极不均匀。这类结构的震害现象主要为底部框架由于变形集中而破坏,或上部砌体结构破坏。图3为框架2砌体混合结构的震害情况。2.4 框架结构本次地震中,大多数框架结构的主体结构震害一般较轻,主要破坏发生在围护结构和填充墙,尤其是圆形填充墙的破坏较重(见图11)。这类破坏仍然会造成严重的生命和财产损失,且震后的修复工作量很大,费用
2(a)南坝镇小学教学楼垮塌 (b)汉旺镇铁路货运站宿舍楼倒塌 (c)蓥华中学教学楼右段倒塌
(左段为框架结构)
(d)江油花园路初级中学教学楼纵向 (e)雁门中心小学教学楼预制板 (f)安县合理设置构造柱
承重墙和砖柱严重破坏 拉结不足导致破坏 和圈梁的砌体结构
图2 砖混结构的震害Fig.2 Seismicdamageofmasonrystructures
(a)红白镇底框砖混加油站 (b)剑南春集团框架2砖混办公楼(水平混合)
(c)都江堰魁光街底框砖混建筑震害
图3 框架2砌体混合结构震害Fig.3 Seismicdamageofframe2masonryhybridstructures
很高。个别因施工质量很差、结构布置过于复杂的框架结构也发生严重破坏,甚至倒塌。此外,由于楼板的增强作用、建筑需要在框架梁上增加砌体或填充墙的增强作用、增大上部结构的刚度等,使得框架梁或屋盖的实际刚度增大,在实际框架结构震害中,很少看到“强柱弱梁”型破坏。图4为框架结构震害情况。此外,还有错
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