剖析5.12地震中的房屋倒塌

剖析5.12地震中的房屋倒塌角度：建筑设计、施工、规范、房屋现状素材来源：新闻视频资料、成都及灾区实地踏勘、地震历史文献、文字编写方式：网络文字汇编、个人专业知识解析和经验总结目的：让更多的人明白生存现状，正确面对大自然，创建更加可靠的安居乐业环境，表达个人的行业观点和建议一、关于地震的基本知识点（一）名词解释：1、地震震级：震级是表征地震强弱的量度,通常用字母M表示，它与地震所释放的能量有关。一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。震级每相差1.0级，能量相差大约32倍；每相差2.0级，能量相差约1000倍。也就是说，一个6级地震相当于32个5级地震，而1个7级地震则相当于1000个5级地震。目前世界上最大的地震的震级为8.9级。2、地震烈度：地震发生时，人们通常用地震烈度来描述地面遭到地震影响和破坏的程度，简称烈度。烈度大小是根据人的感觉，室内设施的反应，建筑物的破坏程度以及地面的破坏现象等综合评定的，它的单位是度。用来划分地震烈度标准的是地震烈度表。不少国家根据本国实际制定了地震烈度表。我国现行的《中国烈度表》，最低为一度，最高为12度。一度时人完全感觉不到；三度时少数静止中的人有感；四至五度睡觉的人会惊醒，悬挂物摇晃；六度时房屋损坏，墙体微细裂缝；七至八度破坏，地面裂缝；九至十度房屋倒塌，地面破坏严重；十一至十二度为毁灭性的破坏。3、地震波：震源及其附近，震动一开始都表现为冲击式的，然后形成规则的波，向四周传播出去，这种波称为地震波。地震波是一种弹性波，岩石中各质点有规则地震动并依次传导，然后各自回到原来静止的位置。质点从静止位置到波峰的高度或波谷的深度，叫振幅；从波峰到波谷的全部振动幅度叫双振幅；从波峰到波峰或从波谷到波谷之间的距离叫波长；波前进一个波长的时间叫周期，地震波包括体波和面波，体波又分为纵波和横波。弹性体内质点振动方向与波的前进方向相同的叫纵波(也叫p波或压缩波)，它是引起地面颠簸的地震波，这种波在地壳中传播速度较快，每秒钟达5—6公里。弹性体内质点振动方向和波的前进方向互相垂直的叫横波(也叫s波或剪切波)，它是引起地面物体水平摆动的地震波。横波在地壳中传播速度较慢，每秒钟仅为3—4公里。地震静波传到地表，产生一种沿地球表面传播的波，很象平静的湖面上投石后产生的水波，这种波称为面波（也叫L波)，它的传播速度最慢。强烈地震发生时，首先是纵波到达地表，引起地面上下颠簸，接着横波到达，开始左右(或前后)摇摆。纵波和横波以不同角度与地面接触，加上面波的作用，使地表产生复杂的震动，造成各种破坏现象，出现山崩、地裂、喷沙、冒水、滑坡以及建筑物的倒塌、人畜伤亡等。（二）历史回顾百年来中国大地震1920年海原地震1920年12月16日20时5分53秒，宁夏海原县发生震级为8.5级的强烈地震，震中烈度12度，震源深度17公里，死亡24万人，毁城四座，数十座县城遭受破坏。1927年古浪地震1927年5月23日6时32分47秒，甘肃古浪发生震级为8级的强烈地震，震中烈度11度，震源深度12公里，死亡4万余人。1933年叠溪地震1933年8月25日15时50分30秒，四川茂县叠溪镇发生震级为7.5级的大地震，震中烈度10度，叠溪镇被摧毁。1950年察隅地震1950年8月15日22时9分34秒，西藏察隅县发生震级为8.5级的强烈地震，震中烈度12度，死亡近4000人。喜马拉雅山几十万平方公里大地面目全非，雅鲁藏布江被截成四段。1970年通海地震1970年1月5日1时0分34秒，云南省通海县发生震级为7.7级的大地震，震中烈度为10度，震源深度为10公里，死亡15621人，伤残32431人。1976年唐山大地震1976年7月28日3时42分发生于河北唐山的地震，震级7.8级，震中烈度11度。同日18时43分，在距唐山40余千米的滦县又发生7.1级地震，震中烈度9度。唐山市区建筑物多数基本倒平或严重破坏，铁轨发生蛇形扭曲。242769人死亡，164851人受伤。（三）中国的地质现状1、中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、直辖市)，其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。2、我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：①中国中国台湾省省省及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。我国的中国中国台湾省省省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。由此可见，我们生存的自然环境并不优越，只有尊重自然才能与地球和谐的共存。二、从专业角度说明现行建筑设防现状1、我国建筑物设防标准是6度到9度（地震烈度），在9度设防的地区建筑物都不允许超过三层。2、此次发生地震的四川汶川等地，房屋抗震设防的标准是7度。房屋设防标准与地震等级不同，7度与震级相对应该是5级左右地震，新修订的汶川地震是8级，烈度达到11度，远远超出了房屋设防的标准。3、国家对各地设防标准的设置也是经过很多方面因素综合的，每提高一个设防标准，建筑的投资就要提高10%4、汶川、北川、都江堰、成都等城市抗震设防烈度为7度，本次地震的等级高达8.0级，如果按照抵抗8级地震的标准来设计，那么当地的设防标准就要达到11度，这一标准远远超过了国家设防标准。5、目前一般民用建筑的设计使用周期为50年。从以上我们不难看出，由于过去的国家经济的状况制约三、5.12地震房屋倒塌分析（一）本次地震破坏力的方式1、在本次地震中，波及地区的成都市区民众都有相似的感受（在此细化为）：整个大地竖向猛烈跳动了3-4次后，停顿约半秒钟时间开始横向左右摇摆，起初摆动频率约1秒钟，后来逐步加强，30秒后达到约3次/秒并保持，约一分钟内有纵横两向震波以及反射回波合力产生旋转应力（复杂面波）而且频率极高，致使人脑由晕瞬间麻木，约2分钟开始绝望。（注：本人楼层亲身感受，当事地面在场人员口述看见建筑物有扭转现象，事后都江堰踏勘一建筑屋顶框架八角楼柱子扭断倾倒姿态）从地震的破坏力方式来讲，地震开始那几秒的竖向震动（纵波）是最具有破坏性质的，其对建筑物产生巨大的垂直冲击力并在地球引力作用下，高速高频地对建筑结构施加竖向N倍的荷载，而后产生的水平波（横波）又是大多数房屋倒塌的直接元凶，而地震旋转合力是造成房屋瓦解蹦离的杀手（面波）。有了速度就有了杀伤力，即便质量再小的物体。2、在震中临近地区，我们看到倒塌的建筑不是很多，特别是在汶川城区，但80%的建筑物虽然表面损伤不大，但其内部墙体结构破裂损伤却很厉害已经不能居住了（成都电视台有报道）。这说明在震中竖向纵波表现强烈频率高，而水平横波的波长超出了震中城市范围的跨度，因此少了房屋倒塌的直接因素，从而也几乎失去了产生旋转合力的条件，留下了许多身负内伤的未倒建筑，许多的山体岩层脆断滑坡。然而震中正上方的映秀城却受到强烈地震纵波的毁灭打击。3、在震中地区空间直线距离40-60公里范围的城市，我们看到了大量的倒塌房屋，几乎是整个城市的毁灭，特别是处在地震带边缘的地方。他们主要是因受到震中水平主横波波峰的第一、二轮冲击，并夹杂不同波长的横波袭击，还有旋转合力的折磨，顷刻间，无论砖瓦结构还是木制结构，以至于砖混、框架结构都散了，都倒了。（如北川、绵竹、都江堰）（二）本次地震倒塌及破坏的房屋种类1、倒塌的城镇统一建房：砖瓦结构平房（50-60年代甚至更早），早期砖木结构楼房（1976年前的建造），中期砖混结构的多层楼房（1976年后建造――-80年代中期有抗震构造标准），近期建造的砖混结构和部分大跨度框架预制楼板结构楼房（80年代初期—90年代初期）2、倒塌的乡村建筑：土木结构平瓦房（60-70年代甚至更早的房屋），农村单户自改造房屋（凭传统经验建筑，无建筑设计保障，80年代后期开始出现到90年代中期），农村小镇集中规划用地居民自建房屋（90年代中期开始出现，仍未有建筑设计保障），乡村小镇公用建筑，如学校、医院、事业单位部门用房普通砖木和砖混结构居多（有设计保障，但由于经济落后老房更新迟缓，至今延用70年代房屋较多）3、破损严重未倒建筑：80年代末期开始修建的部分砖混多层结构，90年代初修建的底框砖混结构，部分80年代中期修建的框架结构公用建筑4、结构轻伤但墙体破损严重的建筑：部分80年代中期开始修建的框架结构煤渣空心砖墙楼房，部分90年代修建的框架结构长条型多层建筑，部分2000年代后修建的框架结构加气砼砌块墙体多层建筑。（三）房屋易破损部位分析1、在地震区对未倒塌但成危房的建筑踏勘情况来看，无论何种结构的多层建筑，1-3楼遭受的破坏最为严重，特别是1-2楼的结构损伤巨大，4楼及以上情况好得多，这在2000年代后修建的房屋中表现特别明显。2、房屋的山墙（两端）最先破损开裂，出现端墙脱（写到此处2005.5.25日青川6.4级突发）坠。3、房屋长方向的外墙以及阳台挑梁，外走廊挡板倾覆。4、建筑物楼梯间边墙及楼梯板平台梁。（本次地震中破损严重未倒塌建筑，无论框架还是砖混结构情况基本一样）（三）倒塌房屋与基础形式1、本次地震中，在城市市区瓦解倒塌的房屋多为砖混结构楼房（多数为底层崩溃后倒塌）；砖混结构房屋在70-80年代以刚性条形基础居多，78年前的砖混结构基本为素砼条基，基础埋深在1.5米左右，有的三层左右的楼房基础埋深在1米左右（砼条型基础无钢筋设置，只是砼厚度和宽度较“柔性条基”大，“柔性条基”内配有钢筋），部分建筑为打桩地基的条型基础。在小城镇砖混多层建筑以毛石基础为普遍.在灾区都江堰我们发现，同一排紧相连的几栋同高度同体量同时期修建的砖混结构居民楼，在中间有一栋倒塌了，其两侧的楼房只有不大的外伤，这样的倒塌让我们不仅质疑该栋楼的施工质量，更怀疑其地基处理和基础设置，当然对于浅基础楼房下的具体地质变化状况是最关键而复杂因素。2、框架结构房屋在灾区倒塌的也有一部分，多数为框架梁柱、预制板楼面结构，这些房屋多数为上部楼板脱落后打击下层并依次击破到底楼，崩溃后侧向挤柱梁，并在地震横波长时间作用下倒塌，但一楼的柱子和梁几乎还存在，这说明同样的抗震设防等级框架的底层比砖混结构底层结构要牢固，在地震的头10秒时间里（地震纵波破坏来临时）框架结构楼房留给了人们宝贵的逃生时机。要是我们灾区的学校和医院的框架楼房用的是全现浇楼板的话，能逃出来的孩子和大人们将多很多。框架结构的建筑基本都是采用柱下独立基础，有的独立基础下有预制桩打桩地基处理（费用高一些），90年代开始应用人工挖孔桩连接独立柱基础，其基础持力和抗倾覆能力更强一些。3、在灾区未见深基础的框剪结构、筒剪结构小高层及高层建筑有蹦离倒塌现象，有外墙冰口，墙皮脱落现象。这种建筑多为带地下室的板式基础、筏式基础、箱型基础等，一般埋深都超过3米以上。