512汶川地震建筑震害表现及启示

512汶川地震建筑震害表现及启示罗开海，黄世敏（中国建筑科学研究院工程抗震研究所，北京100013）[摘要]本文简要介绍了汶川地震及震害的基本情况，着重介绍了此次地震建筑震害的典型特征，并简要分析了建筑破坏原因。根据震害原因的分析，总结了此次地震震害的经验与教训，对灾后恢复重建提出了相关的建议。[关键词]地震，建筑震害，破坏原因，恢复重建TheDamageCharacteristicsofBuildingsandCorrespondingLessonsduring512WenchuanEarthquakeLuoKaihai,HuangShimin（InstituteofEarthquakeEngineering,ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing:100013）Abstact:Firstly,thispaperintroducedthebasicinstancesofWenchuanEarthquakeandthedamagesinbrief.Secondly,thispaperdepictedtherepresentativecharacteristicsofbuildingdamagesduringtheearthquakeindetailbyphotos,andanalyzedthereasonsofbuildingdamagesbriefly.Accordingtothereasonanalysis,thepapersummarizedtheexperiencesandlessonsofthisearthquakedamages,presentedsomerespondingproposalsforrebuildingaftertheearthquake.Keyword:earthquake,buildingdamages,damagereason,rebuilding.1．512汶川地震概况[1]北京时间2008年5月12日14:28:04，在我国四川省发生了里氏8.0级特大地震。震中位于四川省汶川县的映秀镇（东经103.4°，北纬31.0°），震中烈度达11度。此次地震发生在四川龙门山逆冲推覆构造带上，是龙门山逆冲推覆体向东南方向推挤并伴随顺时针剪切共同作用的结果。地震破裂面南段以逆冲为主兼具右旋走滑分量，北段以右旋走滑为主兼具逆冲分量，该破裂面从震中汶川县开始破裂，并且破裂以3.1公里每秒的平均速度向北偏东49°方向传播，破裂长度约300km，破裂过程总持续时间近120秒，地震的主要能量于前80秒内释放，昀大错动量达9米，震源深度约为10.0km。矩震级7.9，面波震级8.0。据中国地震台网中心测定，截止到08月02日08时，汶川地区共发生Ms4.0级以上余震245次，其中Ms4.0~4.9级地震208次，Ms5.0~5.9级地震30次，Ms6.0级以上地震7次(不包括主震)，昀大余震震级为Ms6.4，如图1所示为中国地震信息网()提供的此次地震余震（4.0级）序列分布图。此次地震不仅在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，其影响更是波及到全国绝大部分地区乃至境外，是1949年以来大陆地区发生的破坏性昀为严重的地震。这次地震的震级特大、震源浅和烈度很高。图1汶川地震余震序列分布图2.512地震的震害概况[2]地震使得西部地区的成都市、德阳市、绵阳市、阿坝州、陇南市、汉中市等受到严重损失。地震灾区的范围约10万多平方公里。据民政部报告，截至7月20日12时，四川汶川地震已造成69197人遇难，374176人受伤，失踪18222人，累计受灾人数4624万人。汶川地震致使灾区2314.3万间房屋损坏，其中倒塌的房屋就达652.5万间，直接经济损失超过1万亿元人民币。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。地震中受损昀为严重的宝成铁路（四川境内抗震救灾的“生命通道”），中断通车达4天。地震造成四川省15个重灾县（市）的商贸流通体系基本瘫痪。四川省农业部门统计，地震造成灾区农田损毁101万亩，沼气池损毁53万口，农技服务体系破坏严重。以水电为主的四川省电网损毁也严重，35千伏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，灾区数天内无联络信号。在甘肃省陇南市文县，地震造成死亡111人，有20个乡镇普遍受灾，49.8万多间房屋受损，其中倒塌11.3万间。95%土木结构的房屋成为无法维修、无法居住的危房，70%以上的房屋倒塌。在陕西省汉中市宁强县，23个乡镇普遍受灾，基础设施、公共建筑不同程度受损，倒塌房屋1万多间，死亡10人，受伤1060人。农村95%以上的土木结构房屋倒塌，70%以上房屋受损，直接经济损失达18.85亿人民币。汶川地震发生在多山的西部地区，引起了大量的山体滑坡和泥石流。巨型山体滑塌，冲毁了许多城镇和村庄，大量的人员和房屋一起被泥石流埋没。山体滑坡在地震灾区形成了34处堰塞湖危险地带，其中水量在300万立方米以上的大型堰塞湖8处。3.512地震房屋建筑的震害特征和震害原因分析震害1、位于地震断层的建筑，由于地震断错和地面强大振动，带内房屋毁灭性坍塌。如图2所示为地震后汶川县映秀镇的航拍照片。映秀镇处于龙门山中央主断裂带之上，是此次地震的震中位置，其地震影响烈度高达11度，区域范围内的房屋建筑遭受毁灭性破坏。震害2、山区建筑，由于山体滑坡和泥石流作用，引起建筑的倒塌或埋掉建筑物。如图3所示为地震后北川新县城照片，由图可以看出，地震导致了大量的山体滑坡，新县城几乎被滑坡体掩埋。图4为山体崩塌产生的巨大滚石，直接造成了建筑的破坏。震害3、建造在陡坡之上的建筑由于避让的距离不够，地震时边坡滑移或变形引起建筑的倒塌、倾斜或开裂。如图5所示为陕西宝鸡市陈仓区某住宅楼因边坡避让距离不足导致的开裂破坏。图2地震后映秀镇航拍照片[3]图3北川新县城几乎被滑坡掩埋[4](a)外纵墙距离陡坡不足2m(b)横墙竖向裂缝(c)内部墙体裂缝图5陕西宝鸡市陈仓区某住宅楼因边坡避让距离不足导致的开裂破坏震害4、民居建筑多数为单层房屋，也有少量二层房屋。年代较久的穿斗木结构房屋，前立面为木板墙、竹片墙，后墙为砖或灰渣砖墙，这类房屋破坏严重，但少有全部倒塌的（图6.a）；土坯承重墙生土房屋，土墙厚400mm左右，强度很低，纵横墙交接处无拉结措施，房屋整体性很差，导致大部分倒塌或严重破坏（图6.b）；一、二层砖混房屋，设有地圈梁和一层圈梁，但屋盖处未设置圈梁，也未设置构造柱；大多为预应力混凝土圆孔板，承重横墙厚240mm，纵墙厚120mm。这类房屋二层破坏严重，有的二层倒塌（图6.c、d）。图4山体崩塌产生的巨大滚石，造成了建筑的破坏(a)穿斗木构架房屋局部倒塌(b)土坯房倒塌震害5、城镇中沿街房屋一般为多层砖混结构，底层作为店铺或车库使用，只有一道后纵墙，上部是住宅，纵横向砖墙较多。此类房屋由于底层纵墙较少，且分布不均匀，成为薄弱环节，在强震作用下，因变形集中、扭转严重而破坏。（a）底层为车库，正面没有纵墙（b）背面纵墙上下不对齐，底层墙体破坏严重图7陕西略阳某三层砖混结构因严重不规则而破坏震害6、位于高烈度区的砖混结构房屋破坏较为严重。在极震区，大部分砖混结构房屋局部倒塌或完全倒塌，在烈度较低的地区，多数属于中等破坏。此类房屋一、二层破坏昀为严重，随层数的增加破坏程度递减。砖混结构房屋的破坏形态主要有：墙体呈严重的斜裂缝或X形裂缝、大多开裂处的砖块被剪断、窗下墙X形裂缝、因底层压溃房屋倾斜以及部分倒塌等。图8都江堰漩口中学宿舍楼，五层砖混结构，地震时底层完全倒塌，上部墙体开裂破坏严重(c)位于8度区的二层砖混结构，纵墙120mm厚，二层局部倒塌(d)位于8度区的二层砖混结构，一层粘土砖，二层采用灰渣砖，地震时二层整体倒塌图6村镇民居建筑的破坏情况震害7、局部出屋面的塔楼等，因造成结构顶部的刚度和强度突然减小，鞭梢效应显著，破坏严重。(a)8度区某砖混结构，顶部出屋面房间完全倒塌，下部结构基本完好(b)7度区某砖混结构，局部突出部位破坏严重，下面结构基本完好图9砖混结构局部出屋面房间破坏情况(a)6度区某15层框架-剪力墙结构，主体结构完好(b)出屋面小塔楼破坏严重，柱端混凝土压碎，钢筋呈灯笼状图10混凝土结构出屋面小塔楼破坏状况震害8、内框架结构及砖混结构的大梁支座处墙体出现大量水平裂缝，原因是在地震作用下，结构产生侧向变形，梁支座处墙体处于大偏心受压或受拉状态而出现的受拉裂缝。（a）内框架结构顶层外墙垛出现的水平裂缝（b）砖混结构教室大梁支座处墙体出现的水平裂缝图11大梁支座处墙体出现的受拉裂缝震害9、部分底部框架房屋由于未按规范要求在底部设置抗震墙体，造成底层层间刚度和强度均不足结构，形成薄弱楼层，地震时由于变形集中，导致底层倒塌、倾斜（图12.a）。按规范要求设置底部抗震墙体的底部框架房屋，地震中表现良好，破坏主要表现为框架上部的墙体裂缝(图12.b)。（a）8度区的底框结构，未设底部抗震墙，地震时底层完全倒塌，5层房屋“变成”4层（b）8度区，按GB50011要求设计的底框结构，地震时仅上部墙体中等程度的开裂破坏图12抗震墙体在底框结构中作用突出震害10、此次地震中，大部分混凝土框架结构表现良好，没有倒塌，但也有少数框架结构倒塌。其原因主要是这类框架结构跨度普遍较大，层高较高，结构侧向刚度较小，在强烈地震作用下，结构侧向位移过大，造成部分框架柱失稳破坏，由于冗余度较少，容易形成连续倒塌机制，从而导致结构整体倾覆倒塌。(a)教学楼整体倾覆倒塌的一端（b）教学楼倾覆时造成一侧框架柱折断图13都江堰漩口中学五层框架结构教学楼在地震中整体倾覆倒塌(a)楼梯间倒塌全景（b）楼梯踏步痕迹清晰可见图148度区某砖混住宅仅中部楼梯间倒塌震害11、此次地震中一个普遍的建筑破坏现象是，作为逃生通道的楼梯间破坏比较严重，造成了相当的人员伤亡。经初步分析，其主要原因是：砌体结构中，楼梯间的整体性不足，地震中楼梯间的墙体破坏或倒塌造成楼梯段支座失效，进而导致整个楼梯间的破坏（图14）；而在钢筋混凝土框架结构中，则由于支撑效应使楼梯板承受较大的轴向力，地震时楼梯段处于交替的拉弯和压弯受力状态，当楼梯段的拉应力达到或超过混凝土材料的极限抗拉强度时，就会发生受拉破坏（图15.a）。而楼梯间的平台梁，则由于上下梯段的剪刀作用，产生剪切、扭转破坏（图15.b）。(a)地震时，梯板被拉断，钢筋压屈（b）楼梯梁剪扭断裂图15混凝土结构楼梯间破坏情况震害12、大量非结构构件（填充墙、围护墙）破坏。填充墙或围护墙与框架柱、梁无拉结或拉接不够，造成墙体大量开裂，甚至倒塌，严重影响居民生活，经济损失较大。(a)框架结构中填充墙破坏情况（b）高层建筑的填充墙产生大量裂缝图16非结构构件破坏情况震害13、短柱剪切破坏较多。填充墙等非结构构件约束形成短柱，短柱不利抗震，地震中大多发生剪切破坏（图17）。(a)窗间填充墙倒塌，框架柱形成短柱，剪切破坏（b）填充墙不合理砌筑导致短柱破坏图17短柱剪切破坏情况震害14、抗震缝宽度不够，通常只有50mm，由于施工误差甚至连接在一起，导致两侧碰撞破坏（图18）。(a)抗震缝宽度不够，相邻两栋建筑地震时相互碰撞，导致其中一栋建筑的填充墙倒塌（b）8度区某相邻建筑地震中相互碰撞，损坏严重图18相邻建筑的碰撞破坏震害15、单层工业厂房，大跨度屋盖体系倒塌严重，外墙体倒塌，排架柱破坏（图19）。(a)8度区某30m跨厂房屋盖整体倒塌（b）8度某18m跨厂房，局部屋面板塌落图19大跨度工业厂房屋盖破坏情况震害16、混凝土预制空心板楼盖没有按要求施工，预制板之间连接很差，致使房屋的整体性差，地震中倒塌损毁严重，造成大量人员伤亡(图20)。(a)某学校教学楼破坏，预制板之间无连接情况（b）某装配式