汶川典型震害及建筑抗震有关问题

汶川地震典型震害及建筑抗震设计若干问题GB50223-2008、GB50011-2001(局部修订)学习二〇〇八年九月一、关于做好《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范》实施工作的通知（建标函[2008]225号）新《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范》局部修订版，自发布之日实施。这就要求：1、对于建设项目，尚未通过施工图设计文件审查的，必须按照新标准修改设计；2、已通过施工图设计文件审查，尚未取得施工许可证和已经取得施工许可证还未开工的，鼓励按照新标准调整设计；3、已取得施工许可证并已开工的，可按照经审查合格的施工图设计文件以及有关施工和验收的标准规范进行施工和验收。二、汶川地震建筑物典型震害及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)局部修订主震加速度统计数据1、有效强震动事件450个，其中有3个台站单通道未获得记录，即共获取1347条加速度记录；2、离震中最近的强震动台站是四川汶川卧龙台，距震中22.2公里，峰值加速度值是957.7cm/s2（0.98g），竖向加速度值948.1cm/s2（0.97g）；3、离断层最近的强震动台站是四川绵竹清平台，距断层0.74公里，峰值加速度值是824.1cm/s2（0.84g），竖向加速度值622.9cm/s2（0.63g）；4、峰值大于100cm/s2（0.10g）有120条。汶川成都青川北川震害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。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。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。地震后映秀镇航拍照片北川新县城几乎被滑坡掩埋建筑随离断层的距离不同，破坏程度不同震害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。北川新县城，地震导致了大量的山体滑坡，新县城几乎被滑坡体掩埋。山体崩塌产生的巨大滚石，造成了建筑物的破坏山体崩塌产生的巨大滚石，造成了建筑物的破坏震害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。宝鸡市某住宅楼因边坡避让距离不足导致的开裂破坏坡脚变形造成了建筑物整体抬起《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：3.3.1条（强条）用词作了调整，语气更重，要求“对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑”。4.1.8条改为强条，不利地段对地震动可能产生的放大作用应乘以增大系数1.1~1.6。该值，与突出地形的高度、平均坡降角度以及建筑场地至台地边缘的距离有关。3.3.5条（新增）山区建筑场地和地基基础设计应符合下列要求：1山区建筑场地应根据地质、地形条件和使用要求，因地制宜设置符合抗震设防要求的边坡工程；边坡应避免深挖高填，坡高大且稳定性差的边坡应采用后仰放坡或分阶放坡。2建筑基础与土质、强风化岩质边坡的边缘应留有足够的距离，其值应根据抗震设防烈度的高低确定，并采取措施避免地震时地基基础破坏。震害4：不规则且具有明显薄弱部位的建筑物，地震时扭转作用其对薄弱部位（底层角柱）造成严重破坏，整栋楼岌岌可危。薄弱层扭转破坏房屋角部扭转破坏错层、刚度突变破坏平面复杂的教学楼用防震缝分开后的破坏情况《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：3.4.1条（强条）“建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案。震害5：此次地震中，大部分混凝土框架结构表现良好，但也有少数框架结构倒塌。原因：这类框架结构跨度普遍较大，层高较高，结构侧向刚度较小，维护墙和隔墙不合理布置，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。预制板框架结构倒塌框架填充墙破坏框架填充墙破坏《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：3.7.4条（强条）“框架结构的围护墙和隔墙，应考虑其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。。震害6：独立砖柱对于抗震十分不利，尤其是支承较大跨度楼面梁的砖柱更为危险。汶川地震中，大部分以独立砖柱作为竖向支撑构件的建筑物损毁严重。震害7：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。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：7.3.6（强条）“6度时，梁与砖柱的连接不应削弱柱截面，独立砖柱顶部应在两个方向均有可靠连接；7~9度时不得采用独立砖柱。跨度不小于6m大梁的支承构件应采用组合砌体等加强措施，并满足承载力要求。”震害8：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、二层破坏最为严重，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、大多数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。都江堰某办公楼外墙X型裂缝汉旺镇某家属楼底层压溃、房屋倾斜、部分倒塌《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：配合中、小学教学用房按乙类的要求提高设防标准的规定，在7.1.2条（强条）中补充了乙类的多层砌体房屋高度和层数的控制―“乙类的多层砌体房屋允许按本地区设防烈度查表，但层数应减少一层且总高度应降低3m”。同时，在7.1.3条中，补充了使用功能确有需要时普通砖砌体层高放宽到3.9m的条件：将普通砌体构件改为约束砌体构件等。震害9：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。鞭梢效应震害10：民居建筑多数为单层房屋，也有少量二层房屋。年代久远的穿斗木结构房屋，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；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；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。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：11.1.5、11.2.12、11.3.2条，把“宜”改为“应”。在11.1.5条中，要求生土房屋相邻墙体之间应采用简单的拉接材料相互连接，以提高墙体的整体性。在11.2.12条中，要求木柱房屋的围护墙应与木柱可靠拉结，并提高了土坯等围护墙的构造要求，以避免土坯等倒塌伤人。在11.3.2条中，对村镇石砌体房屋的高度和层数予以严格的控制。震害11：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。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。底框倒塌，房屋坐下一层底框倒塌，房屋坐下一层底框破坏《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的专门要求：条文7.1.8条明确规定：底框房屋的底部，应沿纵横两个方向设置一定数量的抗震墙，并严格规定了底层与底部第二层、第三层的侧向刚度比值。震害12：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。主要原因：（1）砌体结构中，楼梯间的整体性不足，地震中楼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；（2）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。（3）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。同时有些楼梯钢筋采用冷轧扭钢筋，延性不够，地震下作用下钢筋脆断。楼梯破坏楼梯破坏《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）作下述局部修订：（1）3.6.6条明确规定，“计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况；计算中应考虑楼梯构件的影响”。（2）7.3.1条（强条），要求楼梯间四角以及楼梯段上下端对应的墙体处设置构造柱，于是，楼梯间共有8根构造柱，与7.3.8条的强制性要求一起，有助于形成应急疏散的安全岛。（3）3.7.3条，补充规定“楼梯间的非承重墙体，应采取与主体结构可靠连接或锚固等避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备的措施”。（4）7.3.8条（强条），原来仅用于8~9度的措施扩大到抗震设防区，如：“顶层楼梯间横墙和外墙应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋；7~9度时其它各层楼梯间墙体应在休息平台或楼层半高处设置60mm厚的钢筋混凝土带或配筋砖带。”对突出屋顶的楼、电梯间亦要求“内外墙交接处应沿墙高每隔500mm设2φ6通长拉结钢筋。”（5）本次依据钢筋混凝土结构用钢筋产品标准GB1499.2-2007，在3.9.2、3.9.3条对钢筋和钢材的性能指标做了局部调整：钢筋应满足总延伸率9％的要求，不得采用脆性钢筋，以避免汶川地震中钢筋脆断的震害。震害13：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。汉旺某教学楼(预制空心板）广元预制板建筑破坏震害14：短柱剪切破坏较多。混凝土柱因填充墙等非结构构件砌筑不当，受到约束而形成短柱，短柱不利抗震，地震中大多发生剪切破坏。短柱破坏震害15：框架结构大量出现“强梁弱柱”破坏。柱铰造成框架包括底框结构倒塌、部分倒塌或严重破坏。柱端形成塑性铰柱端形成塑性铰震害16：剪力墙连梁剪切破坏，消耗了地震能量，形成第一道防线。剪力墙连梁剪切破坏震害17：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、梁无拉截获拉接不够、多孔空心砖大量劈裂导致拉接筋失效等原因造成墙体大量开裂，甚至倒塌伤人，严重影响居民生活，经济损失较大。现有计算软件是通过周期折减来考虑填充墙对主体结构的影响，但由于填充墙布置数量、平面位置和层数的不确定性，无法真实反应填充墙的影响。这是值得研究和思考的。震害18：防震缝宽度不够，相当比例的防震缝宽度不足50mm，有些建筑由于施工误差甚至连接在一起，导致两侧碰撞破坏。防震缝间距不足震害震害19：进行过抗震加固的房屋，地震中大多数破坏较轻；同一地段未进行加固的房屋，破坏相对要严重的多。德阳某幼儿园加固后震害较轻，“大震不倒”震害20：单跨的混凝土框架结构对于抗震有明显的不利因素，在汶川地震中有许多震害，但也有低层的大跨度框架结构轻微破坏。震害21:采用基础隔震的建筑，地震中建筑基本完好，室内人员感觉不到地震晃动，达到了设计目的。震害22：凡是按抗震规范进行正规设计、且施工质量有保障的房屋，在高烈度地区大部分做到了开裂而不倒塌，在低烈度地区震害程度大部分较轻，说明抗震规范经受住了这次地震的考验。映秀在建房屋开裂而不倒地震灾害的启示一、我国89规范以后确定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标是正确、合理的，依此原则进行的设计，有效地保护了人民生命财产安全。此次汶川地震，除了危险地段山体滑坡造成的灾害外，总体上城镇倒塌和严重破坏需要拆除的房屋约10%，凡是按抗震规范进行正常设计、正常施工和正常使用的各类房屋建筑，遭遇高于设防烈度一度的地震作用，均经受了考验，没有出现倒塌破坏，这个经验应充分肯定。2、概念设计与构造措施很重要。此次地震灾区破坏的房屋多数是由于抗震概念设计和构造措施方面存在