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5.12汶川地震建筑物破坏原因浅析


5.12 汶川地震建筑物破坏原因浅析
摘要: 2008 年——我国四川汶川 5 月 12 日下午 14 时 28 分发生 7.8 级特大地震, 北京、 摘要: 重庆、湖南、湖北、山西、陕西、河北、合肥等多地有震感。这是建国以来,发生在我国境 内的震级最大的一次地震。 关键词: 关键词:5.12 汶川地震 建筑物破坏原因 抗震设防

5.12 汶川地震

发生后,笔者曾经多次深入到地震重灾区的汶川、北川、青川、都江堰、 理县、汉旺、安县等地从事抗震救灾工作。在抗震救灾工作期间,笔者对地震灾区震后建筑 物破坏情况进行了调查,查阅了部分破坏建筑物的设计文件、施工资料,收集了大量建筑物 破坏的图片资料和影像资料等。 同时, 笔者对地震灾区震后未破坏建筑物或破坏较轻建筑物 也进行了调查,并将未破坏建筑物或破坏较轻建筑物与同地段、同结构形式的倒塌、破坏严 重的建筑物进行了对比、分析,从中寻找地震造成建筑物破坏的规律和原因。下面笔者就 5.12 汶川地震造成建筑物破坏的主要原因作一些简要分析: 5.12 汶川地震建筑物破坏的主要原因, 首先是建筑物所在地区的地震烈度, 地震烈度越 高对建筑物的破坏越严重。比如 5.12 汶川地震的震中映秀镇的地震烈度达到 11 度,而汶川 县城的地震烈度为 9 度左右,因此映秀镇的建筑物破坏就比汶川县城的建筑物破坏更为严 重。 5.12 汶川地震之所以造成地震重灾区建筑物极其严重的破坏, 主要是由于这次地震的烈 度远远超过了当地的抗震设防烈度。我国长期以来经济欠发达,属于发展中国家,目前我国 对建筑物的抗震设防原则是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。一般情况下,大于、等于 7 级的地震(约为 9 度左右)为大地震,大于、等于 8 级的地震即为巨大地震。每次地震只有 一个震级,在震中的地方用震级表示,地震向四周扩散影响到的地方就用地震烈度表示。每 次地震的震中地震烈度最高,从震中向四周扩散,地震烈度逐渐减小。这次 5.12 汶川地震 的震级为 8 级,属于巨大地震,所以大部分地震重灾区的地震烈度都达到了 9 度以上。一般 超过 9 度的地震或者地震烈度超过设防烈度两度以上时就可以造成房屋大量倒塌。在 5.12 汶川地震前,5.12 汶川地震重灾区的建筑物抗震设防烈度都为 6 度和 7 度,而此次 5.12 汶 川地震重灾区地震烈度达到 9 度~11 度,远远超过了当地建筑物的设防烈度,5.12 汶川地 震造成了地震重灾区的建筑物严重破坏也就在所难免了。 因此, 地震烈度是造成建筑物破坏 的主要原因。 其次,建筑物所处地段是决定建筑物地震破坏的重要因素。 地震波是波形传递的, 地震波分为横波和纵波, 横波产生水平震动, 纵波产生竖向震动。 由于纵波传播速度快于横波, 因此纵波先于横波到达。 处于波峰地段的建筑物比处于波谷地 段的建筑物破坏严重。此次 5.12 汶川地震是多点多组强烈地震的同时爆发,由于各组地震 的地震波传播速度不一样, 横波与纵波的传播速度也不一样, 因此就有可能产生波的叠加或 叠减。如果两个波的波峰重叠就会产生波的叠加效应,就会对建筑物造成更大的毁坏。在波 的传播过程中,传播路程的地质条件不一样,各种土层对地震波的作用不一样,波的叠加也

会不一样,对建筑物的损毁程度也会不一样。有时不同方向传递的波叠加还会形成扭转,地 震波到达建筑物两端的时间差异, 也会造成建筑物的扭转破坏, 扭转会造成建筑物更为严重 的破坏。 这就是为什么有的地区距震中距离较远, 但建筑物破坏程度却比距震中距离近的建 筑物破坏更严重的一个主要原因; 也是为什么同一地区有时相距很近的两个建筑物但破坏程 度却相差很大的一个重要原因。 每个建筑物都有自己特定的自振频率, 如果这个自振频率与地震的作用频率接近, 会引 起共振效应,会带来更大的破坏力。 建筑物所处地段越高,地震的“鞭梢效应”越严重,所以山顶建筑物破坏较山脚建筑物更 严重。其次,处于边坡地段的建筑物,由于其受边坡稳定的影响较大,建筑物往往由于边坡 的失稳而造成破坏。 三是建筑物所在场地及周边环境的地质构造对建筑物地震破坏起着重要的作用。 5.12 汶川地震中,建在地震的发震带、地震的断裂带上的建筑物破坏很严重。建在容易 失稳的边坡上或建在容易失稳的边坡附近的建筑物,由于地震容易诱发滑坡、崩塌、泥石流 等次生灾害,因此对建筑物的危害也很大。比如说 5.12 汶川地震灾区的北川老县城、彭州 市的银厂沟、平武县的南坝镇、青川县的木鱼镇等地都处在地震断裂带上,所以这些地方建 筑物受地震的危害就较大。其次,北川老县城和彭州市的银厂沟周边山体陡峭、岩石破碎, 或者在倾斜的岩石表面覆盖着松散的土层, 其受滑坡、 泥石流等次生灾害的危害就较大。 5.12 汶川地震后,在从都江堰到汶川、理县的沿途,可以看到原来青山翠绿的山体已经变的满目 疮伤,山体到处都裸露出白色的岩石,就像山上缠绕着无数白色的绷带。这是因为这些地方 距震中距离较近,地震的烈度高,而且这些地方的山体陡峭、岩石破碎,或者在倾斜的岩石 表面覆盖着松散的土层,在地震作用下山体极易失去稳定而引起滑坡、崩塌等。 在对理县桃坪羌寨震后建筑物应急评估中, 靠近河床边的建筑物受到的损害较其他位置 的建筑物损害轻。究其原因,河床边的建筑物地基多为砂卵石土,砂卵石土对地震波具有一 定的吸收作用,因此此类地段的建筑物损害就较轻。同样,成都距 5.12 汶川地震的震中的 直线距离较近,但由于成都地区的建筑物地基也多以砂卵石土为主,因此 5.12 汶川地震对 成都的危害也较小。 这就是为什么山区建筑物的地基多以岩石为主, 而山区建筑物的破坏反 而严重于沟谷地带建筑物的一个重要原因。 四是房屋的建造年代和房屋的勘察设计、施工质量对建筑物的抗震极为重要。 在 5.12 汶川地震中,广大农村地区大量农房受到了毁灭性破坏,而城市房屋的损毁程 度明显较农房损毁程度轻。究其原因,我国长期以来农村农房无抗震设防的强制性规定,农 村农房质量也一直是政府部门监管的盲区。 5.12 汶川地震前, 农村农房一般都由当地工匠或 农户自行修建,政府部门较少提供技术支持或技术指导,农村农房一般都自生自灭,很少有 人去过问。当然这主要是因为我国广大农村地区多处山区,长期以来交通不便、经济发展极 不均衡, 还存在许多极端贫困地区, 广大农民朋友的主要精力还主要停留在解决温饱问题上。 因此, 广大农村地区目前还存在着大量的生土建筑和石砌建筑, 这些生土建筑和石砌建筑抗 震性能差,有的使用时间还很长,维护也较差。因此,在 5.12 汶川地震中这些生土建筑和 石砌建筑损毁也最为严重。 其次广大农民朋友的整体文化素质也不高, 修建房屋时首先考虑

的时经济、实用和美观,很少把建筑物的质量和抗震设防放在房屋修建的首位。由于大地震 发生周期都比较长,年轻一代普遍缺少大地震的经历,农村地区地震知识又不普及,年轻一 代不知道本地区历史上曾经发生过的大地震及危害, 错误地认为本地区将来不会发生毁灭性 大地震。因此农村建房时抗震意识就比较低,如果有了多余的钱,农民朋友会追求大、追求 气派、追求豪华,不会充分重视建筑物的抗震。5.12 汶川地震前,政府部门未向农民免费提 供过技术标准、标准设计图集等。由于担心多花钱,农村地区修建的砖混结构、底框结构等 结构形式的房屋普遍未委托正规设计单位进行设计,也没有委托正规施工单位进行施工。 5.12 汶川地震前,农房修建,一般在批准土地,计划好修建的面积、层数后,就聘请工匠修 建或自行修建,因此,5.12 汶川地震前农村地区修建的农房普遍存在质量安全隐患,农村地 区修建的农房也普遍缺乏抗震性能。 从 5.12 汶川地震灾区的绵阳、成都、德阳、广元、阿坝等地区农村修建的砖混结构、 底框结构房屋来看,农村修建的砖混结构、底框结构房屋普遍存在较大的质量安全隐患,大 部分砖混结构、底框结构房屋抗震性能较差。如 5.12 汶川地震灾区农村修建的砖混结构、 底框结构房屋普遍存在以下问题: 底框结构房屋的底层结构是既有梁柱承重又有砖墙承重的 混合承重体系, 梁柱板等承重构件的截面尺寸、 配筋、 混凝土强度等级等均凭经验进行施工, 底框结构房屋的底层未设置抗震墙等; 为扩大房屋使用面积, 农村房屋大量采用二层以上悬 挑房屋的梁挑房结构;砖混结构房屋使用 12 墙、18 墙、空斗墙作为承重墙也较为普遍;另 外,砖混结构房屋的钢筋混凝土圈梁、构造柱设置也很不规范。如有的砖混结构农房根本就 没有设置钢筋混凝土圈梁、构造柱;有的砖混结构农房底层、顶层未设置圈梁,中间某层却 设置有圈梁;有的砖混结构农房的房屋四大角、楼梯间、错层处、大房间的四角未设置构造 柱,其他部位却设置有构造柱;再有就是农村房屋的屋面女儿墙(栏杆)、阳台、外走廊栏 板(栏杆)设置也很不规范。如屋面女儿墙(栏杆)、阳台、外走廊栏板(栏杆)采用与主 体结构无可靠连接的预制花瓶栏杆, 采用未设置钢筋混凝土构造柱、 钢筋混凝土压顶的砖砌 12 墙栏板,砖砌 12 墙栏板也未与主体结构可靠拉(连)结等。由于以上原因,在 5.12 汶川 地震中,这部分房屋和房屋的附属构件都受到了极大的破坏。 在农村地区农房修建时, 还有一个因素应值得关注, 就是农房修建时的建筑材料质量问 题。农房修建一般以户为单位进行修建,由于单户农房建设的规模一般都不大,所以其使用 的钢材、 水泥等主材一般都是在分销商处购买。 由于对分销商销售的建筑材料质量缺乏监管, 因此在分销商处购买的钢材、水泥等主材质量往往难以保障,有时还容易购买到“地条钢” 或者购买到过期水泥等。对砖、瓦、砂、石等地方材料,由于缺少检测手段或判断经验,农 房修建时一般采取在确定了所需数量和价格后就直接购买进行使用。 农房修建一般很少对进 场建筑材料进行复检, 因此农房修建时很容易购买到不合格的建筑材料, 如果将这些不合格 建筑材料用到工程中,就形成了重大质量安全隐患。其次,在农村地区农房修建时,还普遍 存在着使用旧的建筑材料和旧的建筑构件等问题,如农房修建时使用房屋拆迁后留下的旧 砖、旧钢筋、旧预制板等。笔者并不是反对使用旧的建筑材料和旧的建筑构件等,而是认为 使用旧的建筑材料和旧的建筑构件一定要慎重。 比如说对于使用旧砖问题, 由于旧砖可能是 从不同的楼层上甚至可能是从不同的房屋上拆下来的,对旧砖的强度等级就较难检验和判 断,因此旧砖最好不要用于修建楼房、不要用于修建承重墙体等。另外还要注意旧砖中的断 砖很多,使用旧砖砌筑墙体时不要集中使用断砖。对于旧钢筋、旧预制板,不但对旧钢筋的

强度较难判断,对旧预制板的荷载等级也较难判断。而且旧钢筋、旧预制板在原建筑使用过 程中或拆除过程中可能已经产生了某些损伤, 如钢筋可能已经产生了疲劳和屈服, 预制板可 能已经产生了断裂等, 另外钢筋在拆除过程中反复弯曲也极易造成损伤, 这些损伤往往靠肉 眼是很难发现的。一旦将这些受到损伤的旧钢筋、旧预制板用到新建房屋的承重结构上,极 易发生工程质量事故,更不要谈建筑物的抗震了。 通过以上的分析不难看出, 5.12 汶川地震农村地区的农房受损严重, 主要是因为农村地 区农房勘察设计、施工的缺失以及对建筑材料的把关不严造成的。 5.12 汶川地震受损严重的北川、都江堰、汉旺等城市房屋,除由于其所在地区距震中距 离近、地震烈度高,北川、汉旺等城市处在地震的发震带、地震的断裂带上或附近,北川县 城受到滑坡毁坏等因素外, 建筑物的建造年代和房屋的勘察设计、 施工质量也起了很大的作 用。如都江堰垮塌的大部分是老旧的教学楼、医院等,老旧的教学楼、医院的建造时间都比 较长。受经济发展水平影响,我国的抗震设防水平是按年代逐步提高的,因此老旧房屋的抗 震设防水平明显赶不上现在新修建房屋的抗震设防水平;其次,一般教学楼的房屋开间、进 深尺寸都比较大,老旧的教学楼、医院又多采用单跨外走廊结构和内走廊砖混结构,单跨外 走廊结构的抗震性能较差; 内走廊砖混结构的内横墙在内纵墙处不能贯通, 老旧建筑物在未 贯通的砖横墙与内纵墙交接处设置的钢筋混凝土构造柱又较少; 一般老旧的教学楼、 医院等 房屋未层层设置钢筋混凝土圈梁,又多采用预应力空心楼板,有的房屋还以纵墙承重,房屋 的整体性和整体刚度都较差。因此这部分房屋的抗震性能自然也很差,这部分房屋在 5.12 汶川地震中倒塌也最为严重。 再如 5.12 汶川地震某地区垮塌的大部分商品房都是在房价低迷的 90 年代或 90 年代以 前修建的。当时当地商品房价格仅几百元钱一个平方米,扣除土地成本、施工成本等,已经 所剩无几了。为追求经济利益,开发商不得不在设计、施工上打注意,由于当时未要求强制 性施工图审查, 也未实行强制性施工过程监理, 决定了不能从根本上完全杜绝开发商和施工 单位的不法行为,造成了同时期修建的商品房抗震水平低。经笔者调查,该地区在 5.12 汶 川地震中垮塌或损毁的大部分底框结构商品房中, 底层框架的钢筋混凝土柱子截面尺寸均较 小,钢筋混凝土柱的配筋也较小,梁柱节点的柱箍筋又多未加密或梁柱节点混凝土不密实, 底层又多未设置抗震墙,施工质量也存在混凝土强度低、混凝土密实度差等问题,因此该地 区 90 年代或 90 年代以前修建的底框结构商品房损毁、倒塌较严重。在该地区期间,当地一 位市民曾委托笔者对其购买的处于不同地段的两套位于顶楼的新购买的商品房作了检查, 两 套新购买的商品房均为基本完好,不需进行加固即可直接进行使用。据笔者调查,5.12 汶川 地震后, 该地区大部分新建商品房和部分老旧的与前述 90 年代或 90 年代以前修建的商品房 同地段的砖混结构、 框架结构房屋并未倒塌或损毁, 这也进一步验证了勘察设计质量和施工 质量对建筑物抗震的重要性。 影响建筑物抗震的勘察设计、施工方面的因素还很多,如建筑物修建场地的选择、建筑 物的结构形式、建筑物的体形、建筑物的高度、建筑物的尺寸以及建筑物所使用的建筑材料 质量等。由于这些因素都属于勘察设计和施工管理范畴,可以通过勘察、设计、施工的措施 加以解决,本文不再一一进行论述。 通过笔者的调查和以上分析,不难看出勘察设计、施工质量对建筑物的抗震至关重要。

最后,建筑物的使用、改造和维护对建筑物的抗震也极其重要。这主要体现在以下几个 方面:一是体现在对建筑物的不合理装修和改造上。如随意在原有建筑物上增加楼层,或者 装修时随意拆除建筑物的承重墙体和承重梁柱, 随意损伤梁板柱等钢筋混凝土承重构件, 随 意割断梁板柱等钢筋混凝土承重构件的受力钢筋,随意在承重墙体上开洞、凿槽等,这些不 合理装修和改造, 改变了原房屋的受力结构和体系, 降低了原有结构体系的承载能力和抗震 性能。在 5.12 汶川地震灾区中,对建筑物进行了不合理装修和改造的建筑物,受损程度均 较重。 二是体现在建筑物的使用环境上, 如果建筑物长期处于潮湿环境或长期处于腐蚀环境 中,则建筑物的砖体极易风化、粉化,建筑物的混凝土极易碳化、脱落,混凝土碳化、脱落 后,混凝土中的钢筋极易锈蚀,从而降低建筑物的整体承载能力,降低建筑物的抗震能力。 三是体现在对建筑物的维护上。大家知道,一幢建筑物长期使用后,必然会出现一些诸如屋 面漏水、厕所漏水、排水堵塞、墙体开裂、混凝土裂缝、受力钢筋锈蚀、抹灰脱落、电气短 路、防雷装置失效等问题,如果这些问题长期得不到处理,必然会恶化建筑物的使用环境, 或者会将非结构问题演化成为影响结构安全的结构问题, 从而降低建筑物的抗震性能。 在前 面的论述中,已经谈到在 5.12 汶川地震中,老旧建筑物损毁比较严重,这和老旧建筑物使 用、改造和维护也有一定关系。因此,建筑物的使用、改造和维护对建筑物的抗震也至关重 要。 对建筑物地震破坏的原因进行了分析,就可以针对建筑物地震破坏的原因,探寻提高 建筑物的抗震性能的手段和方法, 指导抗震救灾和灾后重建工作, 指导对建筑物的抗震设计 和指导对施工质量进行控制等。 地震等自然灾害是无法防止、无法回避的,但我们可以通过对修建建筑物的场地选址 来避开抗震的不利地段,也可以对修建房屋场地的不良地质作用、不良地质环境进行治理, 还可以从勘察设计技术、 施工质量管理上提高建筑物的抗震性能, 以此来减轻地震对建筑物 的破坏,减轻地震造成的人员和财产损失。因此,作为建筑人,我们应该担负起提高建筑物 抗震性能的使命,通过我们的不懈努力,共同提高我国建筑物的抗震设防水平和抗震性能。


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