汶川地震中都江堰市的房屋震害

地　震　工　程　与　工　程　振　动

JOURNALOFEARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGVIBRATION

Vol.28No.3

Jun.2008

文章编号:1000-1301(2008)03-0001-06

汶川地震中都江堰市的房屋震害

张敏政

(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080)

摘要:对汶川地震中都江堰市1005栋房屋的现场震害调查资料进行了统计分析。分析表明,经抗震设计的房屋的震害明显低于未经抗震设计的房屋,前者实现了预期的抗震设防目标;在经抗震设计房屋中,钢筋混凝土框架结构房屋的震害相对较轻,底框架砌体结构房屋和砌体结构房屋次之;中高层建筑和低层建筑的震害比多层建筑轻;学校、医院等公用建筑的损坏与住宅建筑相比较重。关键词:汶川地震;都江堰;房屋震害

中国分类号:P315.957　　　文献标志码:A

BuildingdamageinDujiangyanduringM8.0Wenchuanearthquake

ZHANGMinzheng

(InstituteofEngineeringMechanics,CEA,Harbin150080,China)

Abstract:Thedamageto1005buildingsinDujiangyanduringWenchuanearthquakewasanalyzedbystatisticalmethod.Theresultsindicatethatthebuildingsseismicallydesignedattainthedesiredseismicfortificationobject;theirdamageisslighterthanthatofthebuildingsnotseismicallydesigned.Amongthebuildingsseismicallyde-signed,theseismiccapacityofRCframebuildingsisstrongerthanthatofbrickbuildings;thedamagetohigh-risebuildingsand2～3storeyedbuildingsisslighterthanthattomultistorybuildings.Theauthorcomparedtheresi-denceswiththepublicengineerings(schoolandhospitalbuildings).Theresultsshowthatthepublicengineeringsweredamagedmoreseriously.

Keywords:Wenchuanearthquake;Dujiangyan;buildingdamage

引言

汶川地震中都江堰市距震中仅21km,地震烈度为Ⅷ～Ⅸ度,地震损失惨重。该市房屋建筑可大体分为

三类,A类房屋为70年代以及更早的建筑,多为居民自建房屋,亦含古建筑,均未考虑抗震设计,结构类型以砖木结构和木结构为主;B类房屋大多数为80年代经正规设计的建筑,但未考虑或未完善考虑抗震要求,结构类型以砖混结构、底框架砖混结构为主;C类建筑为90年代及以后的经抗震设计的建筑,结构类型含砌体结构、底框架砌体结构和钢筋混凝土框架结构。调查中所见A类房屋中最高者为13层的框架结构,底框架砌体结构中又含所谓半框架结构,即底层仅在临街面采用框架,背街面仍为砌体结构。

现场调查以都江堰市区为主,也包含郊区如聚源镇和金堂镇等的村镇房屋。1005栋房屋取自10个调查点,调查点在市区随机选取,在位置上大体均匀分布;每个调查点含百栋左右房屋,连续采样。

房屋现场调查中对震害等级进行了评定,评定标准采用国家标准《建(构)筑物地震破坏等级划分》

收稿日期:2008-06-10;　修订日期:2008-06-16

　　作者简介:张敏政(1946-),男,博士,研究员,主要从事结构抗震研究.E-mail:zmz iem@126.com

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(GB/T18208.3-2000)中的有关条款。在统计分析中,对应不同震害等级的房屋震害指数见下表。

表1　房屋破坏等级和震害指数

Table1　Damagegradesanddamageindexesofbuildings

破坏等级震害指数

基本完好0～0.1

轻微破坏0.1～0.3

中等破坏0.3～0.55

严重破坏0.55～0.85

倒　塌0.85～1.0

　　木结构房屋的震害表现为屋顶溜瓦、墙倒架立、屋架损坏和整体坍塌。砖木结构房屋的震害含溜瓦、木屋顶破坏、墙体开裂和坍塌。砌体结构的震害为墙体开裂、构造柱剪断、楼梯破裂、顶部坍塌和整体坍塌。底框架砌体房屋的震害为框架梁柱破坏、底层倾斜、底部砌体墙开裂和整体倒塌。钢筋混凝土框架结构房屋的震害多为填充墙开裂、脱落,少数框架梁柱受损。图1～图16为部分调查房屋的照片。

图1　红专街小区砖木结构住宅(A类,顶层倒塌)图2　砖木结构住宅(A类,中等破坏)

Fig.1　Brickwall-woodroofhouse(typeA,roofcollapsed)Fig.2　Brickwall-woodroofhut(typeA,moderatelydamaged)

图3　羊叉大队砖木结构住宅(A类,倒塌)Fig.3　Brickwall-woodroofhouse(typeA,collapsed)

图4　二王庙景区木结构房屋(A类,屋顶破坏,倾斜)Fig.4　Woodhouse(typeA,roofdamaged,inclined)

图5　奎光路震前待拆迁砖混住宅(B类,中等破坏)Fig.5　Brickhouse(typeB,moderatelydamaged)

图6　成都大学砖混结构学生宿舍(B类,顶层坍塌)Fig.6　Students'hostel(typeB,roofcollapsed)

第3期张敏政:汶川地震中都江堰市的房屋震害3

图7　荷花池小区底框架砖房(B类,严重破坏)Fig.7　BrickhousewithfirstfloorRCframe

(typeB,seriouslydamaged)

图8　荷花池小区砖混住宅(B类,倒塌)Fig.8　Brickhouse(typeB,collapsed)

图9　奎元东街小区砖混住宅(B类,倒塌)Fig.9　Brickhouse(typeB,collapsed)

图10　中医院住院部(B类,倒塌)Fig.10　Inpatientdepartment(typeB,collapsed)

图11　奎光西街小区底框架砖混房屋(B类,严重破坏)

Fig.11　BrickhousewithfirstfloorRCframe

(typeB,seriouslydamaged)

图12　框架结构国堰宾馆(C类,中等破坏)Fig.12　GuoyanHotel(typeC,moderatelydamaged)

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图13　高桥小区砖混住宅(C类,基本完好)

Fig.13　Brickhouse(typeC,intact)

图14　都江堰镇中学砖混试验楼(C类,严重破坏)Fig.14　Bricklaboratory(typeC,seriouslydamaged)

图15　塔中联中砖混教学楼(C类,中等破坏)Fig.15　Brickclassroom(typeC,moderatelydamaged)

图16　天地仁酒店(C类,顶部突出建筑坍塌)Fig.16　Tiandirenrestaurant(typeC,topstructurecollapsed)

1　经抗震设计的房屋与未经抗震设计房屋的震害比较

在全部1005栋调查取样房屋中,A类房屋共230栋,平均震害指数为0.62;B类房屋224栋,平均震害指数为0.49;C类房屋551栋,平均震害指数0.23。各类房屋对应于不同破坏等级的破坏比见下图。

图17　房屋破坏比Fig.17　damageratiosofbuildings

第3期张敏政:汶川地震中都江堰市的房屋震害5

　　显然,A类房屋的倒塌比率远高于其他两类房屋,C类抗震设计房屋的倒塌比率仅为1%;B类房屋的严

重破坏比率是三类房屋中最高的,C类房屋的严重破坏比率为17%,是三类房屋中最低的;在轻微和完好这两个破坏等级中,C类的比率最高,分别为21%和46%。三类房屋破坏比率的不同也与前述平均震害指数的计算结果相吻合。

考虑到都江堰市的地震烈度达Ⅷ～Ⅸ度,而抗震房屋的设防烈度仅为Ⅶ度,可以认为按照《建筑抗震设计规范》GBJ11-89和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的要求,经良好抗震设计的房屋令人满意地实现了“大震不倒”的抗震设防目标。建筑经抗震设计不但减少了人员伤亡,且使震后仅发生轻微损坏和基本完好的房屋比例过半,这些房屋经维修和加固后可继续使用,对减少地震经济损失和尽快恢复正常社会秩序发挥了重要作用。

C类房屋严重破坏的比率大大高于倒塌比率,这一方面表明了抗震建筑抗倒塌构造措施的有效性,但也提出了进一步开展性态抗震设计研究,控制结构使其不进入严重破坏状态、减少经济损失的需求。

2　经抗震设计房屋的抗震能力比较

现场抽样调查的经抗震设计房屋中,砌体结构房屋共243栋(1～7层),底框架砌体结构房屋119栋(2～7层),钢筋混凝土框架结构139栋(1～13层)。这三类房屋的层数分布见下图。2.1　不同结构抗震建筑的比较

根据现场调查资料的分析,经抗震设计的砌体结构房屋的平均震害指数为0.34,底框架结构房屋的平均震害指数为0.30,框架结构房屋的平均震害指数仅为0.15。这三类房屋的破坏比见下图。

图18　抗震建筑的层数Fig.18　Heightofbuildings

图19　抗震建筑的破坏比

Fig.19　Damageratiosofbuildingsseismicallydesigned

为消除结构层数不同对震害的影响,再以同为5层的三类结构房屋进行比较分析,砌体结构、底框架砌体结构和框架结构的平均震害指数分别为0.38、0.35和0.21。破坏比见右图。

两次分析得出同样的结论,即框架结构的抗震能力相对最高,底框架砌体结构和砌体结构次之。

2.2　不同层数抗震建筑的比较

为比较抗震建筑房屋层数对抗震能力的影响,就砌体结构和底框架砌体结构,区别6、7层房屋和2、3层房屋分别计

图20　5层抗震建筑的破坏比Fig.20　Damageratiosof5-storeyedbuildingsseismicallydesigned

算了平均震害指数,结果如下。

　　显然,即使是经过抗震设计的多层建筑,层数较多者的抗震能力明显偏低。另外,现场调查资料表明,少数经抗震设计的中高层框架结构震害均不超过中等。2.3　不同使用功能的抗震建筑的比较

将抗震设计的砌体房屋依使用功能分为两大类,一类为住宅,另一类为学校、医院等公用建筑。这两类6　　　　　　地　震　工　程　与　工　程　振　动　　　　　　　　　　　　　　　第28卷

房屋的平均震害指数分别为0.27和0.37。两类房屋的破坏比见右图。

显然,公用建筑由于房间空旷、抗震墙较少,其震害比住宅严重。

表2　不同层数房屋的震害指数

Table2　Damageindexesofbuildingswithdifferentheights

　　　　　　　　　　　　房屋类型

2、3层

砌体结构

6、7层

0.41　　　平均震害指数

0.18　　　

图21　不同用途砌体抗震建筑的破坏比

2、3层

底框架砌体结构

6、7层

0.31　　　0.19　　　

Fig.21　Damageratiosofbrickbuildings

withdifferentfunctions

3　结论

地震区房屋破坏程度有很大差异,具体房屋的破坏原因是复杂的,涉及地震动特性、场地特性、结构动力特性以及设计、施工质量等多种因素的影响,有待进行详细分析。本文基于1005栋房屋的宏观破坏调查资料,分析了房屋破坏的总体特点,初步结论如下:

(1)经抗震设计房屋的抗震能力明显高于未经抗震设计的房屋,对减少地震人员伤亡和经济损失具有重要现实意义,再次表明了工程结构抗震设防的有效性和必要性。

(2)依据《建筑抗震设计规范》GBJ11-89和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、按照设防烈度Ⅶ度设计建造的房屋,在经历Ⅷ～Ⅸ度地震作用后,倒塌和严重破坏者不超过两成,过半数的房屋处于轻微破坏和基本完好状态,达到了预期的抗震设防目标,表明我国建筑抗震设防标准作为最低标准是合理的。(3)不同结构类型的抗震建筑的抗震能力存在差异,就都江堰市的多层房屋而言,钢筋混凝土框架结构的抗震能力较强,底框架砌体结构和砌体结构次之;砌体和底框架砌体房屋中,层数较多者震害偏重;中高层钢筋混凝土框架结构震害等级不超过中等。

(4)同为砌体和底框架砌体结构房屋,学校、医院等公用建筑因抗侧力构件较少,致使震害比住宅建筑重;学校、医院等人员较为密集的建筑,宜考虑适当提高抗震设防标准,或规定采用抗震能力较强的钢筋混凝土结构。

致　谢:组织和参与此次都江堰市房屋震害调查的人员有中国地震局袁一凡、郭迅、金波、孟庆利、陈学良、李伟、吕红山、姜慧、徐超、黄思凝、夏珊、周国良、李志强和温增平等,文中照片系由金波、余世舟、雷杰等拍摄,在此一并致谢。