玉树“4.14地震”村镇房屋震害分析与设计思考

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摘要：玉树“4.14地震”中各种建筑物承受了里氏7.1级地震考验，尤其村镇房屋遭到了毁灭性破坏，损失惨重，给建筑物的抗震设计带来许多思考。本文对玉树地区常见房屋的震害进行分析，探讨了该类建筑抗震设计中存在的问题。在执行国家标准和总结有关研究成果的基础上，提出了该地区房屋节能、抗震设计的具体作法。

Abstract: Variety of buildings has been damaged for "4.14 Earthquake", in Yushu of magnitude 7.1. Many village buildings were destroyed and sufferd heavy losses in this earthquake. All the damaged buildings which are seismic have taken us to think deeply. This paper analyzes the application and defects of common buildings in Yushu District. Meanwhile it discusses the anti-seismic design problems. Under the national implementation standards and based on the summaries of study results, it also proposes some specific measures including energy conservation at this district.

关键词：村镇房屋；土木结构；震害分析

Key words: village buildings；civil structure；earthquake damage analysis

中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）34-0048-02

0引言

玉树“4.14地震”受灾区主要为玉树州玉树县以及毗邻于玉树县的称多、囊谦、杂多、治多、曲麻莱等五县大部分地区。结古镇震级达到里氏7.1级，极震区烈度达9度。这次地震造成重大损失，城乡居民住房大部分损毁，受灾最重的结古镇，土木土坯房全部倒塌，砖混结构房85%倒塌，框架结构20%倒塌，其他绝大多数房屋成为危房。学校、医院等公共服务设施严重损毁，大量文化自然遗产遭到严重破坏。本文通过总结玉树地区震害的基础上，提出玉树地区常见土木建筑和砌体建筑抗震、保温设计建议，为今后该类建筑的设计提供参考。

1玉树村镇房屋震害总结

根据震害调查，灾区房屋结构类型以土木、砖木结构为主，抗震性能差，毁坏严重。

1.1 土木结构当地土木结构以打垒、土坯砌筑墙体，房梁直接担、架在墙上，房子中间有一根承重柱，屋顶由木梁及苇席、草芥等建成，承重结构主要是柱子和墙体，大多数土木结构的房屋开间大。这种房屋遇到地震时只要墙倒房就倒，柱倒房塌，抗震性能极差。

调研中发现，当地村镇房屋土木结构较多，破坏形式为：

1.1.1 房屋整体垮塌由于没有柱子，屋梁直接搁置在土坯墙上，加之土坯墙先天粘结不牢靠，遭遇地震时纵横墙全部倒塌，造成房屋破坏。如图1所示。

1.1.2 纵墙倒塌破坏由于房屋开间大，纵横墙连接处缺乏有效的连接，对纵墙变形约束较小，遭受地震时不能同时参与工作，纵墙提前倒塌造成房屋损坏。如图2所示。

1.2 空心砌块木结构玉树地处青藏高原腹部，属高原大陆性季风气候。空气干燥、稀薄，紫外线辐射较强。主要的气候特点是气温低，昼夜温差大，当地居民为了保温墙体以空心砌块砌筑，房梁直接担、架在墙上，破坏率相当高，破坏程度也相当严重。由于纵横墙用空心砌块砌筑，无任何防震措施，接触面有效粘结面小，大多数房屋墙体的砂浆强度在M0.4～M1.5之间（用手可捻碎），远低于砖的强度。遭到地震后纵横墙全部倒塌，屋盖整体下榻。如图3所示。

1.3 砌体结构砖混结构主要是由砖墙（或空心砌块、砖柱）、钢筋混凝土楼板、现浇钢筋混凝横梁等构件建成的房子，这类房屋在灾区造价最高，主要为寺院建筑，地震时基本完好，结构的建筑抗震性能好。但也有一部分建筑以老式的方法设计建造，节能、保温、抗震设防措施不到位，震害严重。

1.3.1 承重墙斜裂缝、X裂缝当建筑遭遇地震时与地震力方向平行的墙体是主要抗侧力构件，加上竖向荷载的影响，墙体内应力超过砌体抗拉强度，墙体出现斜裂缝，如图4所示。在地震力反复作用下出现交叉裂缝，如图5所示。在不同的高宽比墙体中，交叉裂缝的形式有所不同。在高宽比较小的墙体中，则在墙体中部呈现水平剪切裂缝，如图6所示。墙体的高宽比接近1时，墙体将呈现X形交叉裂缝，在纵墙中交叉裂缝出现在窗间墙，由于窗台墙上几乎没有压力作用，因而墙体主拉应力强度较低，出现交叉裂缝[1]，如图7所示。

1.3.2 墙体水平裂缝当地震作用沿房屋横向作用时，虽然纵墙在其平面内的刚度很小，几乎不承担地震作用，但是当抗震横墙间距过大或楼板刚度不足，纵墙墙体仍会受到平面外的地震作用力，发生平面外的弯曲，导致墙体出现水平裂缝，这种裂缝通常出现在纵墙门、窗口上下截面处[1]，如图8所示。

1.3.3 纵横墙连接处破坏由于未设置构造柱和圈梁，横墙交接处连接差、缺乏可靠的拉结，加之受两个方向受地震共同作用时，连接处受力复杂，应力集中程度高，容易被震脱或墙外闪倒塌，如图9~10所示。

1.3.4 山墙处设悬挑构件破坏山墙位于房屋尽端，房屋对山墙约束作用降低。地震过程中出现扭转效应，以及外墙角处具有较大的刚度，房屋角部吸收的地震力大；加之山墙墙角是纵横墙的交汇点，同时又设置了过长悬挑构件，地震作用下其应力状态复杂并易于产生应力集中，从而该处的抗震能力很薄弱，建筑物破坏严重，严重时还会造成墙角局部垮塌，如图11所示。如果尺寸设计得当，遭遇地震后仍然完好，如图12所示。

1.3.5 楼梯间破坏此次玉树地震与以往地震一样，楼梯间的破坏程度一般比其它部位严重。由于楼梯间墙体没有楼板约束，属于错层形式，加之顶层空间较大，导致楼梯间空间刚度较小，同时楼梯间墙体水平抗剪刚度比其它部位大，分担的地震作用也就较大，很容易造成破坏，如图13所示。

1.3.6 建筑物局部破坏当建筑有突出屋面的附属建筑如屋顶间、水塔、女儿墙和烟囱等附属物时，由于该部分的重量和刚度突然变化，地震时将产生“鞭梢效应”，突出屋面附属部分地震反应增强，容易产生破坏，如图14所示。另外女儿墙等非结构构件与建筑物本身的连接较差，地震时造成大量的破坏，如图15所示。

1.3.7 任意开洞造成建筑破坏这类破坏多见于居民自建房屋中，由于修建时随意性很大没按照规范要求留设门窗洞口，窗间墙尺寸较小，抵抗地震力能力差，破坏严重，如图16所示。

2讨论

此次地震对处在县城按照规范设计的建筑物，虽然也受到不同程度的震害，但对人民生命影响不大，能够达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”设计原则。但居民自建建筑受经济、传统居住观念的束缚，居民对房屋的观念依然停留在无砖不成房的阶段，村镇仍在大量使用粘土砖。砖混结构的房屋一旦遇到灾害，则几乎都是难以抵御。村镇房屋的抗震能力可以反映一个国家建筑的整体抗震水平，发达国家，如美国、日本等非常重视民房的地震安全问题，其村镇房屋普遍具有较强的抗震能力。在发展中国家，由于农村地区地震造成的人员伤亡巨大，各国政府也已开始重视村镇房屋地震安全问题，如哥斯达黎加、洪都拉斯、印度、伊朗、尼泊尔、哈萨克斯坦、塔吉克斯坦、阿尔及利亚、摩洛哥等国家在村镇房屋抗震技术研究和村镇房屋抗震加固方面进行了程度不同的探索[2~5]。针对本次震害调查发现的问题，提出以下几方面思考：

2.1 政策方面在玉树这样地处边远的地区村镇房屋建设缺少技术规范指导，居民建房只注重房屋单方面的功能要求（如：保温），缺乏抗震意识，忽视安全。应大力度推进地震安全农居工程的规划和实施，加强建设管理、监督力度。针对村镇常见的结构形式建立设计规范和操作规程，并对施工人员进行正规的培训，提高其技术水平。同时要重视抗震知识的普及，使村镇的建筑从业人员在建房之初就避免一些造成伤亡的隐患。

2.2 技术措施

2.2.1 土木结构应提高承重土墙整体性，土坯制作时注意压实、添加加筋材料，在砌筑时纵横墙交接处、转角处用强度较高的材料进行拉结处理，根据房间大小添加梁下承重木柱。墙体砌筑完之后抹面的泥浆中参合秸秆加强整片墙体的强度。

2.2.2 空心砌块木结构空心砌块砌筑时在纵横墙交接处、转角处的砌块内腔中配钢筋然后进行浇注，薄弱连接处的砌块配筋、设构造柱、提高砂浆强度，并严格控制门窗开洞尺寸。

2.2.3 砌体结构建造房屋时重视构造柱和圈梁的作用，提高房屋的空间刚度和整体性。在目前村镇地区无指导性规范时，可采用现行的《砌体结构设计规范》作为设计参考，制定村镇地区砌体结构建筑规范和操作规程是提升村镇地区砌体结构抗震性能的根本性措施[5]。

2.2.4 保温问题采用苯板加芯墙，通过试验满足《砌体结构设计规范》（第6.2.15/16条、10.4.17条）的支承和拉结件或拉结网片的条件下，夹芯墙在静力荷载和伪静力（模拟地震作用）下，提高墙体的整体稳定性，达到夹芯墙内外叶墙变形协调，在大震或大变形情况下，外叶墙也不会失稳破坏，墙体完全满足我国规范规定的抗震性能要求，还可以避免牛羊对保温层的破坏，消除常见外挂保温层方式的弊端。

3结语

虽然地震不可预测，但可以积极设防，积极推动抗震防灾新技术、新材料的应用，加强规划、设计、施工方面的管理，就能从客观上促进村镇住宅建设规模的快速发展，为打造高原生态旅游城市起到积极作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.GB50003-2001砌体结构设计规范[S].北京:中国建设工业出版社，2006.

[2]TAGHIKHANY T，TEHRANIZADEH M,ARABAMERI M.Vulnerability of hybrid masonrybuilding under seismic action [C]//The 14th WorldConference on Earthquake Engineering. Beijing:Tsinghua University Press,2008.

[3]SOLTANI M,XUEHUI A,MAEKAWA K.Cracking response and local stress characteristics ofRC membrane elements reinforced with welded wiremesh[J].Cement and Concrete Composites,2004,26:389-404.

[4]GAMBAROTTA L, LAGOMARSINO S.Damagemodels for the seismic response of brick masonryshear walls. Part I:The mortar joint model and itsapplications[J].Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamic,1997,26 4:423-439.

[5]李钢，刘晓宇，李宏男.汶川地震村镇房屋结构震害调查与分析[J].大连理工大学学报，2009，9（5）:724-729.