18．5．12汶川地震中民用房屋的震害分析与维修建议.pdf

1 8 ．5 ．1 2 汶川地震中民用房屋的震害 分析与维修建议 王凤来1翟长海1支旭东1全晓霞2 梅久斌2 谭 强2 1 哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨1 5 0 0 9 0 ； 2 哈尔滨市房产住宅局，哈尔滨 1 5 0 0 1 0 犄要根据汶川震后受损房屋的现场调查，对四川民居的特点进行了归 纳，对砖混多层房屋、底框砖混房屋和学校的典型震害进行了分析整理和总结， 提出了规范修订的建议意见，并对受损房屋的鉴定、加固设计和加固施工提出了 具体的建议。 关键词汶川地震；砖混结构；震害；鉴定；加固；震后维修 1 引言 5 ．1 2 汶川地震发生后，我校 哈尔滨工业大学 三位教师会同哈尔滨市房产住宅局 房屋安全鉴定办三位专业鉴定人员，在四川省有关部门的协调下，参与了震后房屋的损伤 程度筛查和二次鉴定的部分工作，其工作区域包括江油市城区、德阳市城区，同时在德阳 市建委和建设部的协助下，对绵竹市、汉旺镇、东方汽轮机厂、什邡市城区、什邡市洛水 镇、什邡市广济镇、彭州市、丹景山镇、新兴镇、通济镇、小鱼洞镇、龙门山镇、白鹿 镇、都江堰市等地的房屋损坏情况进行了考察和调研，其工作和考察内容涉及多层住宅、 少层住宅、办公楼、学校、厂房、构筑物 围墙和水塔 和自建民居等多种功能的房屋， 其结构体系涵盖砖混结构、底层框架砖混结构、框架结构、排架结构和钢结构中的网架、 刚架结构等多种结构形式。现做如下总结。 2 震区民居的主要特点 根据实测地动参数和烈度评估统计表，本次考察的范围除个别区域属极震区外，其汶 川地震的影响烈度都在7 度以上，峰值加速度也都高于规范规定的数值。从考察看，这些 区域的城区均以多层房屋为主，其中砖混结构占的比重超过9 5 ％，部分房屋受墙改影响采 用了多孔砖承重墙体。从当地建筑看，有如下特点 1 民用房屋大多以底部一层框架为主，2 0 0 1 规范执行之前，底框部分采用了砖框 混合结构，具体特点是，临街面以钢筋混凝土柱为界分割成不同的小门市房，柱距为3 ～ 4 ．2 m 之间，内纵墙基本未设，房间内未设卫生问，横向墙体大多满砌，所用材料采用空 心砖、砌块或实心砖，也有几个开间设一道刚性砖墙的情况，后侧外纵墙设窗，砖墙和构 造柱组合受力，采用实心砖加墙垛中部设一钢筋混凝土构造柱来共同受力；2 0 0 1 之后采 85l2 泣川地震。民用房屋的震害分析与维瞎建设 1 6 5 用完全底框加钢筋混凝土剪力墙结构形式； 2 多层房屋墙体厚度均为2 4 0 p l m ，少层房屋的墙体厚度有1 8 0 m m 和1 2 0 m m 的情况， 尤以自建房这种情况居多，楼 屋 基本上为预制混凝土楼板，板缝大多未按要求处理； 3 房屋前后两侧均设治房屋全长的悬挑，致使房屋的有效宽度小的只有7 ．5 叽，每 户建筑面积1 5 0 m 2 左右，一梯两户的住房其有效宽度也有在9 m 左右的，而前后悬挑长度 达到1 ．8 m 、2 ．1 m 、2 ．4 m ，最大的一栋房屋用粱挑出3 m 左右，在悬挑部分出来一个房 问t 这样的建筑设置致使悬挑部分与客厅完全形成一个厅，外纵墙被弱化，房屋的有效高 宽比增大； 4 两层民居临街侧二层墙体设置在悬挑梁上，临街侧来设置完整内纵墙，后侧未设 置悬挑，房屋整体表现为头重脚轻，且有前倾趋势，现场破坏基本属前倾类型； 5 住宅多采用横墙承重，除底层商服层外，内纵墙基本保证有一道很完整； 6 在乡镇地区少层房屋以自建房为主，缺少专业设计，并处于无监管状态，其做法 多以当地习惯做法为主； 7 砖或砌块围墙普遍高于2 m ，围墙厚度有2 4 0 m m 、1 5 0 m m 和1 2 0 m m 不等。 3 典型震害 3 ．1 砖混结构典型震害 通过对砖混房屋的损伤调查，其典型震害表现在如下一些方面 1 对多层砖混结构房屋，受损一般呈现下层重、向上逐渐减轻的特点，损伤严重的 楼层承重墙墙面裂缝多以交叉斜裂缝为主，有时存在水平裂缝；有些房屋发生整体倾斜引 起的一侧外纵墙水平裂缝伴有横墙单侧斜裂缝，如图1 所示；次轻损伤楼层以窗下带、门 上带交叉斜裂缝为主，一些墙体出现了单向斜裂缝；再轻损伤楼层在洞1 3 角部出现短4 5 。 裂缝； 圈1 承重横墙上裂缝 F 团2 底层严重破坏房屋 2 一些房屋的损坏集中在底层或二层．致使本层受到严重损伤，上部各层损伤明显 减轻，基率保持完好，如图2 所示；一些较早建设的房屋，上部破坏有明显大于下部的现 象，检查发现这类房屋多未设置构造柱，且上部砂浆多采用白灰砂浆，砂浆强度低，其未 ．睡澎∥黪 1 6 6 专题一震害调查与分析 倒塌基本上因开间很小，墙体数量相对较多，如图3 所示； 3 部分横墙承重房屋，墙体施工质量存在欠缺，内外墙拉接薄弱，外纵墙体部分出 现外倾或闪落；纵横墙拉接对防止外纵墙倒塌作用明显，部分未做好的、也未设置拉接筋 的外纵墙闪出，如图4 所示； 圈5 构造拄破坏情况图6 墙体水平线槽改变墙体破坏形态 6 加层房屋损毁率明显提高，局部扩建自身稳定性不好，对主体有明显影响； 7 从裂缝出现的次序看，符合一般损坏规律的砖混结构裂缝首先出现在窗下带和门 上带位置，然后再表现在窗问墙位置或墙面上；从同一面墙上裂缝出现的数量看，裂缝多 以主裂缝为主，很少出现大量的密集平行裂缝情况，墙体表现出更脆的特征； 1 85L 2 泣川地嚣中是用房屋的震害分析与罐修建设1 6 7 8 多排孔承重空心砖混合结构房屋，其裂缝形态与实心砖混合结构类似，但在裂缝 位置稍有挤压就会伴有外排孔劈裂现象，表现出更强的脆性，且维修加固十分困难，如图 7 所示； g 自建房多以二层或三层为主，部分房屋屋面采用术檩条，上铺具有四，I 『特点的小 瓦片，也有采用预应力空心板做屋面的，楼板均采用预制板。从建筑特点看，具有四川民 居的特点，但墙体厚度普遍不满足要求，前侧外纵墙砌在悬挑粱上，且根据使用要求分多 次建成，处于无设计、无监管状态，倒毁率很高，如图8 所示； 罔7 多孔砖承蘑墙劈裂情况圈8自建民房向前倾倒情况 1 0 不符台一般损坏规律的砖混房屋t 其典型破坏形式主要有破坏区域集中在平面 的某个区域、某楼层破坏明显加重且对上部楼层起到藏震作用、上部破坏程度大于下部楼 层的情况和柱基础出现破坏上部受到保护等四种主要情况。 3 ．2 底框部分和框架结构典型震害 对底框架房屋框架部分和采用框架结构房屋的损坏调查．其典型震害表现在 1 2 0 0 1 版本规范前建设的底层框架上部砖混房屋，底部采用了砖框混合结构，后 懊5 外纵墙破坏严重，部分致使房屋局部出现扭转损害，房屋山现倾斜，底层框架破坏部位 集中在粱柱节点区，以粱下水平裂缝为首批裂缝，然后出现侧向剪切位移，破坏成酥碎 状，其破坏表现出与梁柱的施工缝处理不当有关，如图9 所示； 2 框架粱柱节点区出现塑性饺，特别是柱身上出现塑性铰不应该，同时地震力作用 下粱上出现的塑性铰与静载作用下的塑性铰存在明显区别，最主要的是塑性镀区域相对较 小。裂缝数量也步，基本以主裂缝为主，可见其快速破坏与慢载下存在差异；节点区无箍 筋情况较多，如图1 0 所示； 3 底层框架上部砖混结构房屋，刚度比合适的情况下，能够做到框架部分和砖混部 分都出现损坏，但～些房屋框架部分出现严重损坏情况下，上部各层损坏明显减轻； 4 框架结构房屋的围护墙体破坏严重，交叉斜裂缝和与梁柱连接部位裂缝显著，严 重的出现崩裂、掉落现象，围护墙体与柱粱连接处薄弱，维修费用较高，并造成部分楼外 群众伤亡{ 总体上若填充墙严重破坏，粱柱节点区均有裂缝出现。 1 6 8 专题一．蜃害调誊与甘脊 图l o 椎架节点医破坏情况 3 ．3 学校典型震害 通过对洛水镇、彭州市、江油市学校的调查，其典型震害表现在 1 学校均采用单侧走廊的建筑组合平面，走廊采用不封闭形式，但所不同的是，破 坏较轻的学校走廊采用非悬挑形式，外侧设置钢筋混凝土柱支承走廊板，如图1 l 所示， 破坏严重的走廊都采用悬挑的结构形式； 2 一些学校在窗下带采用空心墙做法，外侧墙面突出1 2 0 r a m ，改变了墙受力的模 式，实际上结构受力变成了尺寸稍大的砖柱排架结构，墙柱概念混淆使得房屋失去了窗下 带先破坏起耗能作用的功能，并使得窗问墙高度变高，房屋破坏更突然，如图1 2 所示。 掣鸿幽 田n 外廊非悬挑幼儿固教学楼 图1 2 窗下带采用空腔墙教学楼破坏情况 4 总结与建议 4 ．1 房屋的震害表现总结 本次考察的区域除龙门山镇、白鹿镇等个别区域属极震区外，其他区域的实际评估烈 度都超过了其设防烈度。对房屋破坏情况分类，应属严重损坏区或一般损坏区。总体上 讲，房屋直接倒塌并造成大量人员伤亡的主要集中在学校和少量民居，倒毁的民居以局部 倒毁引起坍塌为主要形式，大多数房屋属震后可以维修加固的范畴，步量房屋维修价值不 磊最 蠛懿 ～毂憋器 稀黛董～澎馥触 1 8 ．5 ．1 2 泣川地震中民用房屋的震害分析与维修建议 1 6 9 大需要强制拆除。根据目前掌握的情况和与当地技术人员了解的情况，可以看出 1 按照规范设计、施工，建筑体型规则、布局均匀的砖混和砖混底框多层房屋在遇 到罕遇地震前提下，可以做到不倒塌，其出现损坏是正常的，大多数房屋属可维修加固的 范畴。以江油市为例，江油市城区距北川直线距离3 0 多公里，其实测烈度为7 r ～9 度，江 油市城区现有房屋总量在8 0 0 万m 2 左右，本次地震造成需要维修加固处理的房屋数量大 概在5 0 0 ～6 0 0 万m 2 左右，其中初期筛查中被贴红牌的房屋占2 5 0 万m 2 左右，但值得庆 幸的是江油市除个别房屋外，基本未发生快速的恶性坍塌，全市包括乡镇总死亡人数3 9 0 多人就是很好的证明。彭州市震区实际评估烈度为8 , - - - ．1 1 度，整个行政区域内无一所学校 倒塌，经过正规手续建设的房屋也未出现群死群伤的恶性倒塌事件。在什邡、汉旺、都江 堰、广济、洛水等地也均有相当数量的房屋没有直接倒毁，一些当地有实力的设计院和设 计人员震后对其设计的房屋进行调查也得出类似结论。 2 本次地震中个体房屋的设计、施工质量和管理水平差异被“强制检验”，管理水 平高、技术力量强的区域管理价值、技术价值凸显而出。 3 技术规范的完善、建材质量提高、工程管理的规范都对房屋的安全性起到了很好 的作用。采用新规范建设的房屋损坏轻很多。 4 ．2 建议 1 加大力度，增强抗震设防力度，增加构造柱、圈梁内构造钢筋的直径和数量，并 在住宅内尽量少采用大跨度板，少设非承重隔墙，增加外纵墙、内纵墙的数量； 2 限制无筋砌体的使用范围，对7 度及以上地区不宜使用，特别是对脆性较大的承 重多排孔空心砖 多孔砖 因节省材料有限，不宜大量发展，宜限制其使用范围； 3 加强烈度区划建设，对抗震设防标准应根据学术研究成果，结合国力水平进行调 整，对主要区域应加强公用建筑与避难设施建设相结合的政策，应提高生命线工程、弱势 群体等国家投资项目的可靠度水平，并在高烈度区有计划实施抗震加固，改变“新人新办 法，老人老办法”的理念，偿还历史欠账； 4 大力推广配筋砌块砌体剪力墙结构和在无筋砌体的灰缝砂浆内增设水平钢筋带， 改变砌体的脆性破坏特征，建议在楼层内设置两道灰缝配筋构造要求； 5 切实加强乡镇房屋和农村自建房的监管和指导，建议根据各地民居要求，由政府 不断推出适合农民选用的自建房标准图集，提高乡村抗震设防的水平； 6 加强围护墙体作用研究，围护墙体在地震中普遍起到耗能作用，没有围护墙体的 框架节点区域普遍破坏，因此，应提高围护墙体的强度和稳定性要求，并加强围护墙体与 梁柱的连接； 7 切实加强地区传统设计做法与规范应用之间的融合，加强不同区域之间设计技术 的交流，加强设计人员的培训，特别是加强县镇区域内技术人员的交流与培训； 8 加大力度提高居民对自身财产的保护意识，承重墙体、构件应为全体居民的共有 财产，加强装修意识宣传和处罚力度，做到群防群治，在绵竹就发现因一层临街局部派出 所改商用致使房屋局部倒塌的实例，对线槽影响几乎每阁装修房屋中均能找到i 总体上多年的抗震设防对预防房屋倒塌起到了很好的作用，在正规设计、正常施工和 正常使用条件下，砖混结构和砖混底框结构多层房屋可以做大不倒塌，做到有效减少人员 伤亡和财产损失。但我国历史欠账问题有待通过国家立法予以解决。 1 7 0 专题一震害调查与分析 5 鉴定与加固 在汶川地震后，震后受损房屋的鉴定与加固成为工作量很大、时间要求很紧，又与居 民安置策略紧密结合的一项重要工作，如何开展鉴定、加固设计与加固施工工作成为当前 讨论的另一热点问题，下面谈一下我们的观点 1 鉴定中应将什么指标作为技术要求规定下来 在既有鉴定标准中，抗力与荷载效 应比、变形、裂缝、构造和连接是主要的技术指标，要完成上述工作需要对现有材料进行 全面的检测和评定，并根据上述工作得出的结论，分析损伤产生的原因，进而给出鉴定结 论和加固建议，这是正常的程序。从震后房屋损坏原因看，都是由于地震作用产生的水平 剪力、倾覆弯矩和整体扭矩作用下致使房屋承重构件发生剪切、弯曲、受压或连接损坏， 其集中表现的形式主要有裂缝和变形，而原房屋的材料不合格问题、施工质量问题、设计 质量问题都可在现场根据破坏形态和经验进行初步筛查。因此，对个别破坏或损坏异常的 房屋进行详细分析、查找原因、总结经验是十分必要的，但对大多数损坏符合一般规律的房 屋进行全面、大量的材料检测和评定、进行细致的承载力验算是没有必要的，也不符合短期 内大量处理受损房屋的客观需要。这里我们坚持由经过专业培训的工程师，在鉴定中将适修 性、加固施工期间的安全性和修复后结构的抗震性能作为重要的鉴定指标列入鉴定标准中， 当然裂缝发展的阶段、变形情况、构造和连接状态是鉴定分级必不可少的重要指标。 2 加固设计应遵循什么样的基本原则 加固设计应首先针对地震中受损的房屋结构 构件，一方面其加固应以恢复房屋受震前的结构、构件受力性能为目标；另一方面对抗倒 塌能力设防水平不足的需按照现行规范要求补足。 3 加固设计在短期内完成如何保证质量，又要做到节省造价，便于监督、验收，又不 会引起群众对加固方法的误解呢 建议通过合理组织高水平的专家分区域组成专家组，通过 形成专门鉴定标准和加固通用的标准图集，指导专业单位进行房屋受损程度分级，并根据分 级情况对照相应救助或补偿政策，通过专家组督导设计、施工、监理、验收等与房屋维修质 量有关的技术工作，确保灾后受损房屋的安全性能，并做到尽可能保护群众切身利益。 4 房屋鉴定、加固设计和加固施工应该走什么样的程序才能保障工作的顺利实施 鉴定工作应由房屋所有人 使用人 按栋提出申请，相关部门组织有能力、有经验的专业 鉴定机构对受损房屋进行鉴定；鉴定机构同时应负责出具结构加固施工图；施工图纸经专 业审查后，房屋所有人应委托专业承包公司进行加固施工；政府相应职能部门对加固设计 和加固施工质量进行相应监管、监督检查和验收，确保加固后的房屋安全性达到相应技术 标准的要求。 参考文献 E 1 ] 刘恢先．唐山大地震震害 二 ．北京地震出版社，1 9 8 6 ． [ 2 ] 国家标准．建筑抗震设计规范G B5 0 0 1 1 - - 2 0 0 1 ．北京中国建筑工业出版社，2 0 0 1 ． [ 3 ] 国家标准．砌体结构设计规范G B5 0 0 0 3 - - 2 0 0 1 ．北京中国建筑工业出版社，2 0 0 1 ． [ 4 ] 国家标准．民用建筑可靠性鉴定标准G B5 0 2 9 2 - - 1 9 9 9 ．北京中国建筑工业出版社，1 9 9 9 ． [ 5 ] 国家标准．建筑抗震鉴定标准G B5 0 0 2 3 - - 9 5 ．北京中国建筑工业出版社，1 9 9 5 ． 5.12汶川地震中民用房屋的震害分析与维修建议5.12汶川地震中民用房屋的震害分析与维修建议 作者王凤来， 翟长海， 支旭东， 全晓霞， 梅久斌， 谭强 作者单位王凤来,翟长海,支旭东哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨 150090， 全晓霞,梅久斌 ,谭强哈尔滨市房产住宅局,哈尔滨 150010 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 杨晓波.吴阳.吴季柏.张瑜中 汶川地震底层框架砖房震害分析及底部侧移刚度控制[期刊论文]-工程与建设 2010,242 2. 方陵生 与地震共存[期刊论文]-大自然探索20087 3. 贾彬.王文一.王汝恒.姚勇.JIA Bin.WANG Wen-yi.WANG Ru-heng.YAO Yong 绵阳地区建筑结构在汶川地震中的 震害特征与机理分析[期刊论文]-西南科技大学学报2009,241 4. 姜洪斌.翟希梅.王凤来 配筋混凝土小砌块剪力墙的设计应用[期刊论文]-低温建筑技术20031 5. 王凤来.张厚 黑龙江省发展墙用承重混凝土砌块的新进展[期刊论文]-建筑砌块与砌块建筑20111 6. 王凤来.唐岱新.潘景龙.WANG Feng-lai.TANG Dai-xin.PAN Jing-long 华安机械厂2112厂房结构可靠性鉴定及 加固[期刊论文]-哈尔滨建筑大学学报2000,332 7. 高剑平.潘景龙.王凤来.唐岱新 地震区加层房屋鉴定和设计标准探讨[期刊论文]-低温建筑技术20036 8. 王凤来.姜洪斌.唐岱新.潘景龙 砖混结构墙体托换的应用技术[会议论文]-2004 9. 王凤来.李新 配筋砌块砌体短肢剪力墙偏心受压性能的试验研究[会议论文]-2007 10. 江岱.周建峰.JIANG Dai.ZHOU Jianfeng 一块“砖“的重量汶川地震灾后重建学校规划建筑参考图集编后记 [期刊论文]-时代建筑20091 本文链接