探析房屋建筑的震害

2008年我国汶川发生特大地震,灾区房屋建筑基本可以分为农村民用建筑、砖混结构、钢筋混凝土框架结构,在这次地震中,不同的建筑形式的震害特点各不相同,分别就各种类型的房屋建筑作震害分析.

四川省汶川县于2008发生了特大地震.灾区的房屋建筑主要有以下几种类型：村镇居民建筑、砖混结构钢筋混凝土框架结构.下面就各种类型的房屋建筑作震害分析.

农村居民建筑

灾区的大批民用建筑倒塌,损失惨重.民用建筑主要有一下几种建筑形式：木结构,砖木结构,普通1～2层的砖混结构.此次地震中,抗震性能最好的就是纯木结构,由于木结构为柔性建筑,其抗震性能好,即使在高烈度的地震条件下仍能基本完好,震害较轻.对于砖木结构,此类房屋结构形式主要是“薄墙加木屋顶”,主要可分为斗木屋架、硬山搁檁,有些墙体是由灰缝少的砌块砌筑而成,房屋四周没有构造柱,施工质量差而坏或倒塌,从而导致结构破坏,这种结构根本不能承受大震作用.对于1～2层普通砖混结构,此类房屋大多采用普通砖混结构,房屋上下设有钢筋混凝土圈梁,并且四角上设置有构造柱.这种房屋震害较小,有的房屋基本保持完好.

砖混结构

该类结构大部分经过正规的设计和施工,对于设计和施工都没有质量问题的房屋在地震中都能做到“大震不倒”.但实际上还是有不少砖混结构倒塌,震害严重.这是由于不少房屋没有设置圈梁和构造柱,或者预制板的施工不符合要求.砖混结构的主要在底层,底层的窗间墙、门窗洞口开裂严重,呈斜向裂缝和“X”形裂缝.墙体在地震作用下水平通缝特征明显,承重墙斜向裂缝“X”形裂缝较多.

1.圈梁和构造柱的重要性

砌体材料本身是脆性材料,整体性很差,如果抗震措施没有做好,砌体结构是十分危险的,设置钢筋混凝土构造柱后,不仅可以提高墙体的抗剪能力,还可以明显提高结构的极限变形能力；圈梁可加强墙体间的连接以及墙体与楼盖间的连接,与构造柱一起,增强了房屋的整体性和空间刚度,还可以约束墙体,限制裂缝的开展,提高墙体的稳定性,减轻地基不均匀沉降的影响.但是在灾区仍存在很多不设构造梁、柱的砖混结构,大震作用下,出现整体倒塌,砖墙外墙角部无构造柱局部倒塌.而严格按照规范要求设置圈梁和构造柱,在本次大震作用下,虽然结构严重受损,但是墙体的裂缝被限制在构造柱圈梁所围成的钢筋混凝土网格内并没有倒塌.

2.预制板

在重灾区可以看到以下现象：房屋的一边墙飞了,好几层的现浇板贴在一起；预制板则在有墙的一边挂着.根本就无法救人.主要原因在于墙,墙在板在,墙飞板就悬着.墙体作为第一道防线应该有足够的承载力和稳定性,而作为第二道防线,预制板的整体性加强咎能够拉住墙体,防止墙体的倒塌,二者是相互关联的.但是在灾区可以发现,预制板拉开的板缝用建筑垃圾填塞,为了施工方便,将板端的“胡子箍”剪断或折起,并且钢筋的直径或数量不够,根本不能实现端部拉结[2].总之出现这种现象的根本原因在于：1）墙体自身的承载力不够；2）墙体的构造不符合要求；3）预制-装配式楼盖没有做好连接和拼装构造,整体性较差；4）采用冷加工钢筋的预制板延性差或者制作质量没有保证.

3.底层框架上部砖房

该类建筑头重脚轻,上部墙体无法落地,形成所谓的“鸡腿”结构,上下刚度突变,对于抗震十分不利.底柱软弱是引起倾倒、倒塌的根本原因.由于建筑形式是不对称的,受到扭转的作用,破坏较严重.地震后底框的表现形式各有不同,取决于底层框架刚度降低是否在允许范围内；还取决于钢筋是否合理,使底框有足够的抗剪能力和位移能力.有些底框柱头被压碎、钢筋屈曲,甚至倒塌,上部结构整体下坐；有些底层柱出现塑性铰,上部结构结构虽然完好,但由于倾斜严重,仍不能使用.

钢筋混凝土框架结构

在这次地震中,框架结构房屋震害较轻.下面从填充墙、楼梯、梁柱的破坏情况对框架结构房屋的破坏情况做具体分析.

1.填充墙

框架结构房屋的主要破坏就是填充墙的破坏,墙体中部大多出现“X”形裂缝或“八”字形裂缝.灾区的填充墙大多用空心砖或空心砌块砌筑的,少数采用多孔砖砌筑,砌筑质量以及与框架梁柱之间的拉接措施决定了填充墙的砌筑程度.部分填充墙与框架柱无拉接或拉接失效,致使填充墙外闪或或局部倒塌.由于框架变形属剪切型,下部层间位移大,填充墙震害呈现“下重上轻”的现象.

2.楼梯

地震发生时,楼梯作为逃生通道应该有足够的强度,能够起到疏散人群的作用,但在灾区可以发现很多楼梯有严重的破坏：大部分楼梯踏步板在1/3～1/2的颇为发生破坏；梯板在负筋截面处普遍破坏甚至断裂；梯梁破坏严重甚至倒塌；梯板的支撑作用引起框架结构的破坏；楼梯间墙体的倒塌.这些破坏现象表明楼梯与主体结构共同工作,充当着支撑角色,承受了地震产生较大的拉应力,致使梯板发生断裂破坏,梯梁发生剪切破坏.

3.梁、柱

“强柱弱梁”是框架柱抗震设计的原则之一,但在目前的工程中,梁的跨度越来越大,梁尺寸加大,梁端负筋配筋量大,实配钢筋一般也大于计算配筋,再加上楼板的约束作用提高了梁的实际承载力.此次地震中设计期望发生的“梁铰”基本没有出现,而柱端和节点的破坏严重,反而是出现“强梁弱柱”的现象.框架梁、柱的主要破坏特点是：（1）节点破坏严重,基本形成柱上下端成铰破坏,梁端（出个别梁外）大部分未破坏,呈强梁弱柱破坏形式；（2）框架大都是柱节点破坏,造成倾斜倒塌,杆件破坏往往出现在倒塌过程中,未达到强节点弱杆件抗震目标等.

结论

本文主要阐述了房屋建筑的震害情况,从农村民用建筑、砖混结构、钢筋混凝土框架结构三种结构类型进行分析,经比较发现,经过正规设计的框架结构在这次地震中房屋震害较轻.

（第一作者单位：开封大学土木工程建筑学院第二作者单位：开封市市政工程总公司）

作者简介：陈青萍（1986-）：女,汉族,开封大学土木建筑工程学院,硕士.主要从事结构工程方向的研究工作