地震后震区农村建筑物震害分析和对策

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汶川大地震发生于2008-05-12,北京时间14时28分04秒,震中位于中国四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内。根据中国地震局的数据,此次地震的面波震级为8.0Ms,矩震级达到了8.3Mw,破坏地区超过10-104km2,震中亦位于汶川县境内,东经103.279°,北纬31.099°,震源深度为19km,地震烈度达到11度,地震造成了大量的人员伤亡与财产损失,是新中国成立以来破坏力及波及范围最大的一次地震灾害,裂度和规模均超过唐山大地震。尤其是农村建筑物在这么大的地震灾害面前更加暴露了其弱点。本文结合地震中的实例照片,从几种农村常见建筑物对震害进行简单分析,并提出一些简单的对策。为提高农村建筑物的抗震效果提供一些参考。1 农村各类房屋建筑震害特征1.1 砖木结构房屋当地砖木结构建筑主要为穿斗木构架砖墙房屋,为由木构架承重的坡瓦屋顶居多,开间(多为三开间)的单层(双层)结构形式,还有在三开间的两边各加一间房子,成双L型,俗称明三暗五(表面看是三间房子,其实是五间)。穿斗木构架的竖向木架柱和水平向木梁之间采用榫接,形成了整体受力体系,而且其木榫结点在水平地震力作用下变形大,水平方向构件的延性大,自身又是一个耗能构件,因此这类结构抵抗地震作用的能力较强[1]。据南江县委有关负责人介绍,在调查核实灾情的时候,发现凡是穿斗木结构的房屋均经受了强地震的考验,由于灾区森林资源十分丰富,所以修建穿斗木结构房屋可就地取材。根据相关资料穿斗木结构的房屋每平方米造价少于300元,比钢筋混凝土房屋造价每平方米减少近500元。所以穿斗木结构的房屋既安全,经济又环保。但是由于农村房屋大多没有设计图纸,全是根据工人师傅的经验来进行整体设计和经验施工,造成了砖木结构建筑的以下几个缺点,这些在地震力面前表现了出来。(1)建筑设计应符合抗震概念设计的要求,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性[2],但是农村的房屋大多采用双L型(或是L型),因质心与刚心不重合,远离刚心的构件,由于侧移量很大,所分担的水平地震剪力就大,容易出现如图1所示破坏。图1 L形房子两个方向裂缝(2)突出部分与主体结构没有采用任何拉接措施,所以产生图2的破坏形式。图2 纵墙角部出现纵横墙脱离的裂缝(3)梁、柱、檩等构件连接不牢固导致的木骨架破坏,在地震荷载作用下,构架节点的受力比较复杂,榫接节点的榫头容易松动和脱落,易造成木构架的倾斜和倒塌,再加上屋顶自重大,所以造成如图3~图4的破坏形式。图3 瓦片由于地震的作用掉落图4 散开的椽,横墙出现斜裂缝1.2 木结构房屋木结构房屋本身具有很好的韧性,能够产生较大的位移而不破坏,且木结构的箱式结构将力均分,自身结构轻,又有很强的弹性回复性,对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力,所以在大地震中吸收的地震力小,在基础发生位移时可由自身的弹性复位而不至于发生倒塌,所以木结构房屋具有较好的抗震性能,但是由于农村经济条件落后,很少进行木结构方面的正规设计,施工也不可能严格按照要求,另外加上木结构造价较高,维护费用高,其大面积的推广运用很有困难。如图5所示。图5 抗震性能较好的木结构房屋1.3 砖混结构大多为住宅楼,一般3~6层。由于砖混结构的用料是脆性材料,抗剪承载力不足,塑性变形能力差,延性小,所以容易产生裂缝。产生裂缝的类型:主要有X形、水平和竖向三种类型。1.3.1 X形裂缝墙体在竖向压力和反复水平剪力作用下产生的裂缝。常出现X形裂缝的位置:与主震方向平行的墙体;在横向,房屋两端的山墙;在纵向,窗间墙。如图6所示。图6 砖混的学生宿舍楼1.3.2 水平裂缝大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。如图7所示。当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出现平面受弯产生水平裂缝。图7 纵墙窗口上下皮处水平裂缝1.3.3 竖向裂缝大都发生于纵横墙交接处或变化较大的两部分体系的交接处。如图8所示。图8 纵横墙交接处的竖向裂缝1.4 钢筋混凝土框架结构近些年来建设的框架结构房屋在这次地震中多数基本完好,表现出了较好的抗震性能。但是也出现了填充墙与框架梁结合处的裂缝以及填充墙的X形裂缝。如图9所示。图9 汉旺某框架结构填充墙X形裂缝破坏暴露出的主要问题就是农村县城的抗震概念设计出现偏差,对于强柱弱梁(使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求,用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下柱子的倒塌)的概念没有认识好,对柱子(以及构造柱)的重视程度不够[3]。一般会有一种误解,梁做的越大越好,在梁的设计和施工上投入了大量的财力和物力,但是对柱子的作用以及柱子和梁的地位关系(强柱弱梁)没有搞清楚,这是很危险的,见图10、图11的破坏形式。这种现象大量存在。图10 顶层通窗结构无构造柱图11 有圈梁,无构造柱一样倒塌如果一味追求梁的强大,对柱子认识不完整,会产生如下图12、图13的破坏形式。图12 柱子屈服,但是梁完好图13 聚源中学,梁直接压在桌子上2 由房屋建筑破坏得到的经验2.1 加强对农村地区房屋建筑的抗震指导[4]针对穿斗木屋架房屋建筑有以下几点建议:(1)L型建筑突出部分与主体结构应采用拉接措施。如用拉接钢筋。(2)梁、柱、檩等构件连接应牢固。使用钢构件进行连接。(3)墙体建筑材料应尽量采用轻质材料。如就地取材使用木材。(4)减轻屋顶自重。穿斗木构架结构的坡屋顶可以使用资料上记载的如下做法:用对开细竹条密编的篾笆,铺在椽子上,并用篾皮缚紧。瓦衣上面,填苫背泥,厚约5cm~6cm,再铺上瓦片,板瓦边缘与苫背泥之间的空隙,用石灰填实。(5)应该尽量就地取材,采用当地材料,如竹子等木材,房子的设计应该和自然环境融合到一块,这样可以做到环保,和谐。2.2 对多道抗震防线逐步消耗的认识震区地震频发,对于中震可修的建筑,虽然从表面上看加固后还可以使用,但是建筑物的第一道抗震防线已经消耗掉,对于地震频发的灾区建筑物,当地震再次降临时,这样的建筑物会轰然倒塌,所以对于中震可修的建筑,不采用加固的策略这一点从长远来看,是符合建筑安全与经济要求的。3 结 语农村,特别是在灾区的广大农村,木构架结构有很多优点:首先,承重与围护结构分工协作,并且屋顶由木构架承担,外墙隔热防寒,内墙分割室内空间,墙不承重。其次,有利于防震、抗震,构架的结构所用斗拱和榫卯有很好的伸缩和延性,地震时会达到墙倒屋不塌的抗震效果,所以应大力推广木构架结构的房屋。