5.12汶川地震中多层房屋典型震害规律研究_图文

第34卷第11期
2008年11月

北京工业大学学报
JOURNAI。OF BEIJ ING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Vd.34

No.11

NOV.2008

5.12汶川地震中多层房屋典型震害规律研究
熊立红1.-,杜修力2,陆 鸣3,李立云2,温增平4,李鸿晶5,刘爱文4
(1.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080;2.北京工业大学建筑工程学院,北京100022; 3.中国地震局地壳应力研究所,北京100085;4.中国地震局地球物理研究所,北京100081; 5.南京工业大学土木工程学院,南京210009)

摘要:根据汶川地震房屋震害现场调查资料。总结了地震中多层房屋典型震害规律:砌体房屋主要为墙体发 生剪切破坏;对底框架房屋,刚度比不同,导致房屋不同部位发生破坏;砌体一木屋架房屋,屋面破坏严重;混凝 土框架房屋,破坏集中在填充墙以及混凝土柱头、柱脚;经过抗震设计的多层房屋震害明显轻于未经抗震设计的 房屋.对如何提高建筑的抗震性能提出了若干建议,为今后房屋建筑抗震积累了经验. 关键词:汶川地震;砌体房屋;底框架房屋;砌体一木屋架房屋;混凝土框架房屋;震害 中图分类号:TP
315.912

文献标识码:P

文章编号:0254—0037(2008)11—1166—07

唐山大地震造成的灾难世人难忘[1-5],2008—05—12T14:28,四川省汶川县发生了里氏8.0级地震,震 中位于汶川县映秀镇(纬度31.O。N,经度103.4。E),震源深度14 km.此次地震是唐山地震后我国境内发 生的破坏性最强、波及范围最广的一次地震.震区城镇建筑以多层建筑居多,按结构形式可以将其分为多 层砌体结构、底框架一砌体结构、砖木结构、钢筋混凝土框架结构.地震中大量的房屋破坏和倒塌.通过对   地震现场调查资料的归纳总结,本文分析了几类房屋的震害规律.

多层砖砌体房屋震害
震区城镇中的住宅、办公楼、教学楼、小型厂房、村镇住宅等多数采用多层砌体结构形式。这种结构在 地震区数量最多,震害最严重.地震区的房屋墙体厚度一般为240 mm,少数为180 mm或120 mm,楼(屋) 面大多为预制混凝土空心板,在20世纪90年代之前建造的房屋通常楼板未拉结,未设置构造柱,部分还 未设置圈梁.由于该类结构刚度大,抗震体系单薄,呈脆性破坏,主要表现为墙体破坏、楼梯间破坏和预制 楼板塌落. 1.1墙体震害 多层砖砌体房屋无论是承重横墙还是纵墙,在地震作用下一般为剪切破坏,多呈交叉形裂缝或斜裂 缝,它是墙体承受的平面水平地震剪力造成的.当墙体内产生的主拉应力大于其所承担的应力时,产生与 水平方向成45。角方向的剪切破坏,在往复地震作用下,形成交叉形裂缝. 1.1.1承重横墙震害 承重横墙墙体的破坏一般为剪切破坏,呈斜向或交叉形裂缝.平屋顶的多层砖房,如上层无大开间房 间,一般下层破坏严重,向上逐渐减轻,承重横墙裂缝多以交叉斜裂缝为主(如图1所示),有时也有水平裂 缝;如果上层砂浆强度过低,且有大房间时,则顶层破坏较重. 对坡屋顶或顶层有大开间房间时,由于上层空旷,横墙少,或由于屋顶采用木屋架,墙体无楼板约束 时,往往顶层破坏严重,如图2所示.
收稿日期:2008.09.12.

基金项目:国家自然科学基金项目资助(50678160);国家科技支撑计划项目资助(2006BACl3802—0304) 作者简介:熊立红(1964~),女。湖南醴陵人.副研究员.

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熊立红。等:5.12汶川地震中多层房屋典型震害规律研究

图1
Fig.I

承重横墙交叉斜裂缝破坏
damaged with
acr。ss

图2房屋顶层破坏严重
crack Fig.2 The serious damage of rooftop

Transverse wall is

1.1.2纵墙震害 1)外纵墙的剪切破坏 多层砌体房屋外纵墙多数发生剪切破坏,出现交叉裂缝或斜裂缝.典型震害如图3所示

 

图3外墙破坏情况
Fig.3 Shear damge of outside longitudinal wall

2)外纵墙外倾或塌落 当内外墙连接不牢、未设置圈梁及构造柱或者砌筑砂浆强度低时,结构的整体性差,在地震作用下,外 纵墙出现局部或整片外闪、塌落. 3)内纵墙破坏 内纵墙开有洞口时,洞口的直角部位在地震作用下产生应力集中,出现开裂.沿洞口的两上角呈现八 字或交叉裂缝;洞口分割的墙支出现斜向或交叉裂缝,以上破坏均为平面内破坏,如图4所示.

图4内纵墙破坏
Fig.4

Shear damage of inside longitudinal wall

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1.2楼梯间墙震害 由于没有楼板作空间横向分割并且支撑墙体,楼梯间墙的自由高度较大,竖向压力较小,特别是在顶 层,楼梯间墙达一层半高,因此顶层最易破坏.楼梯间墙有时还因为楼梯踏步嵌入墙体削弱了墙截面,造 成较重的震害.楼梯间设置在房屋端部时的破坏强于设置在中部.图5(a)所示为楼梯间墙破坏,图5(b) 为楼梯间倒塌.

图5楼梯间破坏情况
Fig.5 Damage of newel wall

1.3预制楼板震害

 

地震灾区中,多层砌体房屋楼(屋)盖大量采用了混凝土空心预制板.由于预制楼板与圈梁或墙体连 按照《建筑抗震设计规范)(GB50011--2001)【6]和<砌体结构设计规范>(GB50003--2001)17】设计的多

接不牢固、搭接长度不足,房屋缺乏整体性,导致楼、屋盖大量坍塌,如图6所示. 层砌体房屋,由于采取了构造柱和圈梁等合理的抗震构造措施,抗震能力得到有效提高,如图7所示,震害 明显轻于未采取抗震措施的房屋,可以实现“大震不倒”的设防目标.

图6预制楼板塌落
Fig.6 Precast floor slab slump

图7基本完好或轻微破坏的多层砌体房屋
Fig.7 sligth damaged multistory masonry building

2底框架一砌体房屋震害
2.1“2001规范”前建造的底框架一砌体房屋 2001年之前建造的底框结构形式多种多样,主要有底层框架、底层部分框架部分砌体一上部砖混、部 分框架部分砖混等。这些房屋有些按<建筑抗震设计规范>(GNll--89)[8’设计,还有些房屋属农民自建

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房,未采取相应的抗震设计.底框架砌体房屋是由抗震性能相差很大的两种结构所组成,为竖向不规则结 构,第2层(砌体层)与底层(框架层)的弹性刚度比是影响其抗震能力的重要因素[9|.在地震中,当第2层 与底层刚度比过大时,往往底框架部分变形集中而破坏甚至倒塌,如图8(a)所示;当第2层与底层刚度比 过小(一般小于1)时,第2层的砌体结构破坏,如图8(b)所示.

图8底框架房屋垮塌
Fig.8 Collapse of frame floor

框架层的震害与一般框架结构的震害相同,主要为混凝土柱头和柱脚破坏;砌体层破坏与多层砌体房 屋震害相同.如图9所示.

 

图9底框架房屋破坏类型
Fig.9

lhflage

of

nm8珊1rv

building with

frame

at

lower stories

2.2“2001规范”之后建造的底框架一砌体房屋 2001年之后按<建筑抗震设计规范>(GB50011—2001)【6】和《砌体结构设计规范>GB50003—2001【7】设 计的底框架房屋,由于在框架层合理地设置了钢筋混凝土剪力墙并控制了第2层与底层的刚度比(江油市

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建筑设计院在设计底框房屋时,通常将刚度比控制在2.0),因此,在这次地震中,底框架房屋抗震能力大 大提高,在8度区(江油市)~般为轻微破坏或基本完好,如图10所示.

图10按现行抗震设计规范设计的底框架砌体房屋
Fig.10

M锄onry building而th fnme

at

lower stofi∞designed

ac∞rding

∞de for seistIlic d器ign of buddings(GB 5001 1--2001)

3砌体一木屋架结构
 
砌体一木屋架结构具有取材方便、造价低廉的优点,多被村镇民居、简易厂房及仓库所采用.但是这种

结构的砌体墙和柱强度低;木屋架与墙体搭接无楼板约束,整体性差,在地震时产生屋面破坏或局部倒塌, 如图11所示.

图11木屋架房屋破坏

Fig.11吲lapse

of w00den tru鹞building

4钢筋混凝土框架结构
此次地震中,多数框架结构的主体结构震害较轻,破坏主要发生在填充墙和维护结构上(如图12(a) 所示),这是由于填充墙与框架柱连接不足造成的,比如缺少拉接筋或是拉接筋长度不够或拉接筋的间距 过大等.地震中,框架梁、柱的破坏表现为“强梁弱柱”式破坏,不是人们希望的“强柱弱梁”式破坏,其原因 在于:楼板的增强作用、框架梁上增加砌体或填充墙的增强作用等使框架梁或屋盖的实际刚度增大.框架 柱的震害特征主要是柱头和柱脚破坏,轻则表现为框架柱混凝土开裂、剥落,钢筋裸露;重则混凝土压酥, 纵向钢筋屈服,呈灯笼状.框架混凝土柱破坏的主要原因是:1)柱的纵筋数量不足或截面过小,地震时形 成纵筋屈服,形成塑性铰;2)柱上下端的箍筋直径过小或箍筋间距过大,箍筋不能约束纵筋,造成柱头、柱

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脚的纵筋呈灯笼状,此时混凝土也酥碎;3)混凝土强度不足;4)混凝土骨料过大,丧失握裹力等.图12(b)、 12(c)为框架柱破坏.震害中还有填充墙导致框架柱形成短柱而发生剪切破坏的例子,如图12(d)所示.

 

图12钢筋混凝土结构破坏
Fig.12 Damage of RC framed building

5结论和建议
1)经过抗震设计的多层房屋抗震能力明显高于未经抗震设计的多层房屋; 2)多层砌体结构的抗震性能需要严格的构造措施和施工质量给予保障.包括合理地设置钢筋混凝 土构造柱、圈梁,预制楼板的有效拉结和搁置长度,限制房屋的高度和层数,加强构造柱和承重墙的安全储 备等,以实现增强房屋的整体性和变形能力,提高房屋的抗震能力; 3)进一步加强多层砌体房屋与底框架砌体房屋在罕遇地震作用下的地震反应分析。为“大震不倒”的 抗震设防目标提供科学依据; 4)建议研究底框架房屋的合理刚度比、剪力墙的合理布置以及扭转效应等; 5)跳出传统“抗”震思想,发展土建化的、成本低的适用于砌体结构的隔震减震装置,以提高多层砌体 房屋的抗震能力; 6)研究框架结构与填充墙的连结等问题. 参考文献:
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DONG

Hui—juan。LI Xiao-jun。DU Man?qing.et a1.Strudy Oll-problems related
of Natural

to

earthquake disaster—caused psychological

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LU0

Zhuo-li.WANG Wei.jun.Discussions

on

seismic practice

precursor

complexity and synthetic decision of earthquake prediction, and

early warning and

prevention--Lessons

from

of

Tangshan,Hmcheng.Songpan

Lijiang

earthquake【J】.

Earthqake,2008,28(1):19—32.(in Chinese)

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Li.hong,DAVID
at

Xiong,wu Rui—feng,et a1.Shaking table

tests

and

dynamic analyses of masonry wall buildings

with frame-shear walls

lower stories[J].Earthquake Engineering and

Engineerign Vibration,2008,7(3):271—283.

Damage of

Multistory Buildings

During the

2008

Wenchuan

Earthquake
Zeng.pin94,LI Hong—jin95,LIU Ai.wen4

XIONG Li.hon91,2。DU Xiu—li2,LU Min93,LI

Li.yun2,WEN

(1.Imtimte of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration,Harbin 150080,China;2.College of Architecture and
Civd

Engineering。Bdjing

University of

Technology,Beijing 100022,China;3.Imtimte of Crustal nyi、amics,China
of Geophysi器,China Earthquake

Emhquake

Administration.Bdjing 100085,China;4.Institute

Administration,Bdjing 100081,

China;5.College of Ci、,il Engine商ng,Naniing University of Teehndogy,Na哂ing 210009,China) the field surveys in seismic regions after the

Abstract:Based

 

on

Wenchuan

Earthquake,damage features of analyzed in this
on

multistory

buildings of different kinds of the most commonly used were summarized and

paper.For masonry buildings,the walls were damaged because of shear.The buildings were damaged different positions because of the different stiffness ratios of masonry buildings with frame The roofing of masonry—timber were fastened
on at

lower stories.

roof

buildings was heavily damaged.For RC framed buildings,the damages

filler walls。column heads and column heels.It is obvious that the seismic casualty of the
to

aseismic designed buildings Was slighter than that of the undersigned buildings.Besides,in order the seismic performance buildings under strong earthquakes,suggestions Key
on

improve

future research were proposed. with frame
at

words:Wenchuan

earthquake;masonry building;masonry

building

lower

stories;

masonry—timber roof building;RC framed building;seismic damage

(责任编辑张士瑛)

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作者: 作者单位: 熊立红, 杜修力, 陆鸣, 李立云, 温增平, 李鸿晶, 刘爱文, XIONG Li-hong, DU Xiu-li, LU Ming, LI Li-yun, WEN Zeng-ping, LI Hong-jing, LIU Ai-wen 熊立红,XIONG Li-hong(中国地震局,工程力学研究所,哈尔滨,150080;北京工业大学,建筑工 程学院,北京,100022), 杜修力,李立云,DU Xiu-li,LI Li-yun(北京工业大学,建筑工程学 院,北京,100022), 陆鸣,LU Ming(中国地震局,地壳应力研究所,北京,100085), 温增平 ,刘爱文,WEN Zeng-ping,LIU Ai-wen(中国地震局,地球物理研究所,北京,100081), 李鸿晶 ,LI Hong-jing(南京工业大学,土木工程学院,南京,210009) 北京工业大学学报 JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2008,34(11) 6次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

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本文读者也读过(1条) 1. 李碧雄.邓建辉.王哲.LI Bi-xiong.DENG Jian-hui.WANG Zhe 5·12汶川地震底框砖房震害启示[期刊论文]-西 安建筑科技大学学报(自然科学版)2010,42(3)

引证文献(6条) 1.温增平.徐超.陆鸣.杜修力.李鸿晶.熊立红.刘爱文.李小军.周正华 汶川地震重灾区典型钢筋混凝土框架结构震 害现象[期刊论文]-北京工业大学学报 2009(6) 2.李刚.卢华 考虑填充墙影响的底层薄弱结构抗震性能分析[期刊论文]-大连理工大学学报 2009(5) 3.张玉稳.刘才玮.李保臣 结合汶川地震谈结构的抗震设计[期刊论文]-山东农业大学学报(自然科学版) 2010(3) 4.陈志军 汶川地震建筑震害及其对结构概念设计的启示[期刊论文]-山西建筑 2009(23) 5.王作虎.杜修力.邓宗才 不同加固方式对混凝土梁柱节点抗震性能的影响[期刊论文]-震灾防御技术 2010(1) 6.彭小波.李小军.刘启方.刘必灯 汶川地震中建筑震害衰减特征及抗震性能分析[期刊论文]-地震工程与工程振动 2011(3)

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