汶川地震都江堰城區建筑震害調查分析
（中冶建筑研究總院有限公司華東分院，上海 秦福華 金立贊 200433）
摘 要：通過對都江堰城區建筑震害現場的調查，分析了框架結構、砌體結構、底框-上部砌體結構、文物保護建筑等各種常見結構在汶川地震時的破壞形態、破壞原因，對防震縫、樓梯間、屋面突出小塔樓也給出了典型的震害實例，提出了設計和施工中存在的技術問題，為總結建筑結構抗震檢測經驗和教訓，提高設計和施工水平提供依據。關鍵詞：汶川地震；建筑物震害；調查與分析
中圖分類號： 文獻標識碼： 文章編號：
Investigation and Analysis of Building seismic damage in DuJiangYan After Wenchuan Earthquake
QIN Fu-hua1 Jin Lizan1
(1. East China Branch of Central Research Institute of Building & Construction, MCC group, Shanghai 200433)
Abstract: According to the investigation of building seismic damage in DuJiangYan, s everal kinds of ordinary structure’s destructive forms and reasons are analyzed. Providing typical seismic damage analysis about stair、tower、seismic joint. Bringing forward some technical questions in design and construction of concrete structure. It also gives a basis for improving seismic design and construction.
Key words: Wenchuan Earthquake；Building seismic damage；Investigation and Analysis
汶川大地震發生后，受中冶集團的指示，中冶建筑研究總院派出了專家組，對中冶在災區的企事業單位、工廠、學校、醫院等進行快速診斷，以應對災后安置和重建。專家組先后奔赴成都、江油、郫縣、都江堰、什邡、綿陽等地，對受災建（構）筑物進行快速檢測。2008年10月，作者再次去都江堰完成災后房屋檢測和加固方案設計，因都江堰城建規模大、歷史底蘊豐厚，地震引起的建筑物破壞形態典型，本文在這些震害調查的基礎上對該城市的民用建筑進行了震害分析，這不僅是災后恢復重建所急需，也為總結建筑結構抗震經驗和教訓，提供寶貴資料。
1 砌體結構
1.1墻體的破壞形態
墻體的破壞主要表現為：墻體抗剪承載力不足。凡與主震方向平行的墻體，在水平地震作用下，出現斜向交叉裂縫，當墻體的高寬比接近1時，由于地震的反復作用，則墻體呈現X形交叉裂縫，一般底層比上層嚴重，見圖1所示； 水平裂縫常見于縱墻窗間墻上下處，這是由于墻肢較窄（細高），在地震作用下受彎、剪雙重作用的緣故，水平房屋裂縫也常發生在樓（屋）蓋水平位置處，由于樓（屋）蓋與墻體錨固不牢，在地震作用下不能整體運動而相互錯位造成的；墻角開裂甚至局部倒塌是很常見的，由于墻角位于房屋盡端，房屋對它的約束作用相對較弱，同時地震對房屋的扭轉作用在墻角處也比較大，這就使得墻角處受力比較復雜，容易產生應力集中，即便是設置有構造柱，也發現了與構造柱一起破壞的情況，如圖 2、3所示。
很多情況下，各種形式的裂縫會同時存在，嚴重的則出現歪斜以至于倒塌現象；橫墻的破壞一般比縱墻輕。
圖1 窗間墻和窗下墻剪切裂縫 圖2帶構造柱的墻破壞
1.2構造柱和圈梁
大量的房屋沒有設置構造柱和圈梁（如圖3），這不僅降低了墻體的抗壓承載力，而且未能對砌體墻體形成約束，致使在地震作用下開裂、破碎、壓潰、傾覆、房屋倒塌，損失慘痛。部分已設置構造柱和圈梁的房屋，因其混凝土斷面偏小和配筋不足，沒有起到應有的作用，見圖2。
圖3墻角破壞 圖4 部分倒塌圖 5 框架結構震害 圖6框架柱腳壓酥
1.3預制空心樓板
預制空心樓板是此次地震后輿論焦點之一，從倒塌的房屋中可看到（圖4所示），絕大多數預制板樓面施工不按規范要求完成，在板與板之間、板與支撐結構（墻頂、圈梁等）之間未采取任何構造措施，導致樓蓋整體性很差，承載力大大降低。主要表現為：板拼縫之間填充不密實，甚至有垃圾；板拼縫太小、未放置細鋼筋，未用一定強度的細石混凝土填充；板端拉筋未深入墻內，而是被剪掉或向上彎折；后澆層與空心板面粘結很差，未起到共同作用的效果。有些預制空心板本身有構件質量問題，包括配筋、混凝土強度、截面尺寸和形狀等等。
2 框架結構
現澆鋼筋混凝土框架結構破壞基本特征是：震害多發生于柱端、梁端，梁身的震害較少、較輕，節點的震害也較輕；框架邊柱破壞程度比中柱嚴重，邊柱之中又以角柱的破壞最嚴重；就一根柱子而言，柱的上端震害往往重于下端，見圖5-10所示。
圖7框架邊柱剪壞 圖9 底層框架柱破壞 圖10 梁端剪切裂縫 圖8 框架柱塑性鉸
2.1強柱弱梁
大量的框架結構出現了柱先破壞的情況（圖8所示），即所謂的“強梁弱柱”，這與規范一再注重“強柱弱梁”的設計理念不相符。其主要原因是：整澆樓蓋發揮了卸載和抗力作用，相當一部分荷載通過樓板直接傳給了框架柱，而結構設計師在設計時都是假定荷載傳遞途經為板→梁→柱，這樣計算出來的框架梁的彎矩和實際有較大差別；地震作用下，樓板和梁是共同作用的，框架梁得到了增強，而框架柱是孤立的。
2.2填充墻及圍護墻
圖11填充墻破壞 12 圍護墻掉落 圖13 墻體剪切裂縫
填充墻在框架內的砌體，在框架梁附近部位出現水平裂縫，沿框架柱附近部位出現豎向裂縫，窗間墻則出現斜裂縫（或X形裂縫），嚴重的還會錯動、外傾或倒塌，見圖11-13所示。
維護墻的震害程度往往重于主體結，甚至發生圍護墻破壞后掉落或外閃現象，見圖12所示。
3 底層框架
圖14 底層框架壓酥 圖15 角柱柱頂塑性鉸 圖16 中柱彎剪破壞
底層為全框架的砌體結構，由于剛度的急劇變化，房屋的側移將集中發生在相對薄弱的底層，容易引起底層的嚴重破壞，從而危及整個房屋的安全,見圖14所示。
震害主要表現為：底層倒塌之后，地震作用被隔離，上部砌體結構整體往復運動減小，僅受到輕微到中度破壞。多數鋼筋混凝土框架柱，在上下兩端產生水平裂縫或局部壓碎崩落；少數鋼筋混凝土框架柱在支座處出現豎向裂縫；底層的震害表現為墻比柱嚴重、柱比梁嚴重；外墻轉角處出現交叉裂縫，嚴重時墻角塌落；在窗口上下出現水平裂縫，在窗間墻上出現交叉斜裂縫。見圖15-16所示。
4 文物及保護性建筑
圖17秦宴樓 圖18 基督教堂（仿古） 圖19 大成殿
文物保護建筑多為木結構和磚石結構，仿古建筑多數是混凝土結構，這次地震中破壞比較嚴重，有些建筑經維修后即可恢復原貌，但有的需拆除重建，損失是無法彌補的，圖17為秦宴樓，木結構，幾乎完全倒塌，需重建；圖18為基督教堂，仿古建筑，鋼筋混凝土結構，主樓結構基本完好，塔樓框架梁柱已屈服，需拆除重建；圖19為大成殿，木結構古建筑，主體損壞較輕，屋面和維護結構需大修。
5 幾個重要要問
5.1防震縫
防震縫兩側房屋相互碰撞的現象很多，對建筑結構造成一定的損壞，原因主要有兩點：一是由于受到建筑裝飾等的要求，設計預留的防震縫寬度不夠，不能滿足強烈地震發生時建筑物實際側移量，而造成相鄰單元間發生碰撞而產生震害; 二是構造處理不當，主體結構留了縫，但外裝修沒留縫，并采用了面磚、玻璃或鋁塑板等不可壓縮材料，碰撞后材料破碎、脫落，并傷及行人。圖 20左圖為底層商店上部為賓館的建筑防震縫處破壞狀況。
圖20 防震縫
現行規范是按照中震設計確定防震縫寬度，應適度提高防震縫寬度，需進行房屋損壞趨勢檢測并加強構造處理。
5.2 樓梯間
樓梯間是地震時的安全疏散通道，但由于其開間小、剛度大，吸收的地震能量多，墻體、梯板、休息平臺、樓梯梁均易發生破壞，甚至引起其他構件的破壞，影響了逃生的可靠性。圖22 為樓梯梁破壞狀況；甚至與樓梯梁相連的框架柱也會發生嚴重破壞，圖21為某賓館底層電梯間、與樓梯相關聯的框架柱破壞狀況。
樓梯間的梯板、休息平臺和樓層均不在一個水平面上，影響了結構的整體性，易造成轉換結構的破壞；同時，由于梯板這樣的斜向受力構件的存在，地震時起到很多作用，過去設計時一般不考慮，存在著不確定性，應引起足夠的重視。
圖21樓梯間框架柱及墻開裂狀況 圖22樓梯間梁破壞狀況
5.3 突出屋面
突出屋面的塔、樓梯間、電梯間、水箱、女兒墻、煙囪、鐵塔等，由于“鞭梢效應”，地震作用比下部主體大許多，致使其結構特別容易破壞。圖23、24 為某商務店酒屋頂鋼筋混凝土塔倒塌狀況，塔的首層混凝土柱端剪壓破壞，使塔傾斜并倒塌；圖25為教堂塔樓部分，混凝土邊柱已出現塑性較，梁已出現剪切破壞，而塔下面的主體框架結構基本沒有開裂
圖23 酒店突出屋面的小塔樓 圖24 小塔樓首層柱破壞 圖25 小塔樓破壞狀況
6 結論
汶川大地震中，都江堰實際烈度為8-9度，超出了設防烈度，大量房屋破壞和倒塌，傷亡慘重。通過對震害建筑的調查分析，發現幾乎所有受損嚴重的房屋都能在設計、施工和材料等方面找到明顯問題，如果能嚴格按照國家工程建設標準進行設計和施工，達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的“三水準”抗震設防要求，即便實際烈度超過設防烈度，可以做到“裂而不倒”，對生命財產的損失就不會如此慘重；對過去未達到設防要求的房屋沒有進行全面房屋加固改造，也是導致大量房屋倒塌的重要原因。
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