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汶川地震中部分房屋結構震害原因分析

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]


    《汶川地震中部分房屋結構震害原因分析》
    報告人：呂西林
    特邀專家簡介：呂西林，同濟大學結構工程與防災研究所所長，教授，博士生導師。中國建筑學會建筑結構分會副理事長及抗震試驗技術專業委員會主任委員；土木工程防災國家重點實驗室學術委員會委員；中國地震學會理事及地震工程專業委員會副主任委員；全國超限高層建筑工程抗震審查專家委員會委員等。長期從事工程結構抗震及振動控制、高層建筑結構分析與設計理論、結構檢測與加固的新技術新方法、重大工程的安全監控等研究。
    呂西林：各位代表大家下午好，很高興參加這次會議，并且跟大家匯報一下我們在災區工作的一些情況，我的主要內容有下面四個方面，第一個是現場房屋震害評估及考察，第二是典型震害原因及初步分析，我們這里強調一下是初步分析，第三是對提高建筑物抗震防災能力的建議，第四是在防震工程中積極采用成熟的高新技術。
    第一是現場房屋震害評級及考察，所有的評估工作很簡單，一方面是什么房屋是不能用的，有危險的，不能進去的，還有一類是可以用的房子，讓大家臨時可以用，這只是應急評估，這是我們當時在現場的情況，我們去了以后，是在廣元市和青山縣的路上，這個路上不時有山體滑坡，這個是地震災區主要的一些縣城，這是縣城的分布圖，紅色的地方是我自己去過的地方，從這個地震發生到八月底我去過七次，累計工作時間一個多月，主要是三個任務，一個是房屋應急評估，還有一些政府部門邀請的再評估，第二是我們援建一個都江堰的小學，第三是我們同濟大學負責北川地震遺址公園的規劃策劃。這個是國家地震現場應急工作隊公布的第二套和最終的圖，上午謝老師也公布了這個圖，大體的內容差不多，這次地震有兩個重災區，一個是映秀，還有是北川縣城為中心的地區。
    第二個是典型震害原因及初步分析，我們結合我們看到的情況進行一個歸納，第一是地震烈度極大是這次地震災害的主要原因，這次地震有十個極重災區，這些災區震前的設防烈度為七度，這次的烈度達到了八到十一度，這個是大家公認的。
    這個是北川縣城震后一角，北川縣城已經被鐵絲網圍起來了，這些照片看到，有的房子還是可以用的，這個是新城區，這個是老城區，實際上這些房子到里面看的話，就比較慘了，有的已經破壞的非常嚴重了，這個是辦公樓兩層都倒塌了，上面還可以用，這個房子中有些人還是可以逃出來的，這個是滾石砸向房屋，這個是山體滑坡引起的，還有一些更慘的照片，第二個是未設防的舊房屋倒塌和破壞嚴重，但是按照國家規范和標準正常設計施工和正常使用的房屋都具有很好的抗震能力，這個是青川縣城，是5月18號我們拍的，這個是沒有設防的房屋，這個是新規范的房屋，對比非常明顯，這是一些老房子和新房子的對比，這是一個青川縣城的一個2001年按照規范設計和建筑的，他也沒有什么大的破壞，這是在青川縣城里面的小學建筑，沒有一個校舍倒塌，基本沒有大的破壞，也是按照新規范設計的，另外是青川中學，也是沒有任何大的破壞，只是一些小的裂縫。第三各體會是違章建筑盡顯原形，破壞嚴重，首先是盲目加層的，造成嚴重珍奇甚至倒塌，第二是屋頂違章搭建，破壞甚至局部倒塌，還有一些違章建筑我們后面可以用一些照片看到。這個是陽臺沒有按照規定封閉，這是一個居民樓，這個陽臺的封閉得不好，所以破壞的很嚴重，這是青川的一個破門開店的，是對結構進行了破壞。第四，屋面突出物破壞已經嚴重，甚至倒塌，稅務大樓屋頂突出物嚴重開裂破壞，這是規劃與建設局辦公大樓，屋頂上有兩個屋頂，全部壓在了一起，這個樓下面也是可以使用的，但是他們不敢用，這個影響是很大的，這是安縣縣城，一個五層的結構，屋頂上的樓梯間倒塌了，這是廣元市人民醫院的局部也倒塌了，這是樓梯間的構造柱和墻體沒有連接引起了破壞。這是青川縣有一個商務酒店，這個結果是比較好的，基本下面沒有任何大的結構性的裂縫，但是屋頂上的基本已經斷裂了，這是青川縣抗震救災辦公樓屋頂突出物的倒塌，第五個體會是建筑結構平面和里面不規則的建筑物珍奇比較嚴重，比如這個樓有凹進和突出，破壞比較嚴重，這是L形的平面，也有了破壞，我建議以后地震區最好不用面磚，沒有任何用處，只是好看而已。這是青川縣城的一個里面收進的建筑，我們其實是有限制的，但是大家沒有很好的認識到，這次地震就看出來了，造成 了局部倒塌，這是江油市，他們城市里面的房屋沒有多大的破壞，主要是在江油市市區到鄉鎮的公路上破壞比較厲害。這個是都江堰按照新規范設計的，但是他沒有設防震縫，所以屋頂上這個地方是現澆的屋面，這個對主體結構影響不是很大，但是主要是影響居民的心理，這個是在青川縣城有一個房屋防震縫沒有起作用，這樣的斜裂縫最起碼兩公分以上，這些面磚根本沒有作用，沒有任何價值。有一個要說明的，非常有意思的有價值的，是北川縣有一個下崗職工宿舍是六層鋼體結構，有構造柱和圈梁，但是這個建筑裂而不倒，這是墻體破壞的情況，后面還有一個照片說明，當時和這個房子在一起的有一個牌樓，這個牌樓傾斜到五十公分也沒有倒掉。旁邊也一些兩三層的別墅都是大開間都倒掉了。這個是德陽市的老舊砌體房屋基本完好，特點就是開間小，墻體多，實心墻質量好，這些房子基本沒有裂縫，第七個體會是不同借給構件之間的連接，框架結構中的填充墻震害特別嚴重，倒塌也很普遍。這都是一些填充墻的破壞，這是填充墻引起的破壞。這是都江堰煙草公司的大樓，這個實際上設計的時候是考慮比較周到的，因為這里開間大一點，他設置了一個構造柱，試圖把這個墻分的小一點，但是這個地震太大，所以這個也倒掉了，這是華峰大廈，也有局部倒塌的情況，這是都江堰的公安局大樓，這也是按照新規范設計的，主體建筑基本完好，但是剪力墻有開裂，我覺得這個開裂是正常的，這是什邡市人民醫院，主體結構基本沒有破壞，主要是填充墻嚴重開裂，框架基本完好。這樣的破壞盡管對主體結構影響不是很大，但是影響還是發生的，把病人放在這里心理上是不安全的。第八個體會是地震中再現了強柱弱梁，裂而不倒的設計理念，也發現了很多強梁弱柱的破壞，大家可以看到，這個說明如果設計的話，會出現強柱弱梁的情況的。這是一個臨街的建筑，第九個體會是樓梯間的破壞很嚴重，也很特殊，一個特殊是他出現這樣水平的斷裂，還有一個是像刀子切的一樣，混凝土這樣的裂縫是很特殊的，大家后來認為可能是施工縫的影響，這些也是樓梯間的開裂情況。
    第三，對提高建筑物抗震防災能力的建議，第一是應合理確定結構抗震設防標準，使每一個結構都具有一定的抗震能力，第二，制訂好抗震防災規劃，第三，對邊緣誠信的技術人員普及抗震設計規范的基本原理和設計內容。第四，加強對執行設計規范、施工驗收規范的監督和管理，確保設計和施工質量。第五，適當提高大開間、大間房屋的抗震設防標準，主要應體現在抗震措施上，對重要構件要提高抗震安全等級，第六，抗震設防設計準的部分內容應該進行修改，這個不詳細說了。第七，對建筑結構體系不合理，抗震能力弱的學校建筑應及時進行抗震鑒定和加固，這個是學校的欄桿都倒掉了，這個是五十年代的一個房子，多了一批柱子，主體結果基本沒有壞，只是屋面上的瓦掉了，第八，對現有舊建筑進行抗震評估，根據評估結果分期分批進行抗震加固，需要繼續排列的工作有加固新技術研究和應約，新型加固材料和工藝技術研究，加固設計理論的基礎研究，加固技術標準的修訂，重點是公共建筑的抗震評估和加固，但對大面廣的居民住宅抗震加固也應引起高度重視，可能實施難度很大，可以結合舊區改造進行。
    這是這次修改以后的地震動態參數，這個我們從6月18號就公布了，大家可以下載看。
    第四個內容，在防震工作當成采用成熟的高新技術，我覺得在我們抗震減災工程中目前可以用的技術有基礎隔震技術，這個技術比較成熟，可以適用于新建工程和既有工程的加固改造，第二個是效能減震技術，也是比較成熟的技術，第三是主動或混合控制減震技術，這個在日本有比較多的工程實例，國內只有一個，而且做的非常成功。
    下面把國內各種效能減震技術的應用實例講一下，這個是北京火車站的抗震加固，這個是用的阻尼器，還有北京展覽館的抗震加固，這是中國建筑科學研究院設計的，這個是用阻尼器支撐的，這個是一個詳細的圖，這也是一個阻尼器，另外駭異我們發展了一個新型組合式效能減震體系的工程應用，這個有一個好處是橡膠支座起到一定的效能減震作用，這是上海化工研究院的十層鋼筋混凝土辦公大樓的抗震加固，是我們同濟大學設計的。這個也是一個比較重大的工程，是上海港匯廣場的商辦樓抗震加固，他本來是十層的結構，現在加到了18層，是全國面積最大的加固改建工程，用了88個阻尼器，兩個橡膠支座雙排的支撐，局部進行的加固，這個工程05年就完成了。還有一個新建工程中可以月的，比如我們土木大樓七層鋼框架結構采用了這個效能減震體系，是國內首次在全鋼結構建筑中應約的，這個工程也已經投入使用四年時間了，還有一個是上海國際賽車場的新聞中心和空中餐廳。還有一個工程是上海世茂國際廣場，是60層高的超高層建筑，主要的結構設計碰到的問題是裙房偏心特別嚴重，扭轉的層間位移很談滿足設計規范要求，初步設計的時候擬用鋼拉桿連接裙房和主樓，后來我們做振動前實驗的時候發現，小震可以，但是大震不行，不能滿足大震的設計要求，這是拍的一些照片，后來我們采用了阻尼器，采用了四十個阻尼器，如果用拉桿的話需要七十個拉桿，用阻尼器以后可以解決大震的問題，這也是04年結構完成，05年投入使用，這是國際上的使用阻尼器的規模最大的。還有一個位移型阻尼器的應用，這是一個加固的工程。這個是位移型阻尼支撐布置的示意圖，這是現場安裝的圖，這是阻尼器，這是06年12月份時候拍的照片，這個工程06年一個月就完成了，對工期沒有影響。還有一個新建工程是同濟大學百年校慶綜合樓，采用了油阻尼器支撐，這個用了56個阻尼器。
    最后做一個結語，首先我強調，宏觀上看地地震作用極大是這次地震中城市建筑破壞的主要原因，但每個建筑破壞的原因詳細分析還需要圖紙資料和地震動記錄，第二，為提高結構的抗震防災能力，應嚴格執行行政法規和技術標準，并體現在選址、規劃、設計、管理和使用等全過程，第三，采用成熟的高新技術可以顯著提高結構的防震減災能力，例如將效能減震技術應用于新建工程和加固改造工程，可以取得降低工程造價和提高結構放在能力的效果。
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