震损结构损伤鉴定

震损结构损伤鉴定
摘要：我国是一个地震灾害极其严重和频繁的国家，像汶川8.0级特大地震、攀枝花 6.1级和云南盈江5.8级中强地震均造成大量建筑物破坏和倒塌，加上由地震引起的火灾、岩石流等次生灾害，造成大量经济损失，对社会也产生了很大影响，因此，震后震损的鉴定工作非常重要。

关键词：地震灾害，鉴定
Abstract: China is country where earthquakes occur frequently. A large number of buildings destroyed and collapsed by secondary hazards, such as fires and slurry flows etc due to earthquakes, resulting in great, and impact on society. Therefore, it is very important to evaluate the damaged houses after an earthquake.
Key words: seismic hazard; identification technology
地震是人类面临的最严重的自然灾害之一，其发生突然、破坏力巨大，可瞬间将一座繁华城市变成废墟，造成巨大的人员伤亡和经济损失。

由于至今不能对地震进行精确预报，所以从结构加固的角度保证建筑在地震中不会倒塌或者地震损伤后可以继续使用，是各国工程人员关注的焦点。

以2008年的汶川地震为例，据有关部门统计，震后城镇住房受损面积达到1. 35亿m2，其中倒塌1888万m2、严重破坏5837万m2、一般破坏5807万m2。

经过现场检测评估，大多数建筑受到中等及严重破坏并没有倒塌，基本达到了规范中要求的“小震不坏、中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标。

对地震后结构的损伤进行鉴定，可以判定震后建筑结构是否可以经过适当的维修加固继续使用。

对有效利用资源，减少地震造成的损失有重要意思。

以下结合2008年汶川地震对不同结构造成的损失进行介绍。

1 地震对不同建筑结构造成的损坏
1.1 砌体结构
旧砌体房屋一般破坏非常严重，大多旧砌体房屋只在4角处设置了构造柱，圈梁一般在底层和顶层设置一道。

主要震损特征是底层、二层的纵横墙体以及楼梯间墙体破坏非常严重，如图1所示。

个别出屋面的楼梯间整体坍塌，如图2所示。

多数楼梯间休息平台板开裂。

总体下部结构破坏较上部严重，结构突变处破坏很严重。

破坏原因主要是结构整体性措施不到位，墙体抗震承载力不足。

新建的砌体房屋由于圈梁、构造柱等布置比较合理，震损情况一般明显比旧砌体房屋程度轻。

但由于基本原设防标准为7度，而实际地震烈度多数场地超过9度，导致结构抗震承载力不足，结构出现明显震损。

1.2 框架结构
混凝土框架结构的抗震性能较好，一般主体框架结构基本完整，但填充墙破坏非常严重，少数框架梁柱节点处震损，总体破坏情况下部较上部严重，但住宅中混凝上框架结构比重较小，不足1%。

1.3. 底框砌体结构
底框砌体结构震害也随建设年代有明显差别。

最近几年新建的底框砌体房屋一般抗震墙出现严重开裂、主体底框柱顶处出现不同程度震损，但底框仍能保持较好的结构整体性，上部砌体破坏一般较轻，主要破坏原因是遭受到的实际地震作用明显超过了设计水平。

其他情况的底框房屋一般底层抗震墙很少，远远达不到现行规范要求，底层框架和上部砌体结构间刚度突变严重，主要震害集中在底框部分，不仅抗震墙严重开裂，如图3所示，多数框架柱柱顶也出现明显震损，有的甚至完全破坏，如图4所示。

主要破坏原因是底层抗震墙过少，上下刚度突变，导致变形集中在底层，底框起到部分层间隔震的作用，自身破坏严重，但减轻了上部砌体结构破坏。

1.4 局部底框砌体结构
这种结构俗称为“家带店”体系。

底层临街部分是平面框架，用来开店，背街部分则是砌体，上部是砌体结构住宅。

这种体系震损特点是背街底层砌体破坏严重，临街框架及上部砌体破坏轻微，如图5、6所示。

破坏原因主要是结构体系存在缺陷，底层纵向刚度中心明显偏离质量中心，造成刚度较大的后纵墙严重破坏，扭转造成砌体破坏加剧、山墙外闪。

这类体系还有多种变化，情况复杂，总体震害现象类似，震损程度虽有差别，但一般均较重。

此类结构由于结构体系存在问题，加固难度较大。

1.5 钢结构的震害
钢结构的震害主要有柱脚基础的破坏、梁柱节点连接的破坏、其他连接部位的破坏、大截面构件脆性断裂、采用薄壁截面构件建筑残余变形大、构件的破坏以及结构的整体倒塌等几种形式。

1.5.1 柱脚、基础的震害
主要表现为部分外露式柱脚混凝土破坏，锚固螺栓拔出或断裂。

震害的主要原因是由于大的倾覆力矩引起轴力变化，造成强度不足。

震害的主要原因是存在大的弯矩，加上焊缝金属冲击韧性低，焊缝存在缺陷，特别是下翼缘梁端现场焊缝中部，因腹板妨碍焊接和检查，出现不连续焊缝，梁翼缘端部全熔透坡口焊的衬板边缘形成人工缝，在弯矩作用下扩大，梁端焊缝通过孔边缘出现应力集中，引发裂缝，向平材扩展，造成节点部位强度不足。

裂缝主要出现在下翼缘，是因为梁上翼缘有楼板加强，且上翼缘焊缝无腹板妨碍施焊。

1.5.2 大截面钢柱脆性断裂
在多次地震中都出现过支撑与节点板连接的破坏或支撑与柱的连接的破坏、支撑杆件的整体失稳和局部失稳。

支撑是框架—支撑结构和工业厂房中最主要的抗侧力部分，一旦地震发生，它将首当其冲承受水平地震作用，在罕遇地震作用下，中心支撑构件会受到巨大的往复拉压作用，一般都会发生整体失稳现象，并进入塑性屈服状态。

采用螺栓连接的支撑破坏形式包括支撑截面削弱处的断裂、节点板端部剪切滑移破坏、以及支撑杆件螺孔间剪切滑移破坏。

1.5.3 大跨度钢结构的破坏
大跨度钢结构的震害包括屋架支撑的失稳、屋盖支座螺栓破坏、网架结构周边支承框架的杆件破坏、网架球节点连接破坏等。

当支撑构件的组成板件宽厚比较大时，往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象，进而引发低周疲劳和断裂破坏，这在以往的震害中并不少见。

试验研究表明，要防止板件在往复塑性应变作用下发生局部失稳，进而引发低周疲劳破坏，必须对支撑板件的宽厚比进行限制，且应比塑性设计的还要严格。

1.6 经综合分析，造成建筑物严重破坏的主要原因
1）地基不均匀沉降；2）设计不合理或未经设计；3）施工质量差，材料不合格或强度低；4）抗震缝设置不规范；5）震害累积效应；6）使用不当，造成荷载增加、材料强度降
低或承载力削弱等。

其中，设计方面缺陷主要表现在以下几个方面：（1）结构选型不合理。

多层砖砌体结构是灾区房屋的主要结构形式，这类建筑由于是由脆性材料的粘土砖和砂浆砌筑而成，其延性差，抗剪、抗拉强度低，对承受水平地震作用极为不利，因此，规范对其层数、层高、总高、高宽比等适用范围作了严格限制，对抗震横墙最大间距、局部尺寸限值、墙的高厚比、楼梯间布置、抗震构造措施等方面的要求也很明确，但在灾区很多的房屋设计采用了大开间、大窗洞，抗震墙数量少，平面布置过于空旷，使得承重墙分担荷载很不均匀，造成房屋质量重心与刚度中心难以重合，导致扭转效应和承重构件损坏。

也有的房屋，采用钢筋混凝土柱和砖墙混合承重，即局部框架的
“家带店”混合结构，或者同一幢楼的砖墙，有的部位用红砖，有的部位用砌块，这种房屋材料混乱、结构体系混乱，抗震整体性、协调性极差，因而震害最严重；鉴定中还发现有的是边施工边设计，设计随意性大或根本无设计（图纸和现场实物完全对应不上），在本次地震中，这类房屋震害复杂，鉴定难度大。

还有些房屋，采用了规范允许的底部框架—砌体抗震墙结构形式，但往往因为商业需要，底部抗震墙很少或抗震墙布置不均匀、不对称，一方面使得下部刚度偏小，上下刚度比大大超出了抗震规范的限值要求，导致底部框架变形大而相连过渡层因为刚度大、位移滞后，造成了严重破坏，当平面布置不当造成扭转时，震害更严重；另一方面，底层框架也因刚度不足或不均匀产生较大侧移和扭转，导致有限的抗震墙、凸凹部位、角柱和楼梯间破坏严重。

大量采用空心预制楼板是灾区的主要现状，甚至许多4.2~6.0m 的大开间也都采用预制板，虽然采用装配式楼屋面也是规范允许的，但许多房屋的设计中，往往将预制板全部沿某一个方向单向布置则属一个设计缺陷：对砌体结构而言，采用这种单纯的纵墙承重体系或横墙承重体系，导致房屋整体稳定性差，抗侧移刚度不足；对框架结构而言，因预制板单向布置，导致另一个方向的框架刚度很弱、侧向变形大，达不到双向刚架体系的框架概念设计要求，不利于抗震。

（2）独立基础间拉梁设置不当。

根据当地地质特点，框架结构大多采用柱下独立基础，基础埋深2~4m，一般将基础间拉梁设置在室内地坪标高处，但不是双向设置，而仅在上部有填充墙体的部位设置（该拉梁为拉弯构件），无墙的一侧往往无拉梁。

这种看似节约的做法不符合概念设计要求，拉梁的非双向设置，一方面造成了底层框架柱计算长度的“参差不齐”，以及因计算高度不一和变形协调不一致，使得在水平地震作用下产生柱底移位和附加应力；另一方面造成基础“游离”，结构整体性差，不利于结构抗震。

（3）建筑方案不尽合理。

房屋建筑方案有两大特点，一是平面布置的不规则，平面布置多数采用长宽比超限的条形及L 形、Y 形或T 形等不利于抗震的平面形式；竖向布置也不太连续，逐层内缩的情况较多，墙体不落地、不连续的情况也很多。

机关单位的住宅房屋，往往贪大求全，过分讲求大空间、大开间、大通窗，基本上都设置450~600mm 左右的局部错层，结果造成墙体数量少、局部窗间墙或承重外墙端部最小尺寸不满足要求、楼板水平刚度不连续，不利于抗震。

二是平面设计的简单重复和单一性，多数房屋的图纸均为相互套用，所以户型相似，缺陷和震害也雷同。

（4）抗震构造措施缺失。

构造措施缺失主要表现在：构造柱、圈梁设置不符合规范要求，比如构造柱稀少，圈梁未贯通成环，也有的房屋圈梁布置既不是楼板齐平，也不是直接与板底联结，而是与板底之间隔着2~3 皮红砖；圈梁、构造柱钢筋最小直径、配筋率不符合规范要求；箍筋最小直径、加密区间距与长度、箍筋弯钩长度不符合规范要求；阳台、女儿墙、垃圾道、烟道等非结构构件与主体的构造拉结措施不到位；围墙因高厚比超规范要求、拉结缺失无圈梁与压顶，发生倒塌伤人。

大量采用预制板，却没有设置堵头和进行必要的拉结，楼面整浇层鲜有合格的，要么没有，要么偏厚且与预制板结合不好，白白增加了荷载。

有的
房屋预制板搁置长度不够，在地震作用下很容易导致坍塌。

抗震缝设置不规范。

在灾区鉴定过程中，未发现一例符合规范要求的抗震缝，多数为沉降缝、温度变形缝，因为缝宽设计很小，通常只有50mm，而且大多因立面美观和方便通行，采用了钢板或饰材封闭，缝内塞满了建筑垃圾，变形缝形同虚设，起不到应有作用，缝两侧墙体碰坏以后修复难度很大，还不如不设（所以建筑平立剖面应尽量规则，尽量避免设置抗震缝，非设不可时，则应保证缝的宽度或专门设置抗震墙）。

（5）对楼梯间的作用和设置重视度不够楼（电）梯间因平面开洞后刚度不连续，属于平面薄弱位置。

部分砌体结构房屋，往往将楼梯间设置在房屋的尽端和转角部位，扭转效应非常明显；有的将楼梯作为左右两幢楼之间的连廊使用，但无特殊联结加强措施，楼梯与两侧主体弱连接，整体性很差，最容易导致楼梯在地震里作用下首先破坏。

20 世纪90 年代之前老旧房屋，大多采用无筋砖砌栏板，以及部分采用墙中悬挑式踏步楼梯，抗震性能较差。

转角处因剪扭效应易造成坍塌在纯框架和底框结构中，底层楼梯震害严重，往往沿楼梯板1/3~1/2 部位的施工缝或钢筋搭接面发生水平断裂，这可能有施工缝处置不当的原因，也可能因为与刚度较大的框架梁联结，局部刚度突变。

但是楼梯板作为斜向布置构件，对相连框架起到了侧向支撑作用，属于抗侧力构件（抗侧力构件为墙、柱和斜撑等），地震作用下承受了很大的拉力和剪力，沿施工缝等薄弱部位容易发生拉剪破坏。

但在设计楼梯板时设计人员往往重视不够，一般都只按受弯构件简单考虑竖向荷载，而对水平地震作用和竖向地震作用鲜有考虑，板面负筋未通长设置（长度为1/4 跨度），板侧也未设加强筋，震害表明框架结构楼梯是在中间段1/2 跨度范围出现直线状拉裂破坏，而梯板的配筋应该双层双向通长配置。

2 综合损伤指标的确定方法
2.1 现行规范对震损建筑破坏等级划分标准
本文为使研究工作与鉴定标准法规保持一致，采用了我国现有的鉴定法规对震损建筑破坏等级的划分标准《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》，将震损建筑划分的五个破坏等级及其状态进行了描述，见表1所列。

表1 震损建筑破坏等级
2.2 层间位移角损伤指标
横向变形 图7 塑性铰弯矩—曲率曲线 Fig.7 Moment-curvature curve of the plastic hinge
结构在变形过程的宏观表现包括结构的层间位移和顶点位移，确定目标位移是采用Pushover 分析进行钢筋混凝土框架结构抗震性能评估的关键，在确定目标位移后，便可将结构按选定的侧向加载模式推至目标位移，就可以对结构的弹塑性特性进行评估。

针对结构的位移限值，应根据不同的地震动水平和结构的使用功能进行取值，按照日前普遍的观点，针对两类结构的位移指标见表2所列。

表2 结构损伤层间位移角指标
Table 2 drift angle indicators in structural damage
结构类型
层间位移
小震
低于设防烈度烈度 0.5度中震
中震 大震
框架结构
1/500 1/300 1/150 1/50 性能水平 基本完好 轻微损坏 中等破坏 严重破坏 2. 3塑性铰损伤指标 结构的主要构件破坏情况从微观方面考虑，包括构件 的破坏程度(塑性铰发展程度)、数量与占该类构件的比例
以及塑性铰分布，通过对其进行统计分析来评估结构的损
伤程度。

对于钢筋混凝土框架结构，主要考虑框架梁、柱
的上述特征。

根据Pushover 分析的特点，在分析过程中定义了塑性 铰。

由塑性铰的定义，通过以下有五个控制点A-B-C-D-E
的曲线来实现，如图7所示。

其中，点IO 、LS 和CP 代
表塑性铰的能力水平，它们分别对应于直接使用、生命安 全和防止倒塌。

根据计算结果中塑性铰的开展程度，在一定程度上说明了该构件在实际地震荷载作用下的破坏程度。

2.4 塑性铰数量和比例
本文认为对于不同的性能水平，塑性铰的发展程度、数量和比例是不同的。

因此，本文采用以下规定用于评定结构的抗震性能，如表3所示。

表3 基于塑性铰性能水准的评估指标
Table 3 evaluation index based on the performance level of the plastic hinge
性能水准
评价指标 基本完好 在梁柱两类构件中，不含CP-C 型、和IO-PS 型，但梁或柱每一类构件含B-IO 型的楼层数均不多于)%/(
m m ，每
一楼层的B-IO 型含量不多于25%，且任一轴线上的B-IO 型含量不多于该轴线构件数的1/3
轻微损坏 在梁、柱两类构件中，可含有CP-C 和LS-CP 型，可含有IO-LS 型，但梁或柱每一类构件含IO-LS 型的楼层数不多于)%/(m m ，每一楼层的IO-LS 型含量不多于15%，且任一轴线上的IO-LS 型含量不多于该轴线构件数的1/3。

中等破坏 在梁、柱两类构件中，可含有LS-CP 型，但梁或柱每一类构件按含LS-CP 型的楼层数不多于)%/(
m m ，每一个楼层的LS-CP 型含量不多于5%，且任一轴线上的LS-CP 型含量不多于1个
严重破坏
在梁或柱两类构件中，LS-CP 型含量不多于1个 倒塌 结构构件大面积破坏，丧失承载力 注：表中m 为结构总层数
2.5 频率降低损伤指标
频率的降低通常反映结构整体刚度的下降，并在一定程度上反映结构整体受损的状态。

而频率又是结构动力特征中最容易测得的量，同时准确度也最高。

因此，通过频率降低
震前震后f f D /1-=来评价结构的健康状况容易实现，且具有很强的现实意义。

表4 频率降低损失指标
Table4 Frequency indicators of damage
损失指标
频率降低损失指标
0～0.1
0.1～0.25 0.25～0.4 ﹥0.4 性能水平 基本完好 轻微损坏 中等破坏 严重破坏或倒塌
以上所列各项即是结构子损伤指标，结构的综合损伤指标应当综合各个子损伤指标，然后选取最不利项作为结构的最终损伤指标。

3 房屋鉴定内容及分类
3.1 房屋的鉴定工作分三部内容，即安全性鉴定、抗震鉴定和危房鉴定。

在房屋鉴定前，应在充分了解房屋结构类型和受力情况的基础上选择合适的鉴定标准、鉴定规范进行鉴定，下面简要介绍二种鉴定工作及其鉴定内容。

3.1.1 安全性鉴定
应依据现行《民用建筑可靠性鉴定标准》等进行鉴定。

进行房屋鉴定时先分别按地基基础、上部结构和围护结构三个项目进行安全性评级，再在以上三项目评级的基础上评定给出安全性鉴定结论。

3.1.2 抗震鉴定
应依据现行《建筑抗震鉴定标准》和《建筑抗震设计规范》2008版进行鉴定，先根据房屋的建造年代及其后续使用年限，把要鉴定建筑分为A,B,C 类建筑，再按建筑结构类型和所划分的A,B,C 类建筑进行第一级鉴定和第二级鉴定，并对鉴定房屋整体的抗震性能是否满足要求做出评价。

3.1.3危房鉴定
应依据现行《危险房屋鉴定标准》进行鉴定，先把房屋分为地基基础、上部结构和围护结构二部分，分别计算其隶属度，再综合评定房屋的危房等级。

3.2房屋鉴定程序
房屋鉴定时应依次按下列程序进行:
（1） 受理委托：根据委托人的要求，确定房屋的鉴定内容和范围。

（2） 初始调查：包括图纸资料收集、现场考察和制定详细的鉴定大纲。

（3） 详细调查：包括房屋的符合性检查(结构布置、构件尺寸、配筋等与原始资料的符合性检查);使用条件调查(建筑功能、历次装修、加固、用途变更等情况调查);地基基础检查(场地类别、地基稳定性、地基变形的检查);材料性能检测(砖、砂浆、混凝上的强度检测等);承重结构检查(承重结构构件及其连接、支承、裂缝、变形等的检查);围护结构检查(围护结构的工作情况、其与主体的连接情况检查)等。

（4） 根据检测资料和现场调查情况进行房屋结构验算。

（5）房屋的安全性评级、危房评级和对房屋整体的抗震性能是否满足要求做出评价。

（6）处理意见:根据安全性鉴定结论、危房鉴定结论和抗震鉴定结论，给出综合结论和处理意见。

（7）出具房屋鉴定报告。

3. 3 砌体结构房屋抗震鉴定要点
（1）砌体结构房屋采用砖砌体承重，砖砌体的特点是抗压强度较高而抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度较低，其破坏是脆性的。

所以现场调查资料和材料检测的数据准确性就非常重要，从所鉴定的47栋砌体结构教学用房的材料性能检测数据来看，砖的强度等级均大于MU7. 5，能达到鉴定标准大于MU7. 5的要求;但现场检测的砂浆的强度一般均较低，90年代前的房屋砂浆强度一般都小于M1.0,90年代后的房屋砂浆强度一般都在M 2. 5左右，2001年以后的房屋砂浆强度一般都能达到M5.0。

（2）根据《建筑抗震鉴定标准》的规定，2001年以前的房屋基本属于A,B类建筑，应按现行《建筑抗震鉴定标准》规定的A,B类砌体建筑进行抗震鉴定;2001年以后的房屋属于C类建筑，应按现行《建筑抗震设计规范))2008版的要求进行砌体建筑抗震鉴定。

（3）攀枝花抗震设防烈度为7度，所鉴定的47栋砌体房屋层数为1～7层。

根据鉴定标准，房屋层数和高度限值A类建筑为7层(建筑高度22 m)和B类建筑为7层(建筑高度21 m)，房屋的层数和高度限值基本能满足标准要求。

但按《建筑工程抗震设防分类标准》的规定，中、小学用房应为乙类建筑，鉴定时:乙类建筑层数限值应减少1层且高度应降低3 m; 教学楼等大开间建筑属横墙较少建筑，层数限值应减少1层且高度应降低3 m; 教学楼等大开间建筑一般属各层横墙很少建筑，层数限值应再减少1层且高度应降低3 m;所以像教学楼等建筑总计要减3层，高度限值要降9m，即A类砌体房屋只能为4层(建筑高度13 m)和B类砌体房屋只能为4层(建筑高度12 m)，但部分鉴定的建筑层高为3～ 3. 3 m，加上室内外高差，4层时建筑高度约为13. 2 m，均超过A,B类砌体房屋的高度要求，如严格按鉴定标准的要求就必须再减1层。

但根据《建筑抗震加固技术规程》第5. 1. 3. 1条多层砌体房屋总高度超过规定而层数不超过规定限值时，应采取高于一般房屋的承载力且加强墙体约束的有效措施的规定，并且考虑到建筑的使用年限、经济性及学校的实际情况，一般房屋高度超过限值而层数未超过限值时建议进行加固后使用，但必须采取有效的加固方法和措施。

（4）根据此次鉴定情况，发现20世纪90年代前的建筑一般均未经正规设计院进行设计，且几乎都没有竣工图纸及验收资料，给鉴定工作带来一定的难度，对鉴定人员知识结构和对规范、鉴定标准的熟悉程度要求较高。

现场检测时要求鉴定人员逐层检查是否设置圈梁及其配筋情况、窗间墙尺寸、横墙最大间距、预制板的支承长度等，按鉴定标准的要求检查构造柱的设置情况及配筋，非结构构件的连接情况等。

3. 4框架结构房屋抗震鉴定要点
（1）框架结构房屋采用框架梁、框架柱和板承重，此次鉴定的房屋中2000年以前的建筑多数为框架梁、柱均为现浇，采用装配式楼屋盖;2000年以后的建筑均为全现浇框架结构。

根据《建筑抗震鉴定标准》的规定，2001年以前的框架结构房屋基本属于A,B类建筑，应按现行《建筑抗震鉴定标准》规定的A,B类框架结构房屋进行鉴定;2001年以后的房屋属于C类建筑，应按现行《建筑抗震设计规范》2008版要求进行框架结构房屋鉴定。