汶川地震砌体房屋破坏现象及分析

汶川地震砌体房屋破坏现象及分析

【摘要】近年来，我国先后出现了汶川、玉树等大地震，造成极震区80%~90%以上房屋建筑倒塌或严重破坏，其中砌体房屋震害严重，即使未倒塌也出现严重破坏不能继续使用，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。因此，砌体结构房屋抗震性能的好坏直接关系到人民群众生命和财产安全。当汶川大地震发生后，针对该地区砌体结构房屋的震后破坏现象进行广泛深入的调查，分析汶川地震后砌体结构房屋震害现象、砌体结构房屋的破坏类型和产生原因，探讨砌体房屋震害规律和影响砌体结构抗震性能的主要因素。

【关键词】汶川地震;砌体房屋;震害规律

1.砌体结构在汶川地震中的震害表现

全世界的地震灾害对建筑物的破坏性极大。我国是一个幅员辽阔，人口密集的国家，大多数乡镇农村仍然以砖石砌体结构房屋为主。2008年5月12日汶川地震约7万人死亡2万人失踪，一些建筑群或临街建筑成片倒塌。在都江堰市、绵竹县等高烈度区砌体结构震害也比较严重，部分房屋倒塌，多数严重破坏或中等破坏。

汶川地震灾害调查，砌体房屋的主要震害有墙体开裂、房屋整体倒塌、房屋局部倒塌几种情况。

根据汶川地震大量的震害调查结果，多层砌体房屋的主要震害可以归纳为墙体开裂、房屋局部倒塌、房屋整体倒塌。

1.1墙体开裂

地震作用后，砌体结构房屋中往往会出现大量的裂缝，但这些裂缝在较长时间内还不稳定，容易引发墙体破坏甚至倒塌。

砌体结构房屋中大多数墙体出现剪切破坏导致的裂缝。第一种类型是主拉应力引起的剪切破坏裂缝，是墙体在地震产生的剪力作用下，墙体内的主拉应力超过材料的抗拉强度，引起墙体损坏，其裂缝形态是在墙体的中部，即剪应力最大区域首先产生裂缝，向两端沿约45o方向发展，裂缝表现为中间宽、两头尖，存在向两端发展的趋势，裂缝初期一般不会发展到墙体边缘。这类裂缝一般是先在墙体上出现斜向或交叉斜裂缝，进而出现滑移、错位、破碎、散落，直至丧失承受竖向承载力而倒塌。

1.1.1墙体交叉斜裂缝：主要由于水平地震力墙体中引起的主拉应力超过墙体的抗拉强度所致。地震反复作用，即形成交叉斜裂缝。通常在建筑物横墙、山墙及纵墙的窗间墙出现这种裂缝。

1.1.2竖向裂缝：常发生在纵横墙交接处。是由于应力集中且受力复杂，致使墙体抗震成为薄弱环节。

1.1.3水平裂缝：常发生在纵向窗间墙的上、下截面处以及楼盖与墙体连接处。前者是由于地震作用引起窗间墙受弯以及受剪所致，而后者是由于楼盖与墙体锚固差，在地震作用下发生水平错动。

1.1.4窗间墙沉降斜裂缝：当砂土地基液化引起喷水冒砂时，地基就会出现不均匀沉降，从而导致窗间墙两侧出现约45°斜裂缝。

1.2房屋局部倒塌

1.2.1墙角倒塌：因为墙角位于房屋尽端，房屋整体对它的约束作用较弱，同时地震引起的扭转作用在墙角处影响较大，故房屋墙角构造与连接不可靠时易出现倒塌。

1.2.2纵墙倒塌：地震对房屋的作用可能来自任何方向，在双向地震作用下，纵横墙交接处受力复杂，应力集中严重。若因为设计不当或施工缺陷造成纵横墙连接不可靠，则易出现整片纵墙外山倒塌。

1.2.3楼梯间墙体倒塌：楼梯间墙体受楼板的约束作用减弱，空间刚度差，当地震烈度较高而构造与连接不可靠时，楼梯间易出现倒塌。

1.2.4变形缝两侧墙体倒塌：在地震中，由于变形缝宽度不足，缝两侧的墙体发生相互碰撞，从而导致房屋严重破坏或局部倒塌。

1.3房屋整体倒塌

砌体结构房屋的抗震能力一般相对较低，在历次大地震中震害都较严重．此次汶川地震多数受灾地区的设防烈度为6-7度，且部分地区较早前修筑的砌体结构和底部框架结构未进行抗震设防．而汶川地震中部分受灾地区的实际烈度超过了设防烈度较多，有的地区甚至达到了10度。在这次大地震中这类房屋的震害很严重。

在北川县城、汶川县漩口镇、映秀镇等极震区80%~90%以上倒塌或严重破坏，一些建筑群或临街建筑成片倒塌，未倒塌的破坏也相当严重而不能继续使用，如图1所示；这种情况主要表现为房屋转角部位局部崩落，或严重开裂；是由于墙体强度不足而倒塌或严重开裂破坏；坡顶瓦屋面的房屋塌顶或连同顶层一起倒塌；一些年代较久的老旧房屋震害更为严重。

图1震后映秀镇房屋倒塌严重

房屋整体倒塌主要有以下几种情况：

（1）底层先倒，上层随之倒塌：多发生在地震作用大，房屋整体性好，而底层墙体整体抗剪承载力不足且连接构造不可靠的情况下。

（2）中，上层先倒，砸塌底层：多发生在房屋整体性较差且连接构造不可靠，上层墙体抗剪承载力过于薄弱的情况下。

（3）上、下层同时倒塌：当地震作用很强，而墙体整体抗剪承载力很低且连接构造差时，多发生上下同时整体散碎坍塌。

（4）楼（层）面板整体塌落：多发生在采用预制楼（层）面层且圈梁和构造柱设置欠缺。房屋整体性差的情况下。

（5）施工质量差、连接构造不可靠亦导致房屋整体或局部倒塌。

2.砌体房屋震害规律分析

震害的发生是由外部条件（地震动）和内在因素（结构特征）两方面原因促成的。从地震动的角度考察，地震波包括有水平、垂直、扭转等方向的分量。因此，与水平地震力作用方向大体一致的墙体，会因为墙体的主拉应力强度达到限值而产生斜裂缝。由于地震力的反复作用，将形成交叉裂缝。而与水平地震力作用方向基本垂直的墙体，尤其是房屋的纵墙，则会因出平面的弯曲破坏造成大面积的墙体甩落。受垂直方向地震力的作用，墙体会因受拉出现水平裂缝。而在扭转地震力的作用下，房屋的端部、尤其是墙角处易于产生严重的震害。

从结构特征方面考察可以发现：在受力复杂、约束减弱、附属结构等部位，往往是震害易于发生的地方。

通过对汶川及其近年来地震后房屋建筑的破坏现象的调查分析，得出多层砌体房屋的震害规律如下：房屋的层数越多、高度越高，破坏越严重；不同烈度时的破坏部位变化不大，破坏程度有显著差别；墙体承载能力不足产生的X型裂缝或单向斜裂缝；内外墙交接处的破坏：7度时开始有破坏，8度时普遍和严重，9度时可能甩出；墙体转角部位应力集中容易产生破坏，尤其是房屋的四角，兼受扭转等复合应力，特别容易产生破坏，甚至引起倒塌；圈梁未设置或设置不当时，地震时随外墙倒塌而脱落；汶川地震中砌体结构中的构造柱发生压屈、剪切破坏。有效抑制了墙体开裂，防止结构的倒塌；木屋盖整体性差，地震时木屋架易塌落，顶层墙体破坏严重；预制空心板间如无可靠连接，楼屋盖整体性差，地震破坏严重；山墙开洞较多，削弱墙体强度，地震后破坏严重；楼梯间易发生破坏；屋面局部突出的破坏，如女儿墙偏高，无任何拉结措施，或拉结措施不当，地震时易开裂或闪落；结构体系、布局不合理易引起震害；体系不规则加重地震破坏。

3.结论

本文基于汶川地震砌体房屋的震害现象，结合砌体结构抗震基本理论，在设