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四川汶川地震的震害调查以及今后的课题1
崔正龙
辽宁工程技术大学土木建筑工程学院, 辽宁阜新 (123000)
摘 要:本文主要论述了四川汶川地震发生的起因、四川省各地区的设防烈度以及本次地震
的估计烈度、地震加速度等,介绍了成都、都江堰、绵竹、映秀等不同地震地区建筑物的震
害情况。调查结果发现,成都震害较轻,没有受到大地震的考验。都江堰、绵竹、映秀等地
区震害较严重,特别是 1990年以前兴建的预制楼板砖混结构房屋的震害特别严重,大部分
都属于濒临倒塌的危房。但 2000年以后兴建的房屋相比之下震害较轻,表明我国现行结构
抗震设计规范基本上能满足抗震设防的目的。
关键词:地震;烈度;地震加速度
1.引言
北京时间 2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分、四川汶川县(北纬 度、东京 度)发生
了震级为 的千年罕遇大地震。图 1 表示震源的位置。据 6 月 20 日的新华网报道,有 69180
人遇难、17398 人失踪。在这里对遇难者表示沉痛的哀悼的同时,也预祝四川汶川地区早日
重建家园。
本文对四川汶川地震进行震害调查,从建筑结构、构造措施、施工等方面分析震害的原
因以及今后留下的课题。目的是为了从地震中得到一些教训,能够更好地为今后应用到重建
家园的支援活动当中。
2.20 世纪在我国境内发生的主要地震
表 1 所示 20 世纪在我国境内发生的主要地震,图 2 所示地震的发生位置。
表 1 20 世纪在我国发生的主要地震
The main earthquakes which occurred in the 20th century China
1本课题得到校优秀青年资助项目(07A104)的资助。
No 年代 地震名 震级 遇难人数
① 海原地震 约24万
② 古浪地震 约4万
③ 昌马地震 约7万
④ 宜溪地震 约2万
⑤ 察隅地震 4000
⑥ 刑台地震 8064
⑦ 通海地震 15621
⑧ 海城地震 1328
⑨ 唐山地震
⑩ 澜沧地震 743
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图 2 20 世纪在我国发生的地震位置
Fig2 The position of the earthquake which occurred in the 20th century China
3.地震发生的主要原因、地震加速度以及地震烈度
发生这次汶川大地震的主要原因,是主断层在青藏高原和四川盆地交界处、也就是构成
龙门山断层带的三条断层(茂汶-汶川断层、北川-英秀断层、汉口-安县断层)中的两条(图
3 的黑线部分)断层移动了 300Km,导致了这次汶川大地震。图 3 表示主要三条断层。
图 3 四川地震的断层
Fig3 The dislocation of the Sichuan earthquake
图 4 四川地震台记录的地震波
Fig4 Seismic waves recorded on the Sichuan earthquake stand
・成都
北京・
沈阳・
新疆・
西藏 ・ 上海・
广州・
①
⑤
②* ⑥
⑦
③
⑨
⑪
④
⑩
⑧
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以下表示国家强震动数据中心[1]发表的主要地震加速度以及地震波。图 4 表示成都地震
台所记录的地震波的一例。
① 四川强震动台、最大加速度 gal
② 甘肃省震动台、最大加速度 173 gal
③ 四川江油台、 最大加速度 gal
四川省大部分地区的抗震设防烈度为 7 度,图 5 表示本次汶川地震的估计烈度。
图 5 汶川地震的估计烈度
Fig5 Anticipation seismic intensity of the Wenchuan earthquake
图 6 成都市内的高层住宅楼
Fig6 The high-rise apartment building in Chengdu
4.建筑物的震害概要
本次汶川地震所造成的建筑物的震害概况表示在图片 6-20。因笔者进入四川进行调查
时,震区附近已经被封锁,无法进行调查。因此、地震之后靠近震源附近的震害情况是根据
中国新华网[2]来获得一些图信息,在这里对新华网表示衷心的感谢。图片 6 表示地震后成都
市内的高层住宅搂,从图上可以看出,成都市内基本上没有发生建筑物的震害情况。因成都
市离震区大约 200Km,地震设防烈度是 7 度,本次地震的估计烈度也是 7 度。
66
66
77
88
77..55
77
1111
66
99
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图片 7 表示地震后的北川县,从图中可以看出大多数建筑物发生全倒塌、半倒塌严重倾
斜。图片 8 表示通往北川县的道路,由于地震后的断层错位,引发路面隆起 2m 左右。
图片 9 表示地震后的英秀中学校,窗间墙上出现了典型的“X 型”剪切破坏裂缝。图片
10 表示地震后的绵竹市内的小学校,一层的窗间墙上出现了“X 型”剪切破坏裂缝。
图 7 地震后的北川县 (出处:新华网)
Fig7 Beichuan Prefecture after an earthquake
图 8 通往北川县的道路 (出处:新华网)
Fig8 The road which goes to Beichuan Prefecture
图 9 地震后的映秀中学校
Fig9 The Yingxiu junior high school after an earthquake
图 10 地震后的绵竹市内的小学校
Fig10 The elementary school in Mianzhu after an earthquake
图 11 地震后部分倒塌的都江堰市内的住宅楼
Fig11 The residence in Dujiangyan which collapsed
after the earthquake
图 12 都江堰市内断层引起的道路的隆起
Fig12 Upheaval of the road which happened in
the dislocation in Dujiangyan
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图片 11 表示地震后部分倒塌的都江堰市内的住宅楼,图中可以看出地震时由于承重墙
的面外倒塌,导致预制楼板的整体垮塌。图片 12 表示都江堰市内的道路的情况。由于断层
滑移产生 5cm 的路面的隆起。
图片 13、图片 14 是都江堰市内的住宅搂,底层是框架结构,地震前供店铺使用。二层
以上是砖混结构,供居民居住使用。地震过所有窗户都被震碎,窗间墙不同程度地出现了斜
裂缝,拐角处二层楼搬已经整体垮塌下来,堵满了底层框架空间,已经无法满足正常使用功
能的要求。
图片 15、图片 16 是都江堰市内的住宅搂,都是六层砖混结构。图片 15 的住宅楼由于
地震时地基的不均匀沉降导致右半部分底层垮塌,已经严重损坏,濒临倒塌。图片 16 的住
宅楼原来是一栋楼,地震时由于发生地基不均匀沉降,中间薄落部分发生整体垮塌。
图 13 都江堰市内的住宅搂
Fig13 Collective housing in Dujiangyan
图 14 都江堰市内的住宅搂
Fig14 Collective housing in Dujiangyan
图 15 都江堰市内的住宅搂
Fig15 Collective housing in Dujiangyan
图 16 都江堰市内的住宅搂
Fig16 Collective housing in Dujiangyan
图 17 绵竹市内的小学
Fig17 The elementary school in Mianzhu
图 18 绵竹市内的小学
Fig18 The elementary school in Mianzhu
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图片 17、图片 18 是绵竹市的试验小学。从图片中可以看出三层教学楼底层的窗间墙产
生 X 型剪切裂缝。教室内墙上也产生了不同程度的裂缝。为了室内采光,加大了开窗面积,
导致了窗间墙产生了“短柱效应”。
图 19 是都江堰市内的新建住宅楼,从图片中可以看出几乎完好无损,完全可以满足正
常使用功能的要求。20 是施工中的新建住宅楼,从图片中也可以看出没有发生任何破损现
象,表明,用新规范建成的建筑物基本上能达到抗震设防的目的。
5.地震后结构破坏原因分析
砌体结构破坏原因分析
在这次地震中,砖混结构房屋占绝大多数,其中部分是二三十年前建造的。此次地震强
度大、震源浅、破坏力强,在重灾区,这类砖混房屋部分整体坍塌,部分处于不可修复的严
重破坏,成为危房,仅有部分房屋处于可修,或基本完好状态。
主要破坏特点
(1) 局部或整体倒塌
此次四川汶川地震中有不少房屋产生倒塌或是局部、整体破坏,导致完全丧失其使用功
能要求。
(2) 墙体的 X 型剪切裂缝
水平地震作用使墙体容易产生剪切破坏,墙体在竖向力和剪力的共同作用下,其主拉应力
超过墙体抗拉强度时,就产生斜裂缝,一般是墙体先出现斜向裂缝,随着反复的地震作用,变
成交叉裂缝,进而墙体相对滑移、错位、破碎、散落,直到完全丧失竖向承载能力而倒塌,通常
随着地震烈度的增加震害加重。本次地震中该类震害如图片 9、图片 10 所示。
(3) 墙体的整体面外倒塌
在本次地震中发生因承重墙体整体面外倒塌,导致预制楼板失去有效支撑,发生了房屋
整体垮塌的现象,如图片 11。
结构受损原因分析
(1) 竖向地震作用破坏较强,震源较浅
根据本次地震的现象,发生地震时,先是地面垂直晃动,然后是水平晃动。灾区房屋跳动得
很厉害,睡在床上的人感觉被抛起。说明发生了抛掷现象,竖向地震会对以竖向地震为主要地
图 19 都江堰市内的住宅搂
Fig19 Collective housing in Dujiangyan
图 20 都江堰市内的住宅搂
Fig20 Collective housing in Dujiangyan
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震荷载的结构物、地震敏感的结构物以及高耸结构产生破坏。
(2) 结构布置及构造的缺陷引起的震害
建筑结构布置上的弱点引起的震害,局部承重窗间砖柱、顶凸出部分易受破坏,不等高砖
房的高楼层震害较重,这是因为刚度变化与鞭梢效应的影响。
(3) 材料与施工的影响
砌筑不规范,砂浆饱满度不均匀,砂浆强度不够,接槎不牢,在转角处没有可靠的拉结措施。
应采取壁柱、拉结筋的地方没有采取相应的构造措施。有些房屋的施工质量较差,在地震中
显现出来。
框架结构破坏原因分析
框架柱的破坏
框架柱是框架结构的重要组成部分,地震作用下框架结构的整体安全性首先取决于柱,
只要柱端不出现塑性铰,框架结构就不会出现整体坍塌。本次四川汶川地震震害表明,底层
钢筋混凝土框架结构房屋的框架柱破坏较为严重,很多情况都无法进行加固修补。如图片
21、图片 22 就是典型的钢筋混凝土框架柱的破坏情况。
框架结构受损原因分析
在地震作用下柱的破坏主要分为弯曲破坏、剪切破坏和重力荷载破坏等,其中弯曲破坏
导致柱端抗弯强度下降,柱端混凝土开裂形成网状裂缝。震害调查表明,柱的破坏外在表现
形式多为剪切破坏。虽然结构抗震设计的主要原则是使整体结构强柱弱梁延性抗震,但是实
际结构承载能力向强梁弱柱方向发展,从而降低地震作用下框架结构的可靠性。
6.今后的课题
四川汶川地震给我们留下了很多课题,主要分为以下两种:关于建筑技术的课题;关于
市民防灾意识的课题。
关于建筑技术的课题
稍微加大一些设计用地震荷载,就能避免很多建筑物发生倒塌。设计用地震加速度的大
小是减轻地震灾害的最重要的因素,今后有必要重新考虑地震加速度的大小,必要时将对规
范进行修改。
图 21 钢筋混凝土框架柱的破坏情况
Fig21 The elementary school in Mianzhu
图 22 钢筋混凝土框架柱的破坏情况
Fig22 The elementary school in Mianzhu
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考虑到使用砖的砌体结构破坏较为严重,今后有必要对现行的砌体结构设计规范进行修
改。
钢筋混凝土框架结构破坏较少,但底层框架,二层以上是砖混结构房屋的震害较严重,
有必要加强对这些方面的构造措施。
这次地震中施工问题也比较突出,有必要对施工监理等方面进一步规范化。
关于市民防灾意识的课题
发生本次地震后,一方面调查各地方震害的同时,也对普通市民的防灾、减灾意识进行
了问卷调查,结果发现很多市民对地震的知识了解甚少。抗震性能良好的居住空间,不仅需
要建筑规范来保证,还需要普通市民的防灾意识的提高。因此,今后有必要需要通过各种方
法开展防灾、减灾普及教育。
7.结论
在本文其一中主要论述了本次四川汶川地震发生的起因以及发生地震后,从不同地震区
域简要介绍了建筑物的震害情况。调查结果发现,成都震害较轻,没有受到大地震的考验。
都江堰、绵竹、等地区震害较严重,特别是 1990 年以前兴建的预制楼板砖混结构房屋的震
害特别严重,大部分都属于濒临倒塌的危房。但 2000 年以后兴建的房屋震害较轻。表明我
国现行结构抗震设计规范基本上能满足抗震设防的目的。
参考文献
[1] 国家强震动数据中心.
[2] 新华网:
Damage Investigation of the Sichuan Wen chuan
Earthquake and a Future Subject
Cui Zhenglong
College of Civil and Architectural Engineering, Liaoning Technical University,
Liaoning, Fuxin (123000)
Abstract
In this paper mainly introduced about the anticipation seismic intensity of an earthquake, earthquake
acceleration, etc. The damage situation of the building of various seismic regions, such as
Chengdu,Dujiangyan,Mianzhu and Yingxiu, was introduced. As a result of investigation, damage of
Chengdu was light and it did not receive the trial of the big earthquake. The damage of areas, such as
Dujiangyan and Yingxiu, was heavy. In particular, the damage of the precast-floor-slab brick building
before 1990 was heavy. Most was a dangerous building in front of collapse. However, the damage of
the building after 2000 had light damage in comparison. This shows that the present antiearthquake
design standard of our country has satisfied the purpose of an antiearthquake design fundamentally.
Keywords: earthquake; intensity; earthquake acceleration
作者简介:崔正龙,男,1974 年生,吉林延吉人,工学博士,主要研究方向:再生混凝土
以及固体废弃物的综合利用研究。