岷县、漳县6.6级地震建筑灾害结构分析

发表时间:2016/1/18   来源:《工程建设标准化》2015年9月供稿   作者:刘晓丹1 王亚茹1 张硕2 魏艳旭1 杨柳1
[导读] 1.河北省地震局,河北,石家庄2.煤炭工业石家庄设计研究院,河北,石家庄 2013年7月22日7时45分甘肃岷县漳县交界(北纬34.5度,东经104.2度)发生6.6级地震,地震震源深度为20公里。

刘晓丹1  王亚茹1  张  硕2  魏艳旭1  杨  柳1
  (1.河北省地震局,河北,石家庄,0560021)
  (2.煤炭工业石家庄设计研究院,河北,石家庄,050051)
  Damage analysis of building structure in Minxian-Zhangxian Ms6.6 earthquake
  Liu xiao-dan1,Wang ya-ru1,Zhang shuo2,Wei yan-xu1,Yang liu1
  (1.Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021,China)
  (2. Shijiazhuang Design & Research Institute of Coal Industry, Shijiazhuang 050051,China)
  【摘  要】通过资料分析、实地考察等方法,分析了岷县漳县6.6级地震对当地建筑物造成的冲击。低下的经济水平制约了当地建筑抵御自然灾害的能力,以至于在发生地震时损失比较严重。本文分析总结了地震作用下不同的房屋结构的破坏形式,提高房屋对抗地震作用的能力,提出了合理的加固方案和对今后农村房屋建筑的合理的意见建议。
  【关键词】岷县漳县地震;灾害调查;房屋结构
  【Abstract】Analysis based on field research and survey shows that the damage of local buildings caused by the impact of Minxian-Zhangxian Ms6.6 earthquake. Less advanced economy of the area hence restricts the construction of houses which withstand natural disasters. In order to have the ability to fight against the earthquake, this paper analyzed the damage form of different housing structure under earthquake. Then we analyzed the reason that why the earthquake led to the different structure of housing disasters. Some suggestions to improve the seismic performance of residential buildings are provided.
  【Key words】Minxian-Zhangxian earthquake;damage investigation;structure
  引言
  2013年7月22日7时45分甘肃岷县漳县交界(北纬34.5度,东经104.2度)发生6.6级地震,地震震源深度为20公里。截止7月22日20时,灾害共造成定西、陇南、天水、白银、临夏、甘南等6市(州)的22个县(区)、204个乡(镇)、12.3万人受灾,死亡89人,失踪5人,受伤800多人;倒塌房屋23866户111462间,严重损坏房屋57509户204891间,一般损坏房屋60424户207849间,灾害造成直接经济损失逾200亿元。下面本文主要结合震后现场考察岷县漳县的建筑物实际破坏情况,对不同建筑结构类型在同一烈度下的破坏程度进行简单分析,提出了一些意见建议。
  1.岷县漳县的地理位置和地形地貌
  岷县位于兰州、西安、成都三个顶点形成的平面正三角形的中心区,地处定西、天水、陇南、甘南几地中心。全县23个乡(镇),389个村(居)委会,总人口44万人,总流域面积3578平方公里,全境海拔2200-3700米,无霜期120天,正常年降雨量600毫米左右。岷县漳县位于秦巴山区、青藏高原和黄土三大地形交汇的区域,位于西秦岭北缘断裂和迭部-白龙江断裂之间的临潭-宏昌断裂。这一地区黄土分布广泛,由于自身结构松散,在地震作用下,因地震波的冲击作用极易形成崩塌。
  2.地震后破坏情况
  图1为中国地震局根据现场考察得到的本次地震的烈度图,其中绿色的点为本文的采样点,根据烈度图可以看出本次地震震中烈度为Ⅷ度,Ⅵ度区及以上总面积为16432km2,等震线长轴呈北西走向分布,共造成甘肃省13个县受灾。此外,位于Ⅵ度区之外的部分县市也受到地震波及,造成个别居民点有少量破坏。
  为了更加具有代表性,我们采用的样本主要是位于Ⅶ度区,沿着长轴线性分布,大部分分布在岷县,分别为苗河水库、寺儿沟、锁龙村、闾井镇、结山村、狼渡、联合村、古素村、红旗村、申都变电站、草滩村、红石崖村,破坏也是随着长轴方向加强,但主要还是建筑结构决定了破坏的程度。

  图1  震害调查地点示意
  3.典型建筑类型震害分析
  在此次调查的样本中,因草滩村和红石崖村最区有典型性村镇房屋建筑破坏的特点,本文在此选取这两个村落作为典型分析,建筑房屋灾害受损情况如下:
  (1)草滩村,有住户208户,主要为土木结构,还有一部分砖混房屋和两层20栋两层砖混楼房(最近两年新建),其中土木结构房屋182户房屋损坏,砖混结构房屋破坏轻微,20栋两层楼房均完好无损。
  (2)红石崖村砖木结构房屋为15户左右,砖混结构房屋为50户左右,土木结构房屋为192户左右,土木老房子有5~6户,其中有61间土木结构房屋倒塌,砖混结构房屋破坏较轻,砖木结构房屋部分出现裂缝属于轻微破坏。
  草滩村和红石崖村建筑物结构形式主要分为四类:砖混结构、砖木结构、土木结构和其他结构。这四类结构在相同烈度区内的破坏有明显差异。由表1和表2可得出砖混结构的破坏率仅为13.6%,并且没有严重破坏,其破坏程度都在可修复范围内,而土木结构的破坏率高达83.6%,其中损坏、严重破坏在总体破坏中就占了38.7%,然而砖混结构在这两个村庄仅占总建筑物的22.3%。从以上数据可以清楚地得出砖混结构的抗震性能远远优于土木结构,而造成此次地震损失严重的原因恰恰是因为这两个村庄的建筑物因为经济等其他因素的影响有一定抗震性能的砖混结构存在的比例过低,并且此种现象在岷县漳县村镇中大量存在。草滩村和红石崖村是在此区域内的一个典型性村镇的缩影。下文将分别对各类建筑物的震害情况予以介绍。
  4.建筑物破坏形式
  4.1 框架结构
  岷县所调查的房屋中,以钢筋混凝土作为主体结构的框架结构主要集中于县城内,该类结构由于抵抗变形的能力较强,在地震中破坏最轻。虽然处于烈度较强的区域内,但竖向混凝土构件破坏较少,没有整体倒塌的危险,只有填充墙受到少许破坏,少量梁、柱出现结构裂缝。填充墙因没有侧向支撑力造成剪切破坏,并且与梁、柱连接处因地震作用力而产生裂缝,但这些裂缝和破坏对主体结构的支撑并无大的影响,说明框架结构有非常强的抗震性能。其中苗河水库建筑在此次地震中无任何破损情况,说明在有抗震设防的地区只要建筑物是符合抗震要求建造的完全可以抵抗在此范围内的地震冲击。
  4.2 砖混结构
  此次地震后,砖混结构的房屋在岷县调查的样点中基本无破坏,保存完好。县城内的建筑多数都是砖混结构,砖混结构因承重为砖墙,而梁柱为钢筋混凝土,故在此次地震中的破坏较小。偶见破坏也是在个别的房屋墙角构件连接处轻微开裂,并无危房危屋的出现(图2a)。不过在其下属村庄中,砖混结构的房屋相对较少。在此次样本中结山村小学的旧教室出现横向轻微裂缝,部分教师房屋瓦片坠落,但整体结构无破坏,稍加修补后完全可以继续使用(图2b)。

  b部分房屋瓦片脱落
   图2  砖混结构破坏形式
  4.3 砖木结构
  岷县村镇中的主要建筑物大多数是砖木结构,在烈度相同的地区,它的抗震性能远远低于框架结构和砖混结构,但比土木结构相对而言要坚固。砖木结构中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或者砌块作为主体,有一定的抵抗地震的能力,但在此次调查的村镇中许多的称重柱的材料为木结构,由于年久失修等原因,导致此次地震中破坏的尤其严重(图3)。

  图3  砖木结构的破坏形式
  4.4 土木结构
  土木结构是岷县村镇中占多数的建筑物,多数年代久远,由于这些老建筑使用时间过长,其中负责支撑的主要木结构构建存在虫蛀、腐烂等问题,即是在离震中较远,烈度较低的地区,遭到的破坏也很严重。土木结构也是本文采样的主要样本,同时也是此次地震中破坏最严重的建筑。此类建筑结构未经过正规设计,施工条件较为简陋,主体是木柱、砖柱、石砌墙、土坯墙承重的房屋,并且建造年代一般多为六七十年代,在此次地震作用下,由于缺少抗震措施和现代牢固的连接方式,导致在承受剪力时,变形过大,造成墙体坍塌、摆放物品坠落,更严重的少量房屋整体倒塌,完全无法使用造成严重后果(图4b)。岷县的村庄中的土木结构的房屋多数出现变形的地方在房屋屋脊处,多数房屋屋脊都变形坠落、坍塌(图4a)。

  b土木结构完全坍塌
  图4  土木结构的破坏形式
  5.房屋建筑修复
  在此次调查中主要是砖木结构和土木结构,并且此种结构是对地震作用毫无抵抗能力。在此分析这两种结构的震前抗震加固和震后的修复方法。
  5.1 增加圈梁、连接件
  砖木结构和土木结构一般纵横墙是分别进行砌筑,并且缺少构造柱,砌体与砌体之间没有牢固的连接,木柱与砌体之间也没有牢固的连接,当发生地震时,由于横墙推顶作用,纵墙受力容易推倒脱离,从而导致房屋的破坏和倒塌;有些房屋由于构建的连接不牢固、支承强度不够或支撑失效等造成屋盖塌落。在不方便进行构造柱的添加或进行临时性加固时,可沿房屋竖向包以型钢或角钢,可以代替钢筋混凝土构造柱的作用,还可以提高墙体的整体性,使建筑物尽快恢复可使用的性能。
  5.2 墙体加固
  墙体开裂,外墙土坯粘黏不牢也是此种结构破坏的主要方式。采用钢筋网砂浆面层加固技术,通过外加钢筋网片和高等级水泥砂浆面层,大幅提高原有墙体的抗侧力刚度和受剪承载力,尤其是对承重墙的加固,从而使房屋在地震时或其他外力作用下不倒塌破坏。砖土墙被破坏主要是因为抗剪不足而产生的裂缝,而当地普遍建筑物都是使用粘结度低的土坯当作粘合剂对砖木进行粘合更造成在地震作用下的剥落、裂缝,对于某些不影响整体结构的裂缝可采取裂缝修补技术或大面积用水泥砂浆进行墙面修补。
  6.结论与探索
  通过此篇文章对岷县几个村落的房屋震后结构分析,更加明确建筑物抗震设计的重要性。近些年来,政府已经加强此方面的法律法规,但通过此次研究发现我们面对的主要问题是历史遗留问题,在早年间,尤其是落后的村庄和古老的村庄里有很多房屋的建筑根本没有进行抗震设计,仅仅用木材、夯土、土坯砖和瓦作为房屋主体墙体的材料。结合我国现在实际国情,把砖木结构、土木结构的全部推倒重建是不现实的情况,因此,在这种地震设防地区较高又较为落后的地区,需要结合实际情况并严格执行国家抗震设防标准。
  (1)房屋加固。在已有砖木结构、土木结构的落后地区,在不破坏原有建筑的基础上用相对简单经济的手段进行抗震加固以满足此地区的抗震设防要求。
  (2)政府提供免费设计。在相对落后的地区建房时,国家应该充分运用法律来严格规范城乡镇的新建房屋设计,对于乡镇村民的自建房,国家政府有责任向其提供国家、地方设计标准并尽量免费提供一些抗震设计帮助以减轻村民的经济负担。
  (3)加强宣传力度。政府职能部门对这些落后的地区加强宣传房屋抗震的重要性,绝大多数居民在建自建房是没有抗震设计的意识,政府职能部门的宣传将会使民众在筹建自建房时有意识的做好抗震结构设施,例如圈梁、构造柱等抗震构造的设计和施工,从而提高房屋的整体抗震性能。只有当民众的抗震设防安全意识提高了,才会在建房时抗震构造设施完备,房屋的安全性随之提高,人民的生命财产才能受到保障。
  参考文献:
  [1]谢晓峰,焦德成,封德春,等.甘肃岷县漳县6.6级地震震害特征[J].防灾减灾学报,2014,30(3):30-33.
  [2]周铁钢,张浩.鲁甸地震村镇建筑震害调查与分析[J].地震工程与工程振动,2014,34(5),75-80.
  [3]GB/T24335-2009建(构)筑物地震破坏等级划分[S].北京:中国标准出版社,2009:1-8.
  基金项目:
  河北省地震局青年基金项目
  

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