劉春英
摘要根據(jù)收集到的國內(nèi)外有關臺灣九·二一大地震的建筑破壞實例,從設計、施工等方面分析探討了建筑物震害的原因及經(jīng)驗教訓,以期引起相關部門的重視和警惕。
關鍵詞地震;建筑物;倒塌;經(jīng)驗教訓;臺灣省
中圖分類號S731.2;DF468文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)06-0293-01
1地震基本概況
1999年9月21日凌晨1時47分,在我國臺灣省中部南投縣集集鎮(zhèn),發(fā)生了里氏7.3級強烈地震,地震地面最大加速度高達9.84m/s2,而該地區(qū)抗震設計采用的地震地面最大加速度為2.30m/s2。地震持續(xù)的時間長達40s,而且地震是上下、水平同時發(fā)生。地面垂直錯位最大有10m。該次大地震造成嚴重人員傷亡和財產(chǎn)損失,死亡2 246人,受傷8 735人,毀壞房屋17 484棟,其中包括619棟學校及許多公共建筑,直接經(jīng)濟損失超過1 000億新臺幣。大量的建筑如骨牌一般應聲倒塌,充分暴露了臺灣建筑行業(yè)在技術標準規(guī)范、設計、施工、使用和管理等各方面的問題。
2建筑物震害基本特征
據(jù)統(tǒng)計資料顯示,臺灣省5個縣的16個市、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)共倒塌房屋17 484棟,其中嚴重毀壞的有9 909棟,半倒塌的有7 575棟,其中很多是當?shù)胤Q為“三合院”、“土角厝”,以黃泥、石灰加稻草屑制成的土坯砌墻、木屋架上鋪小青瓦的民房,在地震時幾乎全部倒塌;在城鎮(zhèn)也有大量的多、高層鋼筋混凝土建筑倒塌破壞,其中不乏高級住宅、銀行、寫字樓和豪華酒店,還有學校、車站等公共建筑,與1995年日本阪神地震和1996年云南麗江地震相比,該次地震中,多、高層鋼筋混凝土結構破壞較多。
由大量倒塌的多、高層建筑破壞實例可以看出,倒塌的多、高層建筑幾乎全是被當?shù)胤Q為“軟腳蝦”、“騎樓”的建筑。所謂“軟腳蝦”是指住戶及建筑商為制造空間,而把1樓挑高、掏空,作為車庫及商業(yè)用房,形成建筑中的“薄弱層”;所謂“騎樓”是指沿主要大街的房屋,1層收進,2層以上伸出,作為防雨遮陽的人行通道。
3震害原因分析和經(jīng)驗教訓
3.1地震預報和地震區(qū)劃不準確
多年來,地震學家一直認為臺灣東部為地震高危險區(qū),建筑物的抗震設防標準高于中部1~2級。該次地震發(fā)生在臺灣中部,震中震度高出設防標準2級以上,即地震力比設計中地震力高出4倍以上,實際儀器記錄也證明了這一點。
3.2抗震規(guī)范缺乏
臺灣現(xiàn)行的“建筑物耐震設計規(guī)范”是1998年制定的,而在此之前一直采用1982年制定的“建筑物耐震設計規(guī)范”。這本規(guī)范基本上照搬美國的“統(tǒng)一建筑規(guī)范”UBC版本,臺灣工程界認為此規(guī)范對抗震概念設計相當薄弱,構造措施也很粗糙;而對于現(xiàn)有建筑結構的抗震鑒定、評估和加固則無標準規(guī)范可循。
3.3設計問題較多
根據(jù)有關資料,以下幾種典型設計失誤造成了建筑震害損失慘重。
3.3.1建筑平面布置不規(guī)則。當?shù)貍鹘y(tǒng)的帶有“騎樓”的“透天厝”樓房,在騎樓前部僅由柱子支撐,正門為作店面大開洞加玻璃櫥窗。地震時柱子折斷,騎樓倒塌帶動主體結構前傾,層層跌落。九·二一地震中臺灣許多沿街建筑就屬此類破壞。此種建筑形式在大陸閩南、潮汕地區(qū)也很常見。另一種是底層作車庫、商場,也就是正門大開洞,三面有墻,建筑平面剛度不均勻。地震時底層倒塌,帶動上部結構層層跨落成“千層餅”破壞形狀。如彰化縣員村鎮(zhèn)富貴名門大樓為16層鋼筋混凝土結構,平面為碟形,下部為車庫,屬不對稱平面布置,地震時扭轉(zhuǎn)效應嚴重,導致5層以下塌平,5層以上各層重疊成階梯形塌落。
3.3.2建筑立面布置不規(guī)則,豎向剛度突變。建筑沿豎向或因?qū)痈咄蝗蛔兓ㄋ^“挑高”),或在某層抽掉柱子形成空曠(所謂“挑空”),或為追求大開間無梁無柱等均導致結構豎向不規(guī)則,剛度和強度突變。此類建筑在九·二一地震中破壞最為嚴重,而且破壞多集中在這些薄弱部位。比較典型的有南投縣汽車站3層建筑,其底層候車大廳空曠少墻,2、3層為辦公用房,橫墻較多,地震時底層塌平;臺北市“東星大樓”12層,地下有大型停車場,地上1、2層為銀行寫字樓,抽柱削梁墻也少,3層以上為住宅,剛度很大,地震時底部倒塌帶動上部各層一起倒塌,9樓變1樓。震害實例分析證明,合理的建筑布置在抗震設計中頭等重要,應提倡平、立面簡單對稱。因為震害表明,簡單、對稱的建筑在地震時較不易破壞。而且道理也很清楚,簡單、對稱的結構容易估計其地震時的反應,也容易采取抗震構造措施和進行細部處理?!耙?guī)則”包含了對建筑的平、立面外形尺寸,抗側(cè)力構件布置、質(zhì)量分布,直至承載力分布等諸多因素的綜合要求?!耙?guī)則”的具體界限隨結構類型的不同而異,需要建筑師與結構工程師互相配合,才能設計出抗震性能良好的建筑。
3.3.3抗震措施和抗震構造措施不當。在抗震設計中,“抗震措施”和“抗震構造措施”是2個不同概念。“抗震措施”是指除地震作用計算以外的抗震設計內(nèi)容,包括建筑總體布置、結構選型、地基抗液化措施等,主要是考慮概念設計要求對地震作用效應的調(diào)整,以及各種結構措施;“抗震構造措施”是指根據(jù)抗震概念設計的原則,一般不需做計算而對結構和非結構各部分所采取的細部構造??拐饦嬙齑胧┮笫亲鳛榭拐痱炈愕囊环N補充和保證。這就足以證明抗震措施和抗震構造措施的重要性,但構造措施往往容易被人們忽視。通過對臺灣大地震遭到嚴重破壞但未倒塌的建筑物結構分析表明:某些結構設計時梁柱節(jié)點配筋不足、窗間墻過短、短柱、承重墻體高寬比過大、柔性底層建筑、抗震墻不連續(xù)、不規(guī)則開洞、懸挑構件過長等,在地震時破壞集中在這些薄弱部位。
3.3.4個別結構設計過于大膽,設計缺乏抗震概念設計。從九·二一地震破壞情況分析來看,有的建筑結構系統(tǒng)規(guī)劃不周全,結構設計過于大膽,再加上施工質(zhì)量有問題,剪力墻面積太少,中庭挑高影響結構安全。如中山國賓大樓為中庭挑高建筑,1樓作為公共空間,故墻壁很少,整個大樓外墻未設剪力墻,且開窗很多,形成建筑抗震上的所謂“柔軟”底層而倒塌。
3.3.5建筑規(guī)劃和選址不當。城市中樓房間距太小,過分密集,導致一棟樓房倒塌禍及其他樓房。如臺中縣豐原市11層“向陽永照”大樓倒塌后,壓倒臨近建筑。房屋建造在軟弱地基或可液化場地或臨近地震斷層處,地震對場地液化導致地基失效,房屋傾斜。如南投縣中興新村1座鐘樓和11層的“金陵世家”住宅樓,由于場地液化造成建筑嚴重傾斜。
4施工質(zhì)量問題
臺灣九·二一地震時倒塌和破壞的建筑物暴露出許多嚴重的施工質(zhì)量問題。據(jù)臺灣媒體報道,施工不確定(不按設計要求施工)、設計與實際施工不同、偷工減料、未按抗震設計要求施工等也是倒塌的重要原因。如部分樓房柱子過細,配筋不足,箍筋間距過大,彎鉤、搭接長度、錨固長度、縱筋在同一截面搭接等均不符合抗震設計要求。
5結語
大陸和臺灣在建筑形式和建筑構造技術上有許多共同之處,而且均位于地震多發(fā)地帶,臺灣九·二一大地震中暴露出的設計、施工等方面問題,在大陸也同樣存在,希望借此引起國內(nèi)勘察、設計、施工等部門和單位的重視及警惕。