范琳琳

0 引言

北京時間2008年5月12日14時28分，在我國四川省汶川縣發(fā)生了里氏8.0級特大地震。震中位于汶川縣的映秀鎮(zhèn)(東經(jīng)103.4°，北緯31.0°)，震源深度14 km。此次地震不僅造成災難性的破壞，其影響波及到全國絕大部分地區(qū)，是建國以來大陸地區(qū)發(fā)生的破壞性最為嚴重的一次地震。

相對大空間人員密集的教學樓在地震作用下發(fā)生嚴重破壞，給人們的生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失。地震引起的中小學教學樓倒塌受到社會各界關(guān)注。作者結(jié)合震害資料對此次地震教學樓建筑的抗震問題進行了分析，從中得到一些認識。

1 教學樓建筑震害

我國中小學教學樓建筑多為磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，本次地震中學校遭遇了比辦公、住宅及廠礦類建筑更嚴重的大規(guī)模的破壞。教學樓建筑震害的結(jié)構(gòu)形式及其特點主要有:

1)砌體—木屋架結(jié)構(gòu):

由于砌體、木材就地取材，材料經(jīng)濟，村鎮(zhèn)教學樓建筑中少數(shù)采用這種結(jié)構(gòu)。但是這種結(jié)構(gòu)的砌體墻和砌體柱強度相對較低，且大多數(shù)年代較長，在地震中發(fā)生屋面破壞和局部倒塌(如圖1所示)。然而這種結(jié)構(gòu)一般是單層的，木屋架自重又比較輕，造成的人員傷亡并不是很多。

2)磚混結(jié)構(gòu):

地震區(qū)村鎮(zhèn)的教學樓多采用磚混結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)在地震區(qū)數(shù)量最多，震害也嚴重，主要震害現(xiàn)象包括:墻體開裂、倒塌、縱橫墻連接處破壞、鋼筋混凝土預制板脫落、樓梯間破壞等。破壞特點一般都是結(jié)構(gòu)體系不合理或抗震構(gòu)造措施不足引起的。如圖2所示，雁門中心小學教學樓預制板拉結(jié)筋不足導致破壞。

3)框架結(jié)構(gòu):

本次地震中，大多數(shù)框架主體結(jié)構(gòu)震害較輕，破壞主要發(fā)生在圍護構(gòu)件上。此外，由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計時填充墻是不考慮其承載性能，按照純框架進行設(shè)計的，只是將填充墻體的重量當作外荷載加到計算模型上;在抗震驗算時，考慮填充墻剛度的影響，對框架的自振周期進行折減，從而使得框架梁的實際剛度增大，在實際框架結(jié)構(gòu)震害中，出現(xiàn)大多數(shù)的“強梁弱柱”破壞，未能實現(xiàn)“強柱弱梁”的破壞機制。

2 震害分析

從以上震害情況可以看出，造成教學樓建筑破壞的原因很多，既有結(jié)構(gòu)體系不合理、抗震構(gòu)造措施不足等工程技術(shù)方面的原因，也有不按規(guī)程施工等原因。本文從工程技術(shù)方面進行了教學樓震害分析。

2.1 結(jié)構(gòu)體系不合理

災區(qū)學校教學樓大多采用橫墻承重的磚混結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)屬于脆性材料，抗拉和抗剪強度都很低，在大震作用下，易發(fā)生剪切破壞，從而導致房屋的破壞和倒塌;樓屋蓋大多采用預制空心板，整體性差。學校由于其使用功能的要求，空間跨度大。為了保證教室有良好的自然采光和通風，在縱向需要布置大量的采光窗，窗戶洞口較大，削弱了縱墻的剛度。在地震作用下，縱墻發(fā)生倒塌或窗間墻產(chǎn)生“X”形裂縫(如圖3所示)。

部分教學樓采用框架結(jié)構(gòu)，其中以單跨鋼筋混凝土外廊式教學樓為典型。這種外廊懸挑式結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生大震，縱、橫墻剛度不均勻，很容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。而這種結(jié)構(gòu)只有一道抗震防線，在地震作用下，某個柱因抗彎能力不足，發(fā)生屈曲破壞，很容易形成整體不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生連鎖倒塌效應(yīng)。這類結(jié)構(gòu)體系在這次地震中，普遍發(fā)生了不同程度的震害，少量工程破壞相當嚴重，已接近倒塌。

此外，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷也造成了嚴重破壞。作為逃生通道的樓梯間破壞(如圖4所示)，造成了相當?shù)娜藛T傷亡。經(jīng)分析，其主要原因是:教學樓中樓梯一般設(shè)在房屋的盡端，削弱平面內(nèi)剛度，在地震作用下，建筑物端部受扭厲害，發(fā)生破壞;樓梯板筋不足或者搭接不好，大震作用下，就會出現(xiàn)受拉屈服或者拉斷，從而導致樓梯間嚴重破壞。

2.2 抗震構(gòu)造措施不足［3，4］

根據(jù)規(guī)范要求，低烈度區(qū)可采用預制空心板，但必須采取一些構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的安全性。磚混結(jié)構(gòu)必須在預制板周圍按規(guī)范規(guī)定設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁，并且在板面和板縫內(nèi)加拉結(jié)筋;墻角處要設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱、圈梁。圈梁、構(gòu)造柱是磚混結(jié)構(gòu)房屋的一種經(jīng)濟有效的抗震措施。教學樓等橫墻較少的房屋，應(yīng)按要求設(shè)置構(gòu)造柱。設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱可以明顯改善多層砌體房屋的抗震性能，減輕震害。但在災區(qū)，多數(shù)教學樓并沒有按要求設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱，使得這類建筑在遇到大震時，發(fā)生倒塌。

還有一些框架結(jié)構(gòu)填充墻墻頂未見斜砌磚頂緊，也是造成填充墻破壞的原因?？蚣芙Y(jié)構(gòu)一般采取填充墻與框架柱、梁周邊嵌實做法，或者通過拉結(jié)筋來加強框架和填充墻之間的聯(lián)系，有利于填充墻整體的穩(wěn)固和防止裂縫的生成。

3 結(jié)語

汶川地震給人們帶來了嚴重的生命和財產(chǎn)損失，值得土木工程師們深思?？偨Y(jié)地震災害將會對建筑物抗震性能更加了解。本文通過對教學樓建筑震害分析，得到以下認識:

1)學校教學樓作為人群密集的地方，應(yīng)提高抗震設(shè)防標準。在國外，學校是最安全的地方。然而，在我國，學校教學樓在地震中卻幾乎經(jīng)不起地震考驗，從而導致我國地震造成的損失巨大。我們應(yīng)該借鑒國外的先進經(jīng)驗，吸取這次地震的教訓，完善《建筑設(shè)計抗震規(guī)范》，以保證教學樓建筑在地震作用下做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

2)作為土木工程師們，應(yīng)嚴格按照現(xiàn)行國家規(guī)范進行設(shè)計。重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計和構(gòu)造措施的作用。概念設(shè)計涉及的面較廣，土木工程師應(yīng)從工程場地選擇、結(jié)構(gòu)布置、設(shè)置多道抗震防線等方面嚴格考慮。避開對建筑抗震不利的地段，結(jié)構(gòu)布置要規(guī)則，不要只從美觀效果來考慮。此外，合理設(shè)置構(gòu)造措施的建筑物在地震中表現(xiàn)出了良好的抗震性能，這就要求結(jié)構(gòu)工程師們必須重視構(gòu)造措施的作用。

3)填充墻對框架結(jié)構(gòu)的抗震作用不容忽視，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)適當考慮。由于填充墻與框架結(jié)構(gòu)相互作用的復雜性，填充墻對框架結(jié)構(gòu)的抗震影響不易確定，利弊兼有。填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在以往的設(shè)計中考慮不夠全面，此次震害比較嚴重。在以后的研究中應(yīng)該通過試驗等方式對其進行更深入的分析。

4)樓梯作為逃生通道必須采取可靠的措施，防止地震發(fā)生時樓梯的承重墻或圍護墻倒塌傷人。

［1］ 清華大學，西南交通大學，北京交通大學土木學院土木結(jié)構(gòu)專家組.汶川地震建筑震害分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學報，2008，29(4):89-92.

［2］ GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ 林樹枝.汶川地震災區(qū)學校建筑的震害分析［J］.福建建筑，2008(10):12-15.

［4］ 王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2003.

［5］ 王宇新.5·12震后茂縣建筑物受損初步調(diào)查與分析［J］.山西建筑，2009，35(11):54-55.