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汶川地震中部分房屋结构震害原因分析

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]


    《汶川地震中部分房屋结构震害原因分析》
    报告人：吕西林
    特邀专家简介：吕西林，同济大学结构工程与防灾研究所所长，教授，博士生导师。中国建筑学会建筑结构分会副理事长及抗震试验技术专业委员会主任委员；土木工程防灾国家重点实验室学术委员会委员；中国地震学会理事及地震工程专业委员会副主任委员；全国超限高层建筑工程抗震审查专家委员会委员等。长期从事工程结构抗震及振动控制、高层建筑结构分析与设计理论、结构检测与加固的新技术新方法、重大工程的安全监控等研究。
    吕西林：各位代表大家下午好，很高兴参加这次会议，并且跟大家汇报一下我们在灾区工作的一些情况，我的主要内容有下面四个方面，第一个是现场房屋震害评估及考察，第二是典型震害原因及初步分析，我们这里强调一下是初步分析，第三是对提高建筑物抗震防灾能力的建议，第四是在防震工程中积极采用成熟的高新技术。
    第一是现场房屋震害评级及考察，所有的评估工作很简单，一方面是什么房屋是不能用的，有危险的，不能进去的，还有一类是可以用的房子，让大家临时可以用，这只是应急评估，这是我们当时在现场的情况，我们去了以后，是在广元市和青山县的路上，这个路上不时有山体滑坡，这个是地震灾区主要的一些县城，这是县城的分布图，红色的地方是我自己去过的地方，从这个地震发生到八月底我去过七次，累计工作时间一个多月，主要是三个任务，一个是房屋应急评估，还有一些政府部门邀请的再评估，第二是我们援建一个都江堰的小学，第三是我们同济大学负责北川地震遗址公园的规划策划。这个是国家地震现场应急工作队公布的第二套和最终的图，上午谢老师也公布了这个图，大体的内容差不多，这次地震有两个重灾区，一个是映秀，还有是北川县城为中心的地区。
    第二个是典型震害原因及初步分析，我们结合我们看到的情况进行一个归纳，第一是地震烈度极大是这次地震灾害的主要原因，这次地震有十个极重灾区，这些灾区震前的设防烈度为七度，这次的烈度达到了八到十一度，这个是大家公认的。
    这个是北川县城震后一角，北川县城已经被铁丝网围起来了，这些照片看到，有的房子还是可以用的，这个是新城区，这个是老城区，实际上这些房子到里面看的话，就比较惨了，有的已经破坏的非常严重了，这个是办公楼两层都倒塌了，上面还可以用，这个房子中有些人还是可以逃出来的，这个是滚石砸向房屋，这个是山体滑坡引起的，还有一些更惨的照片，第二个是未设防的旧房屋倒塌和破坏严重，但是按照国家规范和标准正常设计施工和正常使用的房屋都具有很好的抗震能力，这个是青川县城，是5月18号我们拍的，这个是没有设防的房屋，这个是新规范的房屋，对比非常明显，这是一些老房子和新房子的对比，这是一个青川县城的一个2001年按照规范设计和建筑的，他也没有什么大的破坏，这是在青川县城里面的小学建筑，没有一个校舍倒塌，基本没有大的破坏，也是按照新规范设计的，另外是青川中学，也是没有任何大的破坏，只是一些小的裂缝。第三各体会是违章建筑尽显原形，破坏严重，首先是盲目加层的，造成严重珍奇甚至倒塌，第二是屋顶违章搭建，破坏甚至局部倒塌，还有一些违章建筑我们后面可以用一些照片看到。这个是阳台没有按照规定封闭，这是一个居民楼，这个阳台的封闭得不好，所以破坏的很严重，这是青川的一个破门开店的，是对结构进行了破坏。第四，屋面突出物破坏已经严重，甚至倒塌，税务大楼屋顶突出物严重开裂破坏，这是规划与建设局办公大楼，屋顶上有两个屋顶，全部压在了一起，这个楼下面也是可以使用的，但是他们不敢用，这个影响是很大的，这是安县县城，一个五层的结构，屋顶上的楼梯间倒塌了，这是广元市人民医院的局部也倒塌了，这是楼梯间的构造柱和墙体没有连接引起了破坏。这是青川县有一个商务酒店，这个结果是比较好的，基本下面没有任何大的结构性的裂缝，但是屋顶上的基本已经断裂了，这是青川县抗震救灾办公楼屋顶突出物的倒塌，第五个体会是建筑结构平面和里面不规则的建筑物珍奇比较严重，比如这个楼有凹进和突出，破坏比较严重，这是L形的平面，也有了破坏，我建议以后地震区最好不用面砖，没有任何用处，只是好看而已。这是青川县城的一个里面收进的建筑，我们其实是有限制的，但是大家没有很好的认识到，这次地震就看出来了，造成 了局部倒塌，这是江油市，他们城市里面的房屋没有多大的破坏，主要是在江油市市区到乡镇的公路上破坏比较厉害。这个是都江堰按照新规范设计的，但是他没有设防震缝，所以屋顶上这个地方是现浇的屋面，这个对主体结构影响不是很大，但是主要是影响居民的心理，这个是在青川县城有一个房屋防震缝没有起作用，这样的斜裂缝最起码两公分以上，这些面砖根本没有作用，没有任何价值。有一个要说明的，非常有意思的有价值的，是北川县有一个下岗职工宿舍是六层钢体结构，有构造柱和圈梁，但是这个建筑裂而不倒，这是墙体破坏的情况，后面还有一个照片说明，当时和这个房子在一起的有一个牌楼，这个牌楼倾斜到五十公分也没有倒掉。旁边也一些两三层的别墅都是大开间都倒掉了。这个是德阳市的老旧砌体房屋基本完好，特点就是开间小，墙体多，实心墙质量好，这些房子基本没有裂缝，第七个体会是不同借给构件之间的连接，框架结构中的填充墙震害特别严重，倒塌也很普遍。这都是一些填充墙的破坏，这是填充墙引起的破坏。这是都江堰烟草公司的大楼，这个实际上设计的时候是考虑比较周到的，因为这里开间大一点，他设置了一个构造柱，试图把这个墙分的小一点，但是这个地震太大，所以这个也倒掉了，这是华峰大厦，也有局部倒塌的情况，这是都江堰的公安局大楼，这也是按照新规范设计的，主体建筑基本完好，但是剪力墙有开裂，我觉得这个开裂是正常的，这是什邡市人民医院，主体结构基本没有破坏，主要是填充墙严重开裂，框架基本完好。这样的破坏尽管对主体结构影响不是很大，但是影响还是发生的，把病人放在这里心理上是不安全的。第八个体会是地震中再现了强柱弱梁，裂而不倒的设计理念，也发现了很多强梁弱柱的破坏，大家可以看到，这个说明如果设计的话，会出现强柱弱梁的情况的。这是一个临街的建筑，第九个体会是楼梯间的破坏很严重，也很特殊，一个特殊是他出现这样水平的断裂，还有一个是像刀子切的一样，混凝土这样的裂缝是很特殊的，大家后来认为可能是施工缝的影响，这些也是楼梯间的开裂情况。
    第三，对提高建筑物抗震防灾能力的建议，第一是应合理确定结构抗震设防标准，使每一个结构都具有一定的抗震能力，第二，制订好抗震防灾规划，第三，对边缘诚信的技术人员普及抗震设计规范的基本原理和设计内容。第四，加强对执行设计规范、施工验收规范的监督和管理，确保设计和施工质量。第五，适当提高大开间、大间房屋的抗震设防标准，主要应体现在抗震措施上，对重要构件要提高抗震安全等级，第六，抗震设防设计准的部分内容应该进行修改，这个不详细说了。第七，对建筑结构体系不合理，抗震能力弱的学校建筑应及时进行抗震鉴定和加固，这个是学校的栏杆都倒掉了，这个是五十年代的一个房子，多了一批柱子，主体结果基本没有坏，只是屋面上的瓦掉了，第八，对现有旧建筑进行抗震评估，根据评估结果分期分批进行抗震加固，需要继续排列的工作有加固新技术研究和应约，新型加固材料和工艺技术研究，加固设计理论的基础研究，加固技术标准的修订，重点是公共建筑的抗震评估和加固，但对大面广的居民住宅抗震加固也应引起高度重视，可能实施难度很大，可以结合旧区改造进行。
    这是这次修改以后的地震动态参数，这个我们从6月18号就公布了，大家可以下载看。
    第四个内容，在防震工作当成采用成熟的高新技术，我觉得在我们抗震减灾工程中目前可以用的技术有基础隔震技术，这个技术比较成熟，可以适用于新建工程和既有工程的加固改造，第二个是效能减震技术，也是比较成熟的技术，第三是主动或混合控制减震技术，这个在日本有比较多的工程实例，国内只有一个，而且做的非常成功。
    下面把国内各种效能减震技术的应用实例讲一下，这个是北京火车站的抗震加固，这个是用的阻尼器，还有北京展览馆的抗震加固，这是中国建筑科学研究院设计的，这个是用阻尼器支撑的，这个是一个详细的图，这也是一个阻尼器，另外骇异我们发展了一个新型组合式效能减震体系的工程应用，这个有一个好处是橡胶支座起到一定的效能减震作用，这是上海化工研究院的十层钢筋混凝土办公大楼的抗震加固，是我们同济大学设计的。这个也是一个比较重大的工程，是上海港汇广场的商办楼抗震加固，他本来是十层的结构，现在加到了18层，是全国面积最大的加固改建工程，用了88个阻尼器，两个橡胶支座双排的支撑，局部进行的加固，这个工程05年就完成了。还有一个新建工程中可以月的，比如我们土木大楼七层钢框架结构采用了这个效能减震体系，是国内首次在全中国建筑金属结构信息网建筑中应约的，这个工程也已经投入使用四年时间了，还有一个是上海国际赛车场的专家入口中心和空中餐厅。还有一个工程是上海世茂国际广场，是60层高的超高层建筑，主要的结构设计碰到的问题是裙房偏心特别严重，扭转的层间位移很谈满足设计规范要求，初步设计的时候拟用钢拉杆连接裙房和主楼，后来我们做振动前实验的时候发现，小震可以，但是大震不行，不能满足大震的设计要求，这是拍的一些照片，后来我们采用了阻尼器，采用了四十个阻尼器，如果用拉杆的话需要七十个拉杆，用阻尼器以后可以解决大震的问题，这也是04年结构完成，05年投入使用，这是国际上的使用阻尼器的规模最大的。还有一个位移型阻尼器的应用，这是一个加固的工程。这个是位移型阻尼支撑布置的示意图，这是现场安装的图，这是阻尼器，这是06年12月份时候拍的照片，这个工程06年一个月就完成了，对工期没有影响。还有一个新建工程是同济大学百年校庆综合楼，采用了油阻尼器支撑，这个用了56个阻尼器。
    最后做一个结语，首先我强调，宏观上看地地震作用极大是这次地震中城市建筑破坏的主要原因，但每个建筑破坏的原因详细分析还需要图纸资料和地震动记录，第二，为提高结构的抗震防灾能力，应严格执行行政法规和技术标准，并体现在选址、规划、设计、管理和使用等全过程，第三，采用成熟的高新技术可以显著提高结构的防震减灾能力，例如将效能减震技术应用于新建工程和加固改造工程，可以取得降低工程造价和提高结构放在能力的效果。
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