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512汶川地震常见砌体结构震害分析 0 抗震设计在实际设计阶段的变迁 在1989年版的抗地震规范之前，四川省江油市（城区和郊区）、彭州市和绵竹市没有考虑抗震性，也不考虑抗强指数。1989年版的抗强体系为6级，2001年版的抗强体系为7级。根据2008年5月至12月四川省赛加地震后修订的抗洪抢险规范，这些地区的抗洪抢险烈度为7度（0.15），地震组为第二组。分析规范中设防烈度的变迁可以看出,有些建筑物由于设计年代较早,基本没有采取抗震构造措施,有的建筑是按照6度或者7度设防的。 江油市和彭州市的建筑的地基均比较好,江油市大多数建筑的持力层为粉质黏土或砂土层;彭州市的建筑持力层为砂土层或卵石层,调查的这两个地区的建筑物大多未见地基基础的震害。而绵竹市有些地区存在滑坡。 5·12汶川地震中,这些地区遭遇的地震烈度都高于设防烈度。经现场调查,江油市和彭州市的实际烈度均在7～8度,绵竹市调查的地区实际烈度在9度以上。根据这些震害调查情况,结合部分设计图纸,对这些调研成果进行总结。 1 地震破坏分析 1.1 厂区建筑一般情况 现行规范对砖混房屋整体性有系统的要求,如8度区的多层建筑,其外墙及内纵墙应在屋盖及每层楼盖处均设置钢筋混凝土圈梁,内横墙上圈梁的间距不应大于7m。 江油市部分3层住宅建于20世纪70年代初,外廊式平面布局,其外廊柱为独立砖柱(图1),楼盖为预制板,屋盖有挂瓦屋面和预制板屋面两种形式。当时该地区并不考虑抗震设防,未设置任何构造柱、圈梁等。这些建筑震后外观尚可,未见明显裂缝,但是室内部分墙体开裂,严重处房屋转角的纵横墙贯通(图2)。由于建筑物总层数只有3层,开间很小,门窗洞口也很小,加之当时施工质量不错,故未发生更大的破坏。 图3,4建筑同处一个厂区,开间都是4m,进深都是6m,平面图几乎完全一样,变电站层高为4.5～5.0 m(坡屋面),油库层高3.32 m。所不同的是油库是预制板且未设置圈梁,变电站是现浇板。从图3中可以看出,油库墙体开裂错位极为严重,现其上部结构已拆除;而变电站基本完好,仅有少量墙体裂缝,修补即可。可见,钢筋混凝土圈梁(或现浇板)的设置明显加强了结构整体性,减小了震害。 1.2 地下楼梯间和地面建筑物的局部破裂 抗震概念设计要求尽量采用规则的结构布置,各部分结构刚度、质量截然不同或立面高差在6m以上时应设缝分开。下面分析3个典型建筑物: 图5,6所示的建筑物建于1979～1980年,为3层(局部4层)砖混结构,平面楼梯间局部突出。震后层3以下部分仅有少量裂缝,而平面、立面都属于局部突出的楼梯间部分在层4处严重破坏:墙体严重开裂、角部砖柱折断、预制花格大量脱落(图5),局部层4几个房间墙体大面积严重开裂(图6)。 图7,8所示为一砖混结构厂房,层1为空心板屋面,局部层2位于房屋的一端,组合屋架,大型板,两层均有圈梁(图7)。震害主要表现为层2房屋尽头的山墙开裂严重(图8)。产生这种破坏的原因有两个:1)建筑物局部突出造成竖向刚度突变,局部地震力由于鞭梢效应有所放大;2)层2圈梁在转角处变了标高,构造上通过局部构造柱将圈梁局部抬高,正确做法是圈梁尽量为同一标高,如在转角处变标高则应相互搭接1.0m。 图9所示建筑物由变电室和试验大厅两部分组成,二者跨度、层高和屋面板构造均不同,变电室最低点标高5.4m,试验大厅下弦标高4.0m,二者连接处有圈梁,但连接做法不详。由于体系上不规则的布置,导致震后变电室墙体严重斜向错位(图10)。 1.3 基于分层胶结材料的墙体开裂和倒塌 现行抗震规范对单层砖混结构高度的限制可以按照单层砖柱厂房的9.3.1条“6～8度,跨度不大于15m且柱顶高度不大于6.6m”采用。 图11所示的建筑物为绵竹市某厂房的披屋,披屋与主厂房是设缝分开的,由于是设备用房,层高很高,目测至少有7m。虽然房子不大,又设置了两道圈梁,还是没有摆脱墙体倒塌的命运。 砌体结构是脆性材料,随着层高的增加,地震作用下的变形将加大,导致墙体开裂甚至倒塌。因此抗震规范对砖混结构的层高有严格要求,超出此限值应改用其他结构形式。 1.4 大震区下砖排架结构 现行抗震规范9.3.1条对砖柱厂房的适用范围有明确规定,适用于下列范围内的烧结普通黏土砖柱(墙垛)承重的中小型厂房:1)单跨和等高多跨且无桥式吊车的车间、仓库等;2)6～8度,跨度不大于15 m且柱顶标高不大于6.6 m;3)9度,跨度不大于12 m且柱顶标高不大于4.5 m。 图12,13所示的厂房位于绵竹市,当地实际烈度约为9～10度,大震下砖柱及墙体缺乏足够的延性,从而大面积倒塌。因为设置了桥式吊车,实际上不适宜采用砖排架结构。 同样,图9所示的试验大厅部分也为砖排架,当地设防烈度为7度,实际烈度约为7～8度,相当于中震水平。结构为木屋架、木檩条、挂瓦。震