海外地震建筑倒塌管理論文
時(shí)間:2022-07-07 08:59:00
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摘要:本文根據(jù)收集到的國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門臺(tái)灣九二一集集大地震的建筑破壞實(shí)例,從設(shè)計(jì)、施工等幾個(gè)方面,分析探討震害的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),希望以此引起國(guó)內(nèi)同行的重視。
關(guān)鍵詞:地震建筑物震害經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
一.基本概況
一九九九年九月二十一日凌晨一時(shí)四十七分,在我國(guó)臺(tái)灣省中部南投縣集集鎮(zhèn),發(fā)生了里氏7。3級(jí)的強(qiáng)烈地震,地震地面最大加速度高達(dá)984伽,而本區(qū)抗震設(shè)計(jì)采用的地震地面最大加速度為230伽。地震持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40秒鐘,而且地震是上下、水平同時(shí)發(fā)生。地面垂直錯(cuò)位最大有10米。本次大地震造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,死亡2246人,受傷8735人,毀壞房屋17484棟,其中包括619棟學(xué)校及許多公共建筑,直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1000億新臺(tái)幣。大量的建筑如骨牌一般應(yīng)聲倒塌,充分暴露了臺(tái)灣建筑行業(yè)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、設(shè)計(jì)、施工、使用和管理各方面的問(wèn)題。
二.建筑物震害基本特征
據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,臺(tái)灣省五個(gè)縣的十六個(gè)市、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)共倒塌房屋17484棟,其中嚴(yán)重毀壞的有9909棟,半倒塌的有7575棟,其中很多是當(dāng)?shù)胤Q為“三合院”“土角厝”,是以黃泥、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(shí)幾乎100%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(jí)住宅、銀行、寫字樓和豪華酒店,還有學(xué)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,本次地震中,多、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞較多。
由大量倒塌的多、高層建筑破壞實(shí)例可以看出,幾乎倒塌的多、高層建筑,全是被當(dāng)?shù)胤Q為“軟腳蝦”“騎樓”的建筑。所謂“軟腳蝦”就是指住戶及建筑商為制造空間,而把一樓挑高、掏空,作為車庫(kù)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,一層收進(jìn),二層以上伸出,作為防雨遮陽(yáng)的人行通道。
三.震害原因分析和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
1.地震預(yù)報(bào)和地震區(qū)劃的不準(zhǔn)確
地震學(xué)家多年來(lái)一直認(rèn)為臺(tái)灣東部為地震高危險(xiǎn)區(qū),建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)高于中部一至二級(jí)。本次地震發(fā)生在臺(tái)灣中部,震中震度高出設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)以上,即地震力比設(shè)計(jì)中地震力高出4倍以上,實(shí)際的儀器記錄也證明了這一點(diǎn)。
2.抗震規(guī)范方面
臺(tái)灣現(xiàn)行的“建筑物耐震設(shè)計(jì)規(guī)范”是1998年制訂的,而在次之前一直采用1982年制訂的“建筑物耐震設(shè)計(jì)規(guī)范”。這本規(guī)范基本上照搬美國(guó)的“統(tǒng)一建筑規(guī)范”UBC的版本,臺(tái)灣工程界認(rèn)為此規(guī)范對(duì)抗震概念設(shè)計(jì)相當(dāng)薄弱,構(gòu)造措施也很粗糙。而且對(duì)于現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定、評(píng)估和加固則也無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可循。
3.設(shè)計(jì)問(wèn)題較多
根據(jù)有關(guān)資料,以下幾種典型設(shè)計(jì)失誤造成了建筑震害
(1)建筑平面布置不規(guī)則
當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的帶有騎樓的“透天厝”樓房,在騎樓前部?jī)H由柱子支撐,正門為做店面大開洞加玻璃櫥窗。地震時(shí)柱子折斷,騎樓倒塌帶動(dòng)主體結(jié)構(gòu)前傾,層層跌落。本次在臺(tái)灣許多沿街建筑屬此類破壞。這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(kù)、商場(chǎng),也就是正門大開洞,三面有墻,建筑平面剛度不均勻。地震時(shí)底層倒塌,帶動(dòng)上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),平面為碟形,下部為車庫(kù),屬不對(duì)稱平面布置,地震時(shí)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴(yán)重,導(dǎo)致五層以下塌平,五層以上各層重疊成階梯形塌落。
(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?yàn)樽非蟠箝_間無(wú)梁無(wú)柱等均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則,剛度和強(qiáng)度突變。此類建筑在本次地震中破壞最為嚴(yán)重,而且破壞多集中在這些薄弱部位。比較典型的有:南投縣汽車站三層建筑底層候車大廳空曠少墻,二、三層為辦公用房,橫墻較多,地震時(shí)底層塌平;臺(tái)北市“東星大樓”(12)層,地下有大型停車場(chǎng),地上一、二層為銀行寫字樓,抽柱削梁墻也少,三層以上為住宅,剛度很大,地震時(shí)底部倒塌帶動(dòng)上部各層一起倒塌,九樓變一樓。
以上震害實(shí)例分析證明合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要,提倡平、立面簡(jiǎn)單對(duì)稱。因?yàn)檎鸷Ρ砻鳎?jiǎn)單、對(duì)稱的建筑在地震時(shí)較不易破壞。而且道理也很清楚,簡(jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng),也容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。“規(guī)則”包含了對(duì)建筑的平、立面外形尺寸,抗側(cè)力構(gòu)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。“規(guī)則”的具體界限隨結(jié)構(gòu)類型的不同而異,需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師互相配合,才能設(shè)計(jì)出抗震性能良好的建筑。
(3)抗震措施和抗震構(gòu)造措施不當(dāng)。
在抗震設(shè)計(jì)中,“抗震措施”和“抗震構(gòu)造措施”是兩個(gè)不同的概念。“抗震措施”是指除地震作用計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容,包括建筑總體布置、結(jié)構(gòu)選型、地基抗液化措施等,主要是考慮概念設(shè)計(jì)要求對(duì)地震作用效應(yīng)的調(diào)整,以及各種結(jié)構(gòu)措施;“抗震構(gòu)造措施”是指根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的原則,一般不需做計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所采取的細(xì)部構(gòu)造。抗震構(gòu)造措施要求是作為抗震驗(yàn)算的一種補(bǔ)充和保證。這就足以證明抗震措施和抗震構(gòu)造措施的重要性,但由于是構(gòu)造措施而往往容易被人們忽視。
本次通過(guò)對(duì)臺(tái)灣大地震嚴(yán)重破壞但未倒塌的建筑物結(jié)構(gòu)分析表明:某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)配筋不足,窗間墻過(guò)短,短柱,承重墻體高寬比過(guò)大,柔性底層建筑,抗震墻不連續(xù),不規(guī)則開洞,懸挑構(gòu)件過(guò)長(zhǎng)等。在地震時(shí)破壞集中在這些薄弱部位。
(4)個(gè)別結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于大膽,設(shè)計(jì)缺乏抗震概念設(shè)計(jì)。
從本次破壞情況分析來(lái)看,有的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃不周全,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于大膽,再加上施工質(zhì)量有問(wèn)題,剪力墻面積太少,中庭挑高影響結(jié)構(gòu)安全。如:中山國(guó)賓大樓為中庭挑高建筑,一樓作為公共空間,故墻壁很少,且整個(gè)大樓外墻未設(shè)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。
(5)建筑規(guī)劃和選址不當(dāng)。
城市中樓房間距太小,過(guò)分密集,導(dǎo)致一棟樓房倒塌禍及其他樓房。如:臺(tái)中縣豐原市十一層“向陽(yáng)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(chǎng)地或臨近地震斷層,地震對(duì)場(chǎng)地液化導(dǎo)致地基失效,房屋傾斜。如:南投縣中興新村一座鐘樓和十一層的“金陵世家”住宅樓由于場(chǎng)地液化造成建筑嚴(yán)重傾斜。
四.施工質(zhì)量問(wèn)題
本次地震時(shí)倒塌和破壞的建筑物暴露出許多嚴(yán)重的施工質(zhì)量問(wèn)題。據(jù)臺(tái)灣媒體報(bào)道“施工不確定(不按設(shè)計(jì)要求施工),設(shè)計(jì)與實(shí)際施工不同,偷工減料,未按抗震設(shè)計(jì)要求施工”等也是倒塌的重要原因。如:部分樓房柱子過(guò)細(xì),配筋不足,箍筋間距過(guò)大,彎鉤、搭接長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、縱筋在同一截面搭接等均不符合抗震設(shè)計(jì)要求。
五.結(jié)束語(yǔ)
大陸和臺(tái)灣在建筑形式和建筑構(gòu)造技術(shù)上有許多共同之處,而且均位于地震多發(fā)生地帶,臺(tái)灣九二一大地震中暴露出的設(shè)計(jì)、施工等方面的問(wèn)題,在大陸也同樣存在,希望籍此引起國(guó)內(nèi)勘察、設(shè)計(jì)、施工等的重視和借鑒。