地震对房屋建筑物的破坏分析和思考

[摘要]分析地震灾害中房屋建筑物的破坏形式,相应的提出了房屋建筑物减少地震灾害应注意的事项。

[关键词]地震灾害;建筑物;破坏形式;思考

1、引言

地震是不可避免的,也是世界上最可怕的自然灾害之一,它所造成的灾害其中最直接的是造成房屋建筑物倒塌、损坏和丧失使用功能,无数生命葬身废墟,生活物资被埋地下,灾区人民流离失所,甚至带来社会安全稳定等一系列问题。历次地震震害调查分析表明,地震造成的直接经济损失和人员伤亡,主要是因为房屋建筑物的倒塌破坏造成的。据统计,我国最近发生的两大地震中,“5.12”汶川大地震造成650万间房屋倒塌,2300多万间房屋损坏,玉树地震也造成玉树州半数以上房屋倒塌。如何提高房屋建筑物抵御自然灾害的能力,以尽量降低地震带来的损失,是我们每一个建筑工程技术人员应当直面的课题。本文试对地震对房屋建筑物的破坏形式进行分析,相应提出了在房屋建筑物在建造和使用中提高抵御地震灾害能力应注意的一些事项。

2、地震作用下房屋建筑物的破坏分析

2.1　地震特性。地球内部分为地壳、地幔和地核三个底层,房屋建筑物附属在最外的地壳上。地震破坏是地震波引起地面的强烈震动造成地面房屋建筑物等的崩塌并由此带来的损害。地震波按传播方式分为三种:纵波、横波和面波。纵波称P波,是推进波,在地壳中传播速度每秒约6千米,最先到达震中,使地面上下震动,破坏性不强;横波又称s波,是剪切波,在地壳中传播速度每秒约4千米,第二个到达震中,使地面前后、左右摆动,破坏性较强;面波又称L波,是纵波和横波在地面相遇产生的混合波,传播速度每秒约3千米,波长和振幅较大,是造成房屋建筑物的主要破坏因素。

2.2　房屋建筑物的破坏机理。房屋建筑物都有其一定的刚度,以抵抗外力作用引起的形变。地震波引起的地面振动,通过基础传给房屋建筑物,引起房屋建筑物本身的振动。通常的房屋建筑物都是按静力设计的,很少考虑动力影响。当振动强度超过房屋建筑物自身的形变能力时,就会造成破坏。

2.3　地震对房屋建筑物的破坏形式。

2.3.1　地基基础影响的破坏。房屋建筑物所在的地基土质、下卧岩层的结构与深度、基础的类型和深度以及地表地形特征,都对房屋建筑物的地震破坏有影响。当加速度较小时或地质坚实时,地表层或下垫层可能会先达到屈服点,岩石、土层将产生塑性变形,导致地基承载力下降甚至地基失效造成的破坏和强烈地震引起的振动导致基底土质液化引起房屋建筑物的下沉、倾斜和滑坡造成的破坏,在历次地震灾害中并不少见。

2.3.2　纵波(竖向地震力)导致的破坏。纵波使房屋建筑物产生上下颠簸,若房屋建筑物的竖向稳定性不是太好,而地震力较大时,会使底层柱子和墙体瞬间增加很大的动荷载,叠加上部的自重,当超出底层柱子和墙体的承载能力,底层墙柱会垮掉从而导致破坏。

2.3.3　横波(横向地震力)导致的破坏。横波是房屋建筑物损坏水平摇摆,破坏力很大。它相当于给房屋建筑物施加水平方向来回反复的作用力,大小和引起的变形超出底部墙体和柱子的极限时,就会使整幢房屋建筑物倾斜或倾倒从而导致破坏。

2.3.4　旋转地震力导致的破坏。各种原因引起的旋转地震力,导致房屋建筑物围绕水平轴或竖向轴扭转,这种扭转力对房屋建筑物的影响很大,因为房屋建筑物一般抗扭能力较差,很容易扭坏。

竖向地震力、横向地震力和旋转地震力在离震中较近的范围内,往往会交织作用,给房屋建筑物以毁灭性的破坏。

2.4　常见结构类型房屋建筑物震害表现。

2.4.1　砖木结构。指砖或砌体墙体承重的房屋建筑物,通常为一层,破坏主要在墙体,产生斜向或交叉裂缝,特别是窗间墙、房屋尽端和转角部位破坏较大,墙体一旦破坏,房屋建筑物就会倒塌。

2.4.2　砖混结构多层。指黏土砖、砌体通过砂浆砌筑成承重墙和各种混凝土楼板组成,不超过6层。由于墙体材料为脆性,整体性较差,抗震能力低,当地震产生的主拉应变超过相应极限应变式,就产生斜裂缝,反复作用时,就形成交叉裂缝,在横墙上中部产生水平剪切裂缝,在纵墙产生窗间墙交叉裂缝;当横墙间距过大或楼板刚度不足,在横向水平力作用下,纵墙产生过大的水平面变形,导致墙体的抗弯强度不足在纵墙窗口上截面处产生水平裂缝;在房屋四角和部分凸出阳角的墙面因扭转作用影响和墙角刚度相对较大、应力集中原因产生的纵横两个方向的V形斜裂缝;楼梯间由于横墙间距较小,所以水平刚度较大,分担的水平地震剪力较大,但楼梯间不像别的房间有墙体和楼板组成的盒子结构,本身空间刚度较小,因此楼梯间墙体容易破坏;纵横墙体交接处由于不能保证连接质量,也容易遭到破坏;楼板和屋盖处以及房屋附属物,特别时突出烟囱、女儿墙在地震中容易产生破坏。

2.4.3　多层和高层钢筋混凝土结构。该类房屋建筑物当结构布置不当,平面形状和刚度不对称时,地震中会产生显著的扭转破坏;存在明显的层间薄弱层,如转换层,在地震作用下,会形成应力集中,率先屈服产生破坏;梁、柱往往因设计、施工原因在柱顶、梁端、梁柱节点处最先产生破坏;填充墙体由于抗剪能力和变形能力不足,缺少有效拉结在地震力反复作用下,容易产生斜裂缝破坏;强震作用下,剪力墙破坏最先产生在开洞的剪力墙上,表现为连系梁和墙肢底层,这是因为洞口应力集中,连系梁端部对外力敏感,当抗剪不足会产生剪切破坏。

3、思考意见

3.1　新建房屋建筑物时,要科学选址,尽量避开可能发生滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷等灾害区域,要科学设计房屋建筑物体型,不要一味追求标新立异,选择具有相应资质设计和施工单位进行设计和施工,加强工程监督,严把材料和工程质量关,提高房屋建筑物抗震能力。

3.2　房屋建筑物在使用中要加强日常使用管理。在装饰装修中,不能随意打掉隔墙和承重墙,不能随意在墙体上开门凿洞和窗改门,破坏墙体和房屋建筑物的整体性、强度和抗震能力,不能随意增加使用荷载。对较早建造的房屋建筑物,由于当时抗震设防标准较低,可以委托相应资质单位进行抗震鉴定和加固,提高抗震能力。

4、结语

人定胜天,虽然地震灾害不可避免,但只要通过我们的努力,科学研究房屋建筑物抗震能力的相关因素,时刻提高抗震意识,地震带来的损失可以降低到最小程度。

参考文献

[1]朱伯龙,张琨联,建筑结构抗震设计原理,同济大学出版社,1994

[2]住房和城乡建设部主编,建筑抗震设计规范(GBS0011-2008),北京:中国建筑出版社,2008

[3]徐有邻,汶川地震震害调查及对建筑结构安全的反思,中国建筑工业出版社