单面外走廊砖混结构教学楼抗震能力分析

摘要：本文统计了四川、甘肃和陕西地区从烈度为Ⅵ ～Ⅺ度地区的四十余幢该类教学楼，得到较高的烈度（8度及以上）对单面外走廊砖混结构教学楼的高度和层数不敏感，均产生了严重破坏或倒塌，7度区中等破坏，6度区轻微破坏的结论。

关键词：单面外走廊砖房教学楼；抗震能力

Abstract: in this paper the statistics in sichuan, gansu and shaanxi region from intensity of Ⅵ ~ Ⅺ degrees of more than 40 house in this building, get a higher intensity (8 degrees and above) to the corridor outside brickconcrete building single the height and layer not sensitive, all had a serious damage or collapse, 7 degrees district medium damage, 6 degrees area of the destruction of slight conclusion.

Keywords: single brick building the corridor outside; Earthquake-resistant ability

中图分类号： TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：

在汶川“5.12”大地震中，学校建筑倒塌比例很高，导致大量学生伤亡。其中，单面外走廊砖混结构由于其演变的历史、经济性、较符合教学采光要求等原因大量存在。如在西部中小学校舍中占75%的砌体结构教学楼，其中单面悬挑外走廊砖房就占37%。本文调查了四川、甘肃、陕西省等几个重灾区以及烈度较轻的一些地区四十余幢单面外走廊砖混结构教学楼进行统计分析，总结其震害表现，寻找其倒塌破坏机理，并对该类建筑进行抗震能力分析，期望在以后教学楼建设时充分考虑如何使用该类结构体系和使用时的结构处理措施时借鉴。

1单面外走廊砖混教学楼的演变历史

根据我国中小学班级学生人数的有关规定，教室一般长约9～10m，宽度约6～7m，面积约60m2左右，由于学生人数多，教室对通风和采光要求较高，为便于疏散一般教室前后均开门。随着历史的变迁，一层砖木结构平房教室逐渐由一层发展至二层，甚至多层，并最终发展至目前所见到的多层单面外走廊砖混结构教学楼（如图1所示）。

（a） （b） （c）

图1 单面外走廊教学楼的演变

（a 一层砖木结构教室 b 二层砖混木结构屋顶教室c单面外走廊砖混结构教学楼 ）

2单面外走廊砖混教学楼在汶川地震中的表现

单面外走廊砖混结构教学楼从其演变历史及教学用房的功能要求而言，导致该类建筑横墙很少，由于开窗要求纵墙又削弱严重，通道多数为悬挑走廊来解决，因此产生了一些结构性缺陷，如整体性差、多余度不足、质量分布不均、混杂结构等，并在汶川地震中得到了验证，产生倒塌或严重破坏。

从公开资料及笔者现场调查的四十余幢单面外走廊砖混结构教学楼[1～3]，对不同烈度区该结构的震害进行统计分析，结论如下。

1.1 不同烈度区震害

11度区，6幢单面外走廊式教学楼，4个五层和1个三层均全部倒塌，1个二层小开间以办公室为主的北川希望小学的教学楼，由于每开间设构造柱，未倒塌但破坏严重。

10度区，11幢教学楼，其中5幢构造柱未设置或不足的倒塌或局部倒塌，6幢严重破坏，其中西南设计院设计的两幢教学楼，2～4层每3开间设置了外廊柱形成了三柱两跨体系，保证了结构的整体性，使得在强震作用下纵横墙开裂严重，但裂而不倒。

9度区，14幢教学楼，11幢严重破坏，3幢中等破坏。3幢中等破坏中2幢教学楼外廊每3开间设置了外廊柱，结构形成三柱两跨有机的整体，只有部分纵横向墙体严重破坏。

8度区，4幢教学楼，2幢严重破坏，2幢中等破坏。

7度区，3幢教学楼，1幢4层无构造柱教学楼倒塌，1幢每开间设置构造柱、层层设圈梁的座落在山顶上严重破坏（高耸孤立的山丘放大了地震效应，估计提高了1度），套用同一图纸的另一教学楼在山下则基本完好。

6度区，3幢教学楼，轻微破坏，主要损伤出现在门窗洞口角部斜向裂缝。

可见，在统计的四十余幢教学楼中，单面外走廊式结构体系倒塌和破坏严重，有研究者已经提出了对单面外走廊校舍的重视[6]。综上所述，该类教学楼在汶川地震中的表现：在8～11度高烈度区，教学楼基本为倒塌或严重破坏；7度正规设计施工的为中等破坏或轻微破坏；在6度以下区，基本均为轻微破坏或基本完好。

1.2 教学楼震害特征

除完全倒塌之外的教学楼，该类结构出现以下震害特征：轻微和中等破坏主要表现在纵墙门窗洞口的斜向裂缝，横墙单向或交叉裂缝；严重破坏则是纵横墙体严重交叉裂缝，4层以上多伴有纵（横）墙水平裂缝；倒塌则往往从纵向窗间墙体交叉裂缝出现滑动移位，失去竖向承载能力，牵连横墙倒塌，或出现倾覆弯曲倒塌。纵墙成为了单面外走廊教学楼的薄弱环节。典型破坏照片下见。

图2 教室横墙交叉裂缝

图3 挑梁下的柱移位断裂

1.3 教学楼不同层数震害特征

砌体结构教学楼层数分布在2～5层，3层和4层居多，在极震区和高烈度地区单面外走廊式教学楼对层数不敏感，均产生了较为严重的破坏、局部倒塌或整体倒塌。可见，单跨外走廊式砌体教学楼，不宜建造在高烈度地区。在中烈度区，4层及以上教学楼出现了倾覆弯曲破坏，3层以下仍以剪切破坏为主，表现为窗间墙角部的斜向裂缝，到部分墙体出现交叉裂缝，但均未出现明显的墙体滑移或错位，尚有一定的竖向承载能力。

3典型单面外走廊教学楼综合抗震能力分析

单面外走廊式教学楼，是在一层砖混结构逐渐发展起来的一种能够满足教学采光的结构体系，同时为了满足一个班级学生人数的要求，教室一般较长，约2～3个开间，中间布置1～2根混凝土大梁，大梁支承在窗间墙上或砖柱或混凝土柱上。教室之间由横向墙体隔开。从结构体系上单面外走廊教学楼就存在着先天的缺陷，地震前一致未受到重视，地震后如何使用该类结构又未达成共识，本文就该结构致命缺陷简述如下，期望对该结构的去留决策起到帮助作用。

（1）结构冗余度不足，荷载路径单一。在高烈度地区该类教学楼出现大量倒塌，其主要原因就在于冗余度不足，只依靠前后两片单薄的纵向墙体传递竖向荷载和抵抗纵向水平地震作用，实际上当开窗之后就只剩窗间墙体来传递和抵抗荷载作用，无备用途径，亦无多余约束，结构某一墙体一旦破坏失去竖向承载能力，结构便会出现倒塌。

（2）结构质量分布不均。单面外走廊式建筑一侧伸出一定长度的悬臂，支承外走廊及栏杆，结构质量中心向走廊方向偏移，学生逃生时又集中在外走廊，使得结构前倾，加重了已经不堪重负的窗间墙体或柱，使得墙体或柱压碎酥裂（见图6）导致结构整体倒塌，或整体弯曲破坏。

（3）纵向过于单薄。此类结构体系纵向墙体数量过少，且前后墙体只是依靠楼板或圈梁以铰接的方式联系，无法形成整体作用，各自受力，被地震逐个击破。纵向墙体为了满足采光和疏散的要求，前后墙体开窗，前纵墙在教室前后开设门洞口，严重削弱了墙体刚度，在加上由于门窗间墙体、门门间墙体、窗间墙体的刚度及受力性能的不一致性，导致隔墙段出现序列性破坏。

（4）混杂结构。教学楼是多层混合结构形式，水平构件是混凝土楼盖，而传递竖向荷载的墙体则为砌体结构，它们在刚度协调方面仍是设计的盲区，并未进行深入研究，在水平地震作用下不同类型结构形成的结构体系的缺乏整体受力性能。竖向构件当中，混凝土大梁下往往设置混凝土柱，梁柱之间形成单跨框架结构体系，纵向由圈梁联系和砌体墙共同抵抗水平地震作用，两者的不协调会加剧纵向墙体的平面外弯曲失稳，致墙体开裂，甚至倒塌。

4结论

那么对于单跨悬挑外走廊式砖混结构教学楼是不是能够达到规范规定的设防水准呢？从统计的结果可以看出，当设防烈度为7度的地区，遭受烈度为8度的地震作用时，结构即产生了较为严重的破坏，不能满足中等破坏或更轻微破坏设防目标。因此，对于单面外走廊式砖混结构教学楼，要达到高于规范规定的乙类设防的目标，设防烈度7度以上区确实比较困难。

所以，可以得到如下结论：

（1）8度及以上设防地区禁用单面外走廊砖混教学楼，若使用应改为两跨三柱结构体系，增大多余约束，并按照规范配置圈梁构造柱加强整体性，层数不应高于3层。

（2）7度设防区，层数为3层或高于3层，难以达到乙类设防目标，宜禁用。7度2层及低烈度区单面外走廊砖混教学楼，应严格按《建筑抗震设计规范》设计。

（3）对结构体系，纵横墙的布置宜对称，两个方向刚度应接近，前后纵墙刚度应尽可能一致。

（4）窗间墙宽度和均匀性不仅仅是局部易倒塌的问题，而是决定了纵墙的抗震能力和震后竖向承载能力的大小，决定了房屋防倒塌的能力，应重点设计。

参考文献：

[1] 冯远, 刘宜丰, 肖克艰等. 来自汶川大地震亲历者的第一手资料─―结构工程师的视界与思考[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.

[2] 李乔, 赵世春等. 汶川大地震工程震害分析[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2008.

[3] 李英民, 刘立平著. 汶川地震建筑震害与思考[M]. 重庆: 重庆大学出版社,2008.

[4] 莫庸, 金建民, 杜永峰, 曹宝恒等. 高度重视外廊式单跨多层砖房的抗震设――512汶川大地震甘肃陇南地区中小学教学楼、机关办公楼外廊式单跨多层砖房震害考察体会[J]. 工程抗震与加固改造, 2008, 30(4): 60-63.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。