剖析5.12地震中的房屋倒塌
角度:建筑设计、施工、规范、房屋现状
素材来源:新闻视频资料、成都及灾区实地踏勘、地震历史文献、
文字编写方式:网络文字汇编、个人专业知识解析和经验总结
目的:让更多的人明白生存现状,正确面对大自然,创建更加可靠的安居乐业环境,表达个人的行业观点和建议


一、关于地震的基本知识点
(一)名词解释: 
1、地震震级:  震级是表征地震强弱的量度,菜依林通常用字母M表示,它与地震所释放的能量有关。一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的所具有的能量。震级每相差1.0级,能量相差大约32倍;每相差2.0级,能量相差约1000倍。也就是说,一个6级地震相当于325级地震,而17级地震则相当于10005级地震。目前世界上最大的地震的震级为8.9级。



2、地震烈度:   地震发生时,人们通常用地震烈度来描述地面遭到地震影响和破坏的程度,简称烈度。烈度大小是根据人的感觉,室内设施的反应,建筑物的破坏程度以及地面的破坏现象等综合评定的,它的单位是度。用来划分地震烈度标准的是地震烈度表。不少国家根据本国实际制定了地震烈度表。我国现行的《中国烈度表》,最低为一度,最高为12度。一度时人完全感觉不到;三度时少数静止中的人有感;四至五度睡觉的人会惊醒,悬挂物摇晃;六度时房屋损坏,墙体微细裂缝;七至八度破坏,地面裂缝;九至十度房屋倒塌,地面破坏严重;十一至十二度为毁灭性的破坏。


3、地震波: 震源及其附近,震动一开始都表现为冲击式的,然后形成规则的波,向四周传播出去,这种波称为地震波。地震波是一种弹性波,岩石中各质点有规则地震动并依次传导,然后各自回到原来静止的位置。质点从静止位置到波峰的高度或波谷的深度,叫振幅;从波峰到波谷的全部振动幅度叫双振幅;从波峰到波峰或从波谷到波谷之间的距离叫
波长;波前进一个波长的时间叫周期,地震波包括体波和面波,体波又分为纵波和横波。弹性体内质点振动方向与波的前进方向相同的叫纵波(也叫p波或压缩波),它是引起地面颠簸的地震波,这种波在地壳中传播速度较快,每秒钟达5—6公里。弹性体内质点振动方向和波的前进方向互相垂直的叫横波(也叫s波或剪切波),它是引起地面物体水平摆动的地震波。横波在地壳中传播速度较慢,每秒钟仅为3—4公里。地震静波传到地表,产生一种沿地球表面传播的波,很象平静的湖面上投石后产生的水波,这种波称为面波(也叫L),它的传播速度最慢。强烈地震发生时,首先是纵波到达地表,引起地面上下颠簸,接着横波到达,开始左右(或前后)摇摆。纵波和横波以不同角度与地面接触,加上面波的作用,使地表产生复杂的震动,造成各种破坏现象,出现山崩、地裂、喷沙、冒水、滑坡以及建筑物的倒塌、人畜伤亡等。



(二)历史回顾
百年来中国大地震
  1920 海原地震
  1920121620553秒,宁夏海原县发生震级为8.5级的强烈地震,震中烈度12度,震源深度17公里,死亡24万人,毁城四座,数十座县城遭受破坏。
  1927 古浪地震
  192752363247秒,甘肃古浪发生震级为8级的强烈地震,震中烈度11度,震源深度12公里,死亡4万余人。
  1933 叠溪地震
  1933825155030秒,四川茂县叠溪镇发生震级为7.5级的大地震,震中烈度10度,叠溪镇被摧毁。
  1950 察隅地震
  195081522934秒,西藏察隅县发生震级为8.5级的强烈地震,震中烈度停工令的通知202112度,死亡近4000人。喜马拉雅山几十万平方公里大地面目全非,雅鲁藏布江被截成四段。
  1970 通海地震
  1970151034秒,云南省通海县发生震级为7.7级的大地震,震中烈度为10度,震源深度为10公里,死亡15621人,伤残32431人。
  1976 唐山大地震
  1976728342分发生于河北唐山的地震,震级7.8级,震中烈度11度。同日1843分,在距唐山40余千米的滦县又发生7.1级地震,震中烈度9度。唐山市区建筑物多数基本倒平或严重破坏,铁轨发生蛇形扭曲。242769人死亡,164851人受伤。

(三)中国的地质现状

  1、中国地震活动频度高、强度大、震源浅,分布广,是一个震灾严重的国家。1900年以来,中国死于地震的人数达55万之多,占全球地震死亡人数的53%1949年以来,100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、直辖市),其中涉及东部地区14个省份,造成27万余人丧生,占全国各类灾害死亡人数的54%,地震成灾面积达30多万平方公里,房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。

2、我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是:中国省省省及其附近海域;西南地区,主要是西藏、四川西部和云南中西部;西北地区,
主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓;华北地区,主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾;东南沿海的广东、福建等地。我国的中国省省省位于环太平洋地震带上,西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上,其他省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。
由此可见,我们生存的自然环境并不优越,只有尊重自然才能与地球和谐的共存。

二、从专业角度说明现行建筑设防现状

上海景点   1、我国建筑物设防标准是6度到9度(地震烈度),在9度设防的地区建筑物都不允许超过三层。

   2、此次发生地震的四川汶川等地,房屋抗震设防的标准是7度。房屋设防标准与地震等级不同,7度与震级相对应该是5级左右地震,新修订的汶川地震是8级,烈度达到11度,远远超出了房屋设防的标准。


   3、国家对各地设防标准的设置也是经过很多方面因素综合的,每提高一个设防标准,建筑的投资就要提高10%

   4、汶川、北川、都江堰、成都等城市抗震设防烈度为7度,本次地震的等级高达8.0级,如果按照抵抗8级地震的标准来设计,那么当地的设防标准就要达到11度,这一标准远远超过了国家设防标准。

    5、目前一般民用建筑的设计使用周期为50年。
   
从以上我们不难看出,由于过去的国家经济的状况制约
三、5.12地震房屋倒塌分析

(一)本次地震破坏力的方式

      1、在本次地震中,波及地区的成都市区民众都有相似的感受(在此细化为):整个大地竖向猛烈跳动了3-4次后,停顿约半秒钟时间开始横向左右摇摆,起初摆动频率约1秒钟,后来逐步加强,30秒后达到约3/秒并保持,约一分钟内有纵横两向震波以及反射回波合力产生旋转应力(复杂面波)而且频率极高,致使人脑由晕瞬间麻木,约2分钟开始绝望。(注:本人楼层亲身感受,当事地面在场人员口述看见建筑物有扭转现象,事后都江堰踏勘一建筑屋顶框架八角楼柱子扭断倾倒姿态)

     公公偏头痛 歌词从地震的破坏力方式来讲,地震开始那几秒的竖向震动(纵波)是最具有破坏性质的,其对建筑物产生巨大的垂直冲击力并在地球引力作用下,高速高频地对建筑结构施加竖向N倍的荷载,而后产生的水平波(横波)又是大多数房屋倒塌的直接元凶,而地震旋转合力是造成房屋瓦解蹦离的杀手(面波)。有了速度就有了杀伤力,即便质量再小的物体。

     2、在震中临近地区,我们看到倒塌的建筑不是很多,特别是在汶川城区,但80%的建筑物虽然表面损伤不大,但其内部墙体结构破裂损伤却很厉害已经不能居住了(成都电视台有报道)。这说明在震中竖向纵波表现强烈频率高,而水平横波的波长超出了震中城市
范围的跨度,因此少了房屋倒塌的直接因素,从而也几乎失去了产生旋转合力的条件,留下了许多身负内伤的未倒建筑,许多的山体岩层脆断滑坡。然而震中正上方的映秀城却受到强烈地震纵波的毁灭打击。

     3、在震中地区空间直线距离40-60公里范围的城市,我们看到了大量的倒塌房屋,几乎是整个城市的毁灭,特别是处在地震带边缘的地方。他们主要是因受到震中水平主横波波峰的第一、二轮冲击,并夹杂不同波长的横波袭击,还有旋转合力的折磨,顷刻间,无论砖瓦结构还是木制结构,以至于砖混、框架结构都散了,都倒了。(如北川、绵竹、都江堰)
(二)本次地震倒塌及破坏的房屋种类

     1、倒塌的城镇统一建房:砖瓦结构平房(50-60年代甚至更早),早期砖木结构楼房(1976年前的建造),中期砖混结构的多层楼房(王智低调现身民政局领证1976年后建造――-80年代中期有抗震构造标准),近期建造的砖混结构和部分大跨度框架预制楼板结构楼房(80年代初期—90年代初期)


     2、倒塌的乡村建筑:土木结构平瓦房(60-70年代甚至更早的房屋),农村单户自改造房屋(凭传统经验建筑,无建筑设计保障,80年代后期开始出现到90年代中期),农村小镇集中规划用地居民自建房屋(90年代中期开始出现,仍未有建筑设计保障),乡村小镇公用建筑,如学校、医院、事业单位部门用房普通砖木和砖混结构居多(有设计保障,但由于经济落后老房更新迟缓,至今延用70年代房屋较多)

     3、破损严重未倒建筑:80年代末期开始修建的部分砖混多层结构,90年代初修建的底框砖混结构,部分80年代中期修建的框架结构公用建筑

     4、结构轻伤但墙体破损严重的建筑:部分80年代中期开始修建的框架结构煤渣空心砖墙楼房,部分90年代修建的框架结构长条型多层建筑,部分2000年代后修建的框架结构加气砼砌块墙体多层建筑。

(三)房屋易破损部位分析
1、在地震区对未倒塌但成危房的建筑踏勘情况来看,无论何种结构的多层建筑,1-3楼遭受的破坏最为严重,特别是1-2楼的结构损伤巨大,4楼及以上情况好得多,这在2000年代后修建的房屋中表现特别明显。

2、房屋的山墙(两端)最先破损开裂,出现端墙脱(写到此处2005.5.25日青川6.4级突发)坠。

3、房屋长方向的外墙以及阳台挑梁,外走廊挡板倾覆。

4、建筑物楼梯间边墙及楼梯板平台梁。(本次地震中破损严重未倒塌建筑,无论框架还是砖混结构情况基本一样)

(三)倒塌房屋与基础形式

     1、本次地震中,在城市市区瓦解倒塌的房屋多为砖混结构楼房(多数为底层崩溃后倒
塌);砖混结构房屋在70-80年代以刚性条形基础居多,78年前的砖混结构基本为素砼条基,基础埋深在1.5谷智鑫图片米左右,有的三层左右的楼房基础埋深在1米左右(砼条型基础无钢筋设置,只是砼厚度和宽度较柔性条基大,柔性条基内配有钢筋),部分建筑为打桩地基的条型基础。在小城镇砖混多层建筑以毛石基础为普遍.在灾区都江堰我们发现,同一排紧相连的几栋同高度同体量同时期修建的砖混结构居民楼,在中间有一栋倒塌了,其两侧的楼房只有不大的外伤,这样的倒塌让我们不仅质疑该栋楼的施工质量,更怀疑其地基处理和基础设置,当然对于浅基础楼房下的具体地质变化状况是最关键而复杂因素。

     2、框架结构房屋在灾区倒塌的也有一部分,多数为框架梁柱、预制板楼面结构,这些房屋多数为上部楼板脱落后打击下层并依次击破到底楼,崩溃后侧向挤柱梁,并在地震横波长时间作用下倒塌,但一楼的柱子和梁几乎还存在,这说明同样的抗震设防等级框架的底层比砖混结构底层结构要牢固,在地震的头10秒时间里(地震纵波破坏来临时)框架结构楼房留给了人们宝贵的逃生时机。要是我们灾区的学校和医院的框架楼房用的是全现浇楼板的话,能逃出来的孩子和大人们将多很多。框架结构的建筑基本都是采用柱下独立基础,有的独立基础下有预制桩打桩地基处理(费用高一些),90年代开始应用人工挖孔桩
连接独立柱基础,其基础持力和抗倾覆能力更强一些。

     3、在灾区未见深基础的框剪结构、筒剪结构小高层及高层建筑有蹦离倒塌现象,有外墙冰口,墙皮脱落现象。这种建筑多为带地下室的板式基础、筏式基础、箱型基础等,一般埋深都超过3米以上。