浅析汶川地震中教学楼建筑震害原因

范琳琳

0 引言

北京时间2008年5月12日14时28分，在我国四川省汶川县发生了里氏8.0级特大地震。震中位于汶川县的映秀镇(东经103.4°，北纬31.0°)，震源深度14 km。此次地震不仅造成灾难性的破坏，其影响波及到全国绝大部分地区，是建国以来大陆地区发生的破坏性最为严重的一次地震。

相对大空间人员密集的教学楼在地震作用下发生严重破坏，给人们的生命财产带来了巨大的损失。地震引起的中小学教学楼倒塌受到社会各界关注。作者结合震害资料对此次地震教学楼建筑的抗震问题进行了分析，从中得到一些认识。

1 教学楼建筑震害

我国中小学教学楼建筑多为砖混结构和框架结构，本次地震中学校遭遇了比办公、住宅及厂矿类建筑更严重的大规模的破坏。教学楼建筑震害的结构形式及其特点主要有:

1)砌体—木屋架结构:

由于砌体、木材就地取材，材料经济，村镇教学楼建筑中少数采用这种结构。但是这种结构的砌体墙和砌体柱强度相对较低，且大多数年代较长，在地震中发生屋面破坏和局部倒塌(如图1所示)。然而这种结构一般是单层的，木屋架自重又比较轻，造成的人员伤亡并不是很多。

2)砖混结构:

地震区村镇的教学楼多采用砖混结构。这类结构在地震区数量最多，震害也严重，主要震害现象包括:墙体开裂、倒塌、纵横墙连接处破坏、钢筋混凝土预制板脱落、楼梯间破坏等。破坏特点一般都是结构体系不合理或抗震构造措施不足引起的。如图2所示，雁门中心小学教学楼预制板拉结筋不足导致破坏。

3)框架结构:

本次地震中，大多数框架主体结构震害较轻，破坏主要发生在围护构件上。此外，由于在结构设计时填充墙是不考虑其承载性能，按照纯框架进行设计的，只是将填充墙体的重量当作外荷载加到计算模型上;在抗震验算时，考虑填充墙刚度的影响，对框架的自振周期进行折减，从而使得框架梁的实际刚度增大，在实际框架结构震害中，出现大多数的“强梁弱柱”破坏，未能实现“强柱弱梁”的破坏机制。

2 震害分析

从以上震害情况可以看出，造成教学楼建筑破坏的原因很多，既有结构体系不合理、抗震构造措施不足等工程技术方面的原因，也有不按规程施工等原因。本文从工程技术方面进行了教学楼震害分析。

2.1 结构体系不合理

灾区学校教学楼大多采用横墙承重的砖混结构。砖混结构属于脆性材料，抗拉和抗剪强度都很低，在大震作用下，易发生剪切破坏，从而导致房屋的破坏和倒塌;楼屋盖大多采用预制空心板，整体性差。学校由于其使用功能的要求，空间跨度大。为了保证教室有良好的自然采光和通风，在纵向需要布置大量的采光窗，窗户洞口较大，削弱了纵墙的刚度。在地震作用下，纵墙发生倒塌或窗间墙产生“X”形裂缝(如图3所示)。

部分教学楼采用框架结构，其中以单跨钢筋混凝土外廊式教学楼为典型。这种外廊悬挑式结构，一旦发生大震，纵、横墙刚度不均匀，很容易发生扭转破坏。而这种结构只有一道抗震防线，在地震作用下，某个柱因抗弯能力不足，发生屈曲破坏，很容易形成整体不稳定的结构，从而产生连锁倒塌效应。这类结构体系在这次地震中，普遍发生了不同程度的震害，少量工程破坏相当严重，已接近倒塌。

此外，非结构构件的损伤也造成了严重破坏。作为逃生通道的楼梯间破坏(如图4所示)，造成了相当的人员伤亡。经分析，其主要原因是:教学楼中楼梯一般设在房屋的尽端，削弱平面内刚度，在地震作用下，建筑物端部受扭厉害，发生破坏;楼梯板筋不足或者搭接不好，大震作用下，就会出现受拉屈服或者拉断，从而导致楼梯间严重破坏。

2.2 抗震构造措施不足［3，4］

根据规范要求，低烈度区可采用预制空心板，但必须采取一些构造措施来保证结构的安全性。砖混结构必须在预制板周围按规范规定设置现浇钢筋混凝土圈梁，并且在板面和板缝内加拉结筋;墙角处要设钢筋混凝土构造柱、圈梁。圈梁、构造柱是砖混结构房屋的一种经济有效的抗震措施。教学楼等横墙较少的房屋，应按要求设置构造柱。设置圈梁、构造柱可以明显改善多层砌体房屋的抗震性能，减轻震害。但在灾区，多数教学楼并没有按要求设置圈梁和构造柱，使得这类建筑在遇到大震时，发生倒塌。

还有一些框架结构填充墙墙顶未见斜砌砖顶紧，也是造成填充墙破坏的原因。框架结构一般采取填充墙与框架柱、梁周边嵌实做法，或者通过拉结筋来加强框架和填充墙之间的联系，有利于填充墙整体的稳固和防止裂缝的生成。

3 结语

汶川地震给人们带来了严重的生命和财产损失，值得土木工程师们深思。总结地震灾害将会对建筑物抗震性能更加了解。本文通过对教学楼建筑震害分析，得到以下认识:

1)学校教学楼作为人群密集的地方，应提高抗震设防标准。在国外，学校是最安全的地方。然而，在我国，学校教学楼在地震中却几乎经不起地震考验，从而导致我国地震造成的损失巨大。我们应该借鉴国外的先进经验，吸取这次地震的教训，完善《建筑设计抗震规范》，以保证教学楼建筑在地震作用下做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

2)作为土木工程师们，应严格按照现行国家规范进行设计。重视结构概念设计和构造措施的作用。概念设计涉及的面较广，土木工程师应从工程场地选择、结构布置、设置多道抗震防线等方面严格考虑。避开对建筑抗震不利的地段，结构布置要规则，不要只从美观效果来考虑。此外，合理设置构造措施的建筑物在地震中表现出了良好的抗震性能，这就要求结构工程师们必须重视构造措施的作用。

3)填充墙对框架结构的抗震作用不容忽视，在结构设计时应适当考虑。由于填充墙与框架结构相互作用的复杂性，填充墙对框架结构的抗震影响不易确定，利弊兼有。填充墙作为非结构构件在以往的设计中考虑不够全面，此次震害比较严重。在以后的研究中应该通过试验等方式对其进行更深入的分析。

4)楼梯作为逃生通道必须采取可靠的措施，防止地震发生时楼梯的承重墙或围护墙倒塌伤人。

［1］ 清华大学，西南交通大学，北京交通大学土木学院土木结构专家组.汶川地震建筑震害分析［J］.建筑结构学报，2008，29(4):89-92.

［2］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［3］ 林树枝.汶川地震灾区学校建筑的震害分析［J］.福建建筑，2008(10):12-15.

［4］ 王社良.抗震结构设计［M］.武汉:武汉理工大学出版社，2003.

［5］ 王宇新.5·12震后茂县建筑物受损初步调查与分析［J］.山西建筑，2009，35(11):54-55.