2013年木里、盐源交界地震震中区建筑物抗震性能分析

褚孝远，戴仕贵，刘玉法

(四川省地震局，四川 成都 610041)

2013年11月22日，木里、盐源交界处先后发生了Ms3.4、Ms4.1及Ms3.7级3次地震，震中位于凉山州木里县项脚蒙古族自治乡境内，地理位置为27.9°N，103.4°E，震源深度分别为8 km，13 km和9 km，属于浅源地震。当地震感较为强烈，有感范围西达木里县城(震中距13 km)，东至锦屏电站(震中距38 km)。众所周知，房屋的抗震性能问题一直是地震易发区防灾减灾工作中房屋安全的主要问题。纵观世界上众多地震灾害中，房屋破坏是造成人员伤亡及财产损失的主要方式［1-2］，因此，居住房屋的抗震性能问题再强调都不为过。本文在现场调查的基础上，通过对震中区房屋破坏情况的详细调查，给出了本次地震序列的地震烈度图，并分析了震区内主要建筑物的震害特点。

1 地震地质背景

3次地震的震中位于木里弧形构造带内(参见图1)，该区域中的断裂带包括博科断裂、光头山断裂、后所断裂及小金河断裂，断裂具逆冲性质，断裂活动性研究显示其最新活动时代为中更新世。历史上记录的1955年4.7级地震及1980年5.8级破坏性地震发生在该断裂带的西段。震区地貌上表现为典型的高山峡谷地貌，谷底高程一般为2 100 m，山顶高程一般为3 700 m，相对高差超过1 000 m。小金河在震区以南自西向东展布，震区以东约38 km处为锦屏大坝坝址，目前处于蓄水状态。

图1 震区地震构造图

2 建筑物类型

震中区位于四川省偏远的山区，距离木里县城约3个小时的车程。这一地区建筑结构较为单一，按照建筑材料的不同，震中区建筑可以分为夯土墙结构、木结构及土木结构，大部分建筑为夯土墙结构，约占80%，其次为土木结构，占18%左右，后为木结构，约占2%，各种结构所占比例如图2所示。

2.1 土木结构

土木结构建筑形式(参见图3a)与川西藏式建筑物类似，占调查总数的18%左右。基础一般为经过简单压实的碎石，墙体为夯土墙，夯土墙厚度一般30 cm。房屋的上部用经过加工的木材拼接而成，木板厚度一般视采用的木材半径而定，一般为5 cm，屋顶采用传统的木桁架—小青瓦结构。

图2 震中区建筑结构组成

2.2 夯土墙结构

夯土墙结构(参见图3b)为震区的主要房屋结构形式，不论是彝族房屋还是蒙古族房屋，大多采用此类结构，约占调查总数的80%。该类房屋结构基础一般经过简单夯实或者半填半挖。墙体一般就地取材，为第四系残坡积物，碎石含量较大，墙体厚度一般为30 cm，这与当地气候有关，厚度大的墙体可以抵御极大的温度差异，满足保温需求。该类建筑一般为一到二层高，一层房屋屋顶一般为厚重粘土层屋顶或者木桁架的小青瓦结构。粘土层屋顶与藏式建筑的萨嘎屋顶层类似。如果房屋为二层，屋顶一般为木桁架的小青瓦结构。显著特点是建筑一般依据地形而建，底层为牲畜间，顶层住人，这种结构形式与云南地区的彝族房屋类似。

2.3 木结构

木结构房屋如图3c所示，房屋整体均为木质组成，木质为树木粗加工拼接而成，纵墙与横墙为榫卯连接。这种结构类似于藏式建筑的木结构，其整体性好，延展性好，质量轻。该类建筑占调查总数的2%左右，可能是由于保护植被的缘故，大量使用木材受到限制，此类房屋数量很少。

图3 震区三种结构房屋

3 建筑物抗震性能分析

由于灾区地处四川省偏远高山峡谷区域，众多建筑物依山而建，地基沉陷、施工工艺、结构布置不合理，裂缝继承性发展等问题突出，故在此次地震中出现较重的破坏。

3.1 地基沉陷

如前所述，灾区许多房屋地基为半挖半填基础，在地震作用下，填土区向临空面发生不均匀沉降，引起建筑物拉裂。如图4所示，该点位于项脚组，二层的夯土墙结构房屋建立在山坡上，基础填土区顺斜坡走向发生沉降，将墙体贯通性拉裂。

3.2 施工工艺问题

在夯土墙墙体夯筑过程中，先夯筑层未形成台阶状，而是形成垂直的施工缝，地震过程中沿垂直的施工缝形成裂缝，拉裂墙体(参见图5a)。图5b显示，土木结构的承重木柱直接位于石头上，一是基础并未夯实，二是木柱与基石并未连接，这种结构对水平向的地震剪切力几乎无抵御能力。图5c显示，檩木直接放置在夯土墙体内，未设置横向垫木，更易于造成应力集中而对墙体形成压剪裂缝。

3.3 结构布置不合理

结构物水平向及垂直向的布置合理与否直接影响到结构的抗震性能。一般来讲，在同样的地震荷载下，平面及垂向布置规则的建筑物抗震性能优于不规则建筑物。如图4b所示，第二层的建筑物，顶层突出出来，一是容易形成边稍效应，二是接触面容易产生碰撞破坏。

3.4 震害叠加问题

震区主要的地层为砂质板岩，是第四系残坡积层，农村自建夯土墙房屋材料就地取材，这种残坡积层本身力学性质差，况且角砾石含量高。由此而夯筑的墙体抗剪、抗拉性能较差。在第一次地震中，房屋易形成竖向裂缝，若再遭遇震群叠加，裂缝则明显加宽和加长，从而对房屋形成破坏，甚至毁坏整栋房屋(参见图6a)。

3.5 震区建筑物的抗震措施分析

(1)水平系杆。如图6b、c所示，夯土墙体中在某一部位放置水平系杆，有效的增强了墙体的整体性，阻止了竖向裂缝的发展(参见图6b)，提高了墙体的抗震性能。图6c显示裂缝沿拉结杆接缝处形成，充分显示水平系杆在地震过程中起到了重要作用。此类方法在藏式建筑中较为常见，尤其在青藏高原腹地及巴基斯坦［3］等中东国家的建筑物中多见。(2)轻质屋顶。灾区大多数屋顶采用木质桁架支撑的小青瓦屋顶(参见图7)，这种屋顶质量轻，减轻了房屋的整体质量，有效的降低了房屋底层的剪切力，而且也易于与墙体连接，房屋整体性较好，是抗震的有利因素。唐山地震、汶川地震及芦山地震中，大量的房屋震害表明，轻质屋顶更易于抗震。

图5 灾区建筑施工工艺

图6 (a)裂缝的继承性发展，(b、c)墙体中的水平系杆

图7 木桁架小青瓦屋顶

3.6 夯土墙结构

(1)竖向裂缝。这是该类建筑物中最为突出的破坏特征(参见图8b)。该类裂缝形成的主要原因是因为墙体本身的力学性强度不足，加之地基不均匀沉降、施工因素等综合作用，易于形成竖向裂缝;(2)墙体平面外破坏。在纵墙和横墙的连接处，由于缺乏有效的连接，在水平地震动作用下，极易造成纵墙外闪(参见图8a)。

3.7 土木结构和木结构

缺乏整体性。上部木结构未有效地与基础连接(参见图8c)，在遭遇更大地震动或者地震动持时时间长时极易形成基础塌陷。该类建筑在地震中表现很好，未发现有破坏现象，在历次地震中均表现令人满意。如汶川地震和克什米尔地震等［4］。

图8 灾区结构破坏方式

4 讨论和结论

本次调查点主要集中于木里县项脚乡项脚村、羊窝子村及甲一村，房屋的结构类型主要为土木结构、夯土墙结构及木结构，调查的100户房屋中，约占80%的房屋产生了不同程度的破坏。调查中未发现崩塌、滑坡、砂土液化等地质灾害现象，未有人员伤亡。按照中国地震烈度评定表，调查点的地震烈度均为Ⅵ度，如图9所示，烈度图呈椭圆形，长轴方向为45°，长轴约为5 km，短轴长度约为3.5 km，面积约为14 km2。值得注意的是本次地震的震中并未出现在我们圈定的烈度圈内，主要原因是由于灾区村寨分布分散，震中区附近无建筑物分布，而烈度主要跟人类建(构)筑物有关。本次地震震中附近并无强震台，使得我们无法获得地震记录而进行进一步分析，鉴于灾区的地质构造条件及对地震趋势的进一步研究，建议增设强震台。本次地震序列中，地震造成的房屋破坏超过了预期，其主要原因是灾区的房屋抗震性能差，在建设过程中，几乎未考虑抗震因素，而这些偏远山区基本上都位于地震多发地区，房屋的抗震性能直接关系到人民的生命、财产安全，这无疑是潜在的隐患。加上连续的小地震发生，使得地震的叠加效应明显。在第一次地震中，房屋产生细微裂缝，在第二次、第三次地震中，裂缝进一步继承性发展，最终形成贯通墙体的裂缝。还有震区位于高山峡谷区，由于民族居住村寨一般都位于高山山坡，由于地貌效应的影响，山体上段的峰值加速度一般会大于山谷，使得震害加重。在历次地震中，土木、夯土墙结构抗震性能均表现低劣，这种夯土墙结构的房屋一旦产生墙体贯通性裂缝，修复的难度较大，基本属于毁坏。现场调查中，虽然目前大部分房屋并没有倒塌，但是随着小震的进一步发展或者在强降雨等极端天气下，无疑震害会进一步加重。而木结构显示了较好的抗震性能，目前的研究显示木结构可以抵御0.6 g的加速度而保持结构不坏，无疑木结构是一种良好的抗震类型。

通过对灾区的详细调查，可以初步得到以下结论:(1)灾区最大烈度为Ⅵ度，面积约为17.5 km2;(2)灾区建筑破坏主要集中于农村，夯土墙及土木结构抗震性能差，显示了极高的结构易损性，而木结构表现良好;(3)结构破坏主要表现为地基不均匀沉降、墙体竖向裂缝、纵墙外闪等，主要原因是由于地基处理不当、结构整体性差、结构布置不合理及施工工艺不规范等，农村房屋的抗震问题仍然是防震减灾工作中突出问题。

［1］清华大学，西南交通大学，重庆大学，等.汶川地震建筑震害分析及设计对策［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［2］Steven L.Kramer.Geotechnical earthquake engineering［M］.USA，prentice-Hall inc.Simon and Schuster/A Viacom Company.1996.

［3］Jitendra K Bothara1 and Kubilây M O Hiçy|lmaz，General observations of building behaviors during the 8thOctober 2005 Pakistan earthquake［J］.Bulletin of the New Zealand society for earthquake engineering.2008.

［4］J.Hans Rainer and Erol Karacabeyli.Performance of wood-frame construction in earthquakes.12WCEE，2000.