泸定6.8级地震学校建筑典型震害调查与分析
2023-01-16谢贤鑫潘毅寇创琦张令心朱柏洁
谢贤鑫,潘毅,寇创琦,张令心,朱柏洁
(1.中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080;2.地震灾害防治应急管理部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080;3.西南交通大学土木工程学院,四川 成都 610031;4.西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室,四川 成都 610031)
引言
2022年9月5日中午12时,四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,震源深度16 km。震中位于北纬29.59°,东经102.08°。地震造成97人遇难,另有20人失踪。经调查,地震引发的山体滑坡、落石等地质灾害和建筑物倒塌是造成人员死亡的主要原因。
应急管理部中国地震局地震现场工作小组依照《地震现场工作:调查规范》(GB/T 18208.3-2011)[1]、《中国地震烈度表》(GB/T 17742-2020)[2]等相关标准,对地震灾区200个调查点展开了实地震害调查,完成了《四川泸定6.8级地震烈度图》[3]编制工作。此次地震的最高烈度为Ⅸ度(9度),其总面积约280 km2,主要覆盖磨西镇、得妥镇、燕子沟镇和德威镇4个乡镇的部分区域。
此次地震影响范围内有大量的学校建筑,其特点是对房屋空间要求较高,室内人员密集程度高、人员流动性大,在《建筑工程抗震设防分类标准》(GB 50223-2008)[4]中被列为重点设防的乙类建筑。规范中同时要求乙类建筑的抗震设防标准应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施;抗震设防烈度为9度时,应按比9度更高的要求采取抗震措施。未经合理设计的学校建筑在地震中如发生严重破坏可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,如2008年汶川8.0级地震中,共计5 000多名学生遇难[5],学校建筑的倒塌是致死的主要原因。其中,破坏较严重的钢筋混凝土结构通常为单跨、大开间、单侧外廊建筑;破坏较严重的砖混结构通常为双向刚度不均匀,缺乏圈梁、构造柱等构造措施的建筑[6-11]。即使是地震强度低于汶川地震的近年来的几次地震,如2013年芦山7.0级地震[12]、2017年九寨沟7.0级地震[13]、2021年漾濞6.4级地震[14]和2021年泸县6.0级地震[15],也造成部分学校建筑发生了不同程度的破坏,其中,砌体结构墙体开裂,框架结构中框架梁柱开裂和填充墙破坏是学校建筑地震破坏的主要特征,对建筑物的使用功能造成了不同程度的影响。
地震发生后,课题组第一时间赶赴地震现场参与应急救援和灾损评定工作,详细调查了震区多所学校中建筑物的震害情况。文中以地震现场调查的13所学校的建筑资料和震害图片为基础,按Ⅵ度(6度)~Ⅸ度(9度)烈度区对学校建筑的震害进行分类分析,介绍了各学校建筑的震损情况,结合其建设年代和震害现象分析其震害特征和损伤机理,基于分析结果对学校建筑的抗震设计和加固提出建议,为学校建筑抗震韧性的提升提供参考依据。
1 震害调查的学校建筑概述
现场调查了泸定县、康定市、九龙县、石棉县区域内共13所学校中的16栋建筑。调查学校建筑的建成时间、结构形式、层数等基本信息如表1所示,根据应急管理部中国地震局发布的地震烈度图[3]及各学校的经纬度信息确定学校所在烈度区域,如图1所示。
根据表1可知,本次调研的学校建筑的结构形式主要为砖混结构、钢筋混凝土框架结构和钢筋混凝土框架-剪力墙结构3类。其中,砖混结构层数均为4层及4层以下;框架结构层数从2层到10层不等;框剪结构为3到6层不等。建筑建成时间跨度为1987年至2021年,其抗震设计依据的规范从我国1978年发布的《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)[16]到正在执行的2016版《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[17],共涉及4代抗震设计规范。
四川泸定6.8级地震最高烈度为Ⅸ度(9度),等震线长轴195 km,呈北西走向,短轴112 km,Ⅵ度(6度)区及以上面积19 089 km2,共涉及四川省3个市州12个县(市、区),82个乡镇(街道)。从表1和图1各建筑所处的位置可以看出,文中调研的学校建筑中处于Ⅵ度(6度)区的3栋,处于Ⅶ度(7度)区的4栋,处于Ⅷ度(8度)区的3栋,处于Ⅸ度(9度)区的6栋。
表1 泸定6.8级地震学校建筑调研基本信息Table 1 Basic information of school buildings in the Luding Ms 6.8 earthquake
图1 四川泸定6.8级地震烈度图及震害调查的学校建筑位置Fig.1 Intensity map of the Luding Ms6.8 earthquake in Sichuan and locations to school buildings of concern
2 不同烈度区的学校建筑震害及分析
为了对比不同烈度区内所调查的学校建筑的抗震能力,文中分烈度区对学校建筑的震害情况进行总结与分析,并根据《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335-2009)[18],对各建筑的破坏等级进行判定。
2.1 Ⅵ度(6度)区学校建筑震害
四川泸定6.8级地震中,评定的Ⅵ度(6度)区面积14 696 km2,主要涉及甘孜藏族自治州、雅安市和凉山彝族自治州等共计76个乡镇。根据图1可知,处于Ⅵ度(6度)区的学校建筑有康定市委党校教学楼、石棉县美罗镇第一小学家属楼和石棉县丰乐乡中心小学学生公寓。
(1)康定市委党校教学楼
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[19],康定市抗震设防烈度为不小于9度。康定市委党校教学楼为8层钢筋混凝土框架结构(图2(a)),建于2014年,处于Ⅵ度(6度)区,说明此次地震对该建筑的影响低于“小震”级别。在地震中该建筑未发生结构构件的破坏,总体为基本完好状态。然而,该建筑在地震中出现了一些非结构构件的破坏,如室外墙体装饰砖脱开(图2(b)),室外钢制楼梯的二层护栏滑移(图2(c)),室内门侧墙面瓷砖碎裂等(图2(d)),这些非结构构件虽然破坏程度较轻,但仍需在设计中加强抗震措施以防止其在更大强度的地震作用下发生严重破坏,影响建筑物的使用功能甚至危及生命财产安全。
图2 康定市委党校教学楼震害情况Fig.2 Earthquake damage to the classroom building of the Party School in Kangding
(2)石棉县美罗镇第一小学家属楼
石棉县抗震设防烈度为8度。石棉县美罗镇第一小学家属楼为5层钢筋混凝土框架结构,建于2006年,该建筑处于Ⅵ度(6度)区,说明此次地震对该建筑的影响低于“小震”级别。地震中该建筑底层悬挑阳台下方的围护墙与周围结构连接处开裂,如图3所示,当地居民表示该处在震前即出现过裂缝,业主曾经对开裂的墙体进行过粉刷,地震中围护墙与悬挑梁间的相对位移导致墙体再次开裂。总体来看,该建筑整体破坏程度较轻且基本不影响其使用功能,可评定为基本完好状态。
图3 石棉县美罗镇第一小学家属楼震害Fig.3 Earthquake damage to the family building of the First Primary School in Meiluo Town,Shimian County
(3)石棉县丰乐乡中心小学学生公寓
丰乐乡中心小学位于石棉县,抗震设防烈度为8度。该校学生公寓为3层钢筋混凝土框架结构(图4(a)),建于2009年。该建筑处于Ⅵ度(6度)区,说明此次地震对该建筑的影响低于“小震”级别。在地震中该建筑结构构件并未发生破坏,但多处填充墙出现了轻微裂缝,裂缝长度较大,几乎分布整个墙面,如图4(b)、(c)所示,这些裂缝只需稍加修理或不加修理可继续使用,且不影响正常使用功能。根据《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335-2009)[18],评定该建筑为轻微破坏状态。综上所述,此次调研中Ⅵ度(6度)区建筑遭受的地震影响均低于“小震”强度,3栋建筑均无结构破坏,仅存在墙体装饰面层开裂、室外楼梯滑动和砌体填充墙出现细微或轻微裂缝等对使用功能无明显影响的破坏现象。虽然这3栋建筑的破坏状态为基本完好和轻微破坏,但仍需在设计中关注非结构构件或附属设施与建筑主体结构的连接性能,防止坠落伤人的情况发生。
图4 丰乐乡中心小学学生公寓震害Fig.4 Earthquake damage to the student apartment of Fengle Town Central Primary School
2.2 Ⅶ度(7度)区学校建筑震害
四川泸定6.8级地震中,评定的Ⅶ度(7度)区面积为3 608 km2,主要涉及甘孜藏族自治州泸定县燕子沟镇、泸桥镇、德威镇、磨西镇、冷碛镇等共计27个乡镇(街道)。由图1可知,处于Ⅶ度(7度)区的学校建筑有甘孜州职业技术学校实训楼、冷碛镇冷碛小学教学楼、石棉县中学主楼和九龙县洪坝乡中心小学教学楼。
(1)甘孜州职业技术学校实训楼
甘孜州职业技术学校位于泸定县,其抗震设防烈度为8度。该校实训楼为10层钢筋混凝土框架结构(图5(a)),建于2018年。该建筑处于Ⅶ度(7度)区,说明此次地震对该建筑的影响大致相当于“小震”级别。在地震中该建筑的主要破坏现象为:个别门窗洞口附近砌体填充墙出现轻微裂缝,表面抹灰砂浆剥落,如图5(b)所示;个别框架柱抹灰砂浆面层开裂,如图5(c)所示;个别框架梁抹灰砂浆大面积剥落,如图5(d)所示。该建筑未发生结构构件的破坏,基本满足“小震不坏”的抗震设防水准,个别梁柱砂浆面层和砌体填充墙的破坏稍加修理可继续使用,可评定为轻微破坏状态。
图5 甘孜州职业技术学校实训楼震害Fig.5 Earthquake damage to the training building at Ganzi Vocational and Technical School
(2)冷碛镇冷碛小学教学楼
冷碛镇冷碛小学教学楼为4层砌体结构(图6(a)),建于1987年,当时泸定县冷碛镇抗震设防烈度为8度。该建筑处于Ⅶ度(7度)区,说明此次地震对该建筑的影响大致相当于“小震”级别。在地震中该建筑的主要破坏现象为:砖柱砂浆抹灰面层大面积剥落,如图6(b)所示;部分砌体墙出现明显裂缝,如图6(c)所示。从此次地震的震害结果来看,此建筑总体为中等破坏状态,不满足“小震不坏”的抗震设防水准要求。该建筑设计建造时,我国所执行的《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)[16]中并未强制规定构造柱的设置要求,而现今我国执行的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[17]中规定,外廊式和单面走廊式多层砌体房屋应根据房屋增加一层的层数要求设置构造柱。因此,该建筑也因墙角、洞口等薄弱处构造措施不足,导致建筑整体性较差,部分墙体出现了明显裂缝。可见,对于砌体结构,圈梁、构造柱等构造措施是非常必要的,对于现有仍在服役中的不符合构造要求的外廊式教学楼、医院等建筑,应考虑进行抗震加固,提高其抗震性能。
图6 冷碛镇冷碛小学教学楼震害Fig.6 Earthquake damage to the classroom building of Lengqi Primary School in Lengqi Town
(3)石棉县中学主楼
石棉县中学位于石棉县西区青年路,石棉县抗震设防烈度为8度。石棉县中学主楼为8层钢筋混凝土框架结构,建成于2010年。该建筑处于Ⅶ度(7度)区,说明此次地震对该建筑的影响大致相当于“小震”级别。从震后地震现场调查结果来看,该建筑总体为基本完好状态,包括易损的大尺寸玻璃窗在内的非结构构件也没有发生破坏,如图7所示。震后该建筑中教学活动正常进行,建筑使用功能也未受影响,满足“小震不坏”的抗震设防水准要求。
图7 石棉县中学主楼Fig.7 Photo of the main building at Shimian County Middle School
(4)九龙县洪坝乡中心小学教学楼
九龙县洪坝乡距离震中约30 km,其抗震设防烈度为7度(0.15 g)。洪坝乡中心小学教学楼为4层钢筋混凝土框架结构(图8(a)),建于2015年。该建筑处于Ⅶ度(7度)区,说明此次地震对该建筑的影响大致相当于设防地震级别。在地震中该建筑未发生结构构件的破坏,仅砌体填充墙发生了一定程度的损坏。图8(b)所示为填充墙与柱连接处脱开,图8(c)所示为门上方墙体与梁柱节点相邻的角部压碎,图8(d)所示为洞口上方角部墙体脱开、砂浆剥落。现有试验表明,洞口的存在改变了填充墙的传力路径,使其更容易在地震中发生损坏[20]。从填充墙破坏的位置来看,由于其正处于教室的逃生出口上方,若在更强的地震中发生破坏掉落或阻塞逃生通道,则很可能威胁学校师生的生命安全。该建筑总体为基本完好状态,甚至达到了“中震不坏”的抗震设防水准,抗震性能较好。
图8 洪坝乡中心小学教学楼震害Fig.8 Earthquake damage to the classroom building of Hongba Township Central Primary School
综上所述,Ⅶ度(7度)区中洪坝乡中心小学为7度(0.15 g)设防,地震影响相当于设防地震强度;其他建筑均为8度(0.2 g)设防,地震影响相当于“小震”强度。其中冷碛镇冷碛小学因建造年代久远,缺乏合理的构造措施,导致其承重墙体发生了不同程度的破坏,达到了中等破坏程度,不满足“小震不坏”的设防水准要求。其余建筑破坏现象均以砌体填充墙开裂为主,满足“小震不坏”和“中震可修”的设防水准要求,甚至可达到“中震不坏”的水准。需要注意的是,部分填充墙的开裂仍然是框架结构的主要破坏现象,有的破坏还较为严重,需要采取一定的修复措施才可以完全恢复使用功能。
2.3 Ⅷ度(8度)区学校建筑震害
四川泸定6.8级地震中,评定的Ⅷ度(8度)区面积为505 km2,主要涉及甘孜藏族自治州泸定县磨西镇、得妥镇、燕子沟镇、德威镇和雅安市石棉县新民藏族彝族乡等共计7个乡镇。由图1可知,调研的学校中仅海螺沟中学处于Ⅷ度(8度)区。
海螺沟中学位于泸定县燕子沟镇(图9(a)),当地抗震设防烈度为8度。调研的海螺沟中学男女生宿舍楼和食堂建筑均为2021年建成的钢筋混凝土框架-剪力墙结构,其中男女生宿舍楼为5层,食堂为3层。该建筑处于Ⅷ度(8度)区,说明此次地震对该学校内建筑的影响大致相当于设防地震强度。在地震中该学校周边的砖砌体围墙发生面外倒塌,如图9(b)所示;男女生宿舍楼的外填充墙底部存在贯通墙体表面的通缝,如图9(c)所示;食堂建筑框架梁底部与填充墙交界处开裂,表面砂浆剥落,个别填充墙出现斜向剪切裂缝,如图9(d)和图9(e)所示,3栋建筑总体上均为轻微破坏状态,稍加修理可继续使用,未影响其使用功能,满足“中震可修”的抗震设防水准。值得注意的是,学校周边围墙破坏将会威胁到附近行人和逃生人员的安全。为了防止围墙发生严重破坏甚至倒塌,建议参考砌体规范,对砌体围墙进行抗震验算并且采取构造措施。例如,对围墙进行抗倾覆验算,采用高强度的水泥砂浆砌筑,增设圈梁压顶及构造柱等。
图9 海螺沟中学各建筑震害Fig.9 Earthquake damage to the school buildings of Hailuogou Middle School
2.4 Ⅸ度(9度)区学校建筑震害
四川泸定6.8级地震中,评定的Ⅸ度(9度)区面积为280 km2,主要涉及甘孜藏族自治州泸定县磨西镇、得妥镇、燕子沟镇和雅安市石棉县草科藏族乡等共计7个乡镇。由图1可知,处于Ⅸ度(9度)区的学校有得妥镇北头村中心小学、得妥镇幼儿园、得妥镇海螺幼儿园、甘孜职业学院和磨西中学。
(1)得妥镇北头村中心小学教学楼
得妥镇北头村中心小学位于泸定县得妥镇,当地抗震设防烈度为8度。北头村中心小学教学楼为4层砖混结构(图10(a)),处于Ⅸ度(9度)区,高于泸定县设防烈度,说明此次地震对该建筑的影响大致相当于“大震”级别。该建筑建于1996年,当时我国执行的《建筑抗震设计规范》(GBJ 11-89)[21]中,已经要求针对不同层数和设防烈度,在建筑外墙角、较大洞口两侧、内外墙交界处和楼梯间四角等位置设置构造柱,但此时并未将中小学校教学楼建筑划分为乙类建筑,即无需按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施。从震后地震现场调查工作结果来看,该建筑个别承重墙出现明显裂缝,如图10(b)所示;教学楼一层电子屏破碎,屋顶女儿墙出现严重裂缝,震后由于担心破坏的女儿墙和电子屏坠落,校方对其进行了拆除,建筑暂时停止使用,拆除前后的建筑物整体图片如图10(a)所示。综合该建筑个别承重墙出现明显裂缝和非结构构件女儿墙出现严重裂缝,需要对该建筑进行修理,且该建筑修理后可继续使用,修理期间会影响使用功能,根据《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335-2009)[18],该建筑可评定为中等破坏。相较于位于Ⅶ度(7度)区且发生中等破坏的冷碛小学教学楼,得妥镇北头村中心小学教学楼在“大震”下只发生中等破坏,体现了依据规范采取砌体结构抗震措施的重要意义。同时,考虑到女儿墙和电子屏等非结构构件和附属设备的破坏对建筑的使用功能具有显著影响[22],设计中应保证该类构件与主体结构的连接。此外,对该学校一栋学生公寓的状态进行了调查,该建筑为4层钢筋混凝土框架结构,建于2008年,地震中未发生破坏,如图10(c)所示。
图10 北头村中心小学震害Fig.10 Earthquake damage to Beitou Village Central Primary School
(2)得妥镇幼儿园主楼
得妥镇幼儿园主楼位于泸定县得妥镇,当地抗震设防烈度为8度。该建筑为2层钢筋混凝土框架结构,建于2013年,处于Ⅸ度(9度)区,此次地震对该建筑的影响大致相当于“大震”级别。从震后地震现场调查工作结果来看,该建筑并未发生破坏,甚至未观察到填充墙的破坏,总体为基本完好状态,如图11所示。然而,虽然幼儿园主体建筑经受住了“大震考验”,但幼儿园与隔壁居民楼间的砌体围墙全部倒塌,由于居民楼与园区存在高差,围墙砌筑在较高处,地震中的倒塌将会威胁到疏散过程中墙下行人的生命安全。类似的砌体围墙倒塌现象在上文介绍的海螺沟中学震害中同样存在,可见,对于人员密集的学校区域,不应忽视围墙等构筑物的抗震设计,应采取合理的构造措施防止墙体的面外倾倒。
图11 得妥镇幼儿园震害Fig.11 Earthquake damage to Detuo Town Kindergarten
(3)磨西镇海螺沟幼儿园主楼
海螺沟幼儿园主楼位于泸定县磨西镇,当地抗震设防烈度为8度。该建筑为4层钢筋混凝土框架结构,建于2018年,处于Ⅸ度(9度)区,此次地震对该建筑的影响大致相当于“大震”级别。从震后地震现场调查工作结果来看,该建筑结构构件及非结构构件均未发生破坏,总体为基本完好状态,如图12所示,说明依据现行规范设计的新建建筑具有良好的抗震性能。
图12 得妥镇海螺幼儿园主楼震害Fig.12 Earthquake damage to the main building of Hailuo Kindergarten in Detuo town
(4)甘孜职业学院教学楼
甘孜职业学院教学楼位于泸定县燕子沟镇,当地抗震设防烈度为8度。该建筑为6层钢筋混凝土框架-剪力墙结构(图13(a)),建成于2021年,处于Ⅸ度(9度)区,此次地震对该建筑的影响大致相当于“大震”级别。从震后地震现场调查工作结果来看,该建筑结构构件未发生破坏,仅室内填充墙发生开裂,尤其是门窗洞口附近填充墙存在明显裂缝,如图13(b)~(d)所示。根据《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335-2009)[18],该建筑总体上为基本完好状态,稍加修理或不加修理可继续使用,经受住了“大震”考验。本次调研的学校建筑中仅海螺沟中学的3栋建筑及此建筑为钢筋混凝土框架-剪力墙结构,均为2021年建成,此类结构虽然在地震中表现出良好的抗震性能,但砌体填充墙的破坏仍然难以避免,说明此类结构的抗震设计中需要注重提升非结构构件的抗震性能,以保证此类建筑在地震中不会降低或丧失使用功能,进一步提升其抗震韧性。
图13 甘孜职业学院教学楼震害Fig.13 Earthquake damage to the classroom building of Ganzi Vocational College
(5)磨西中学教学楼旧址
在此次调研的13所学校中,位于磨西镇的磨西中学教学楼旧址是震害最为严重的学校建筑,磨西镇抗震设防烈度为8度,震后烈度评定结果表明该建筑处于Ⅸ度(9度)区,此次地震对该建筑的影响大致相当于“大震”级别。磨西中学教学楼旧址为4层钢筋混凝土框架结构,建于2005年,由于不满足现行规范要求,目前处于闲置未使用状态。建筑底层平面图如图14所示,其中框架柱尺寸为450 mm×450 mm,外楼梯柱为直径500 mm圆柱,填充墙采用空心混凝土砌块砌筑,横墙无洞口,纵墙开较大门窗洞口,地震中横纵填充墙均严重破坏,如图15(a)、(b)所示。除填充墙破坏外,该建筑梁柱构件也发生了严重破坏,如图15(a)~(d)所示。其中,框架柱柱顶破坏最为严重,底层所有框架柱柱顶均形成塑性铰,部分框架柱柱底破坏。此外,该建筑底层楼梯板出现沿宽度方向贯通的水平裂缝,混凝土保护层剥落,如图15(d)所示。该建筑总体上评定为严重破坏状态,建筑基本使用功能受到严重影响,难以修复或无修复价值。
图14 磨西中学教学楼旧址平面图(单位:mm)Fig.14 Plan layout of the abandoned classroom building of Moxi Middle School(Unit:mm)
图15 磨西中学教学楼旧址震害Fig.15 Earthquake damage to the abandoned classroom building of Moxi Middle School
该建筑为外廊式单跨框架结构,这一结构形式是2008年汶川8.0级地震以前我国中小学校广泛采用的结构形式。然而,由于汶川地震中此类建筑普遍发生了不同程度的破坏,因此在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[17]中禁止教学楼等乙类建筑采用单跨框架结构。对比得妥镇幼儿园主楼的震害情况(图11),两建筑同样为8度设防的钢筋混凝土框架结构,但震害差异较大。其中,得妥镇幼儿园主楼未见明显破坏,而磨西中学教学楼旧址则多数柱端出现塑性铰,且空心砌块填充墙大量开裂甚至局部倒塌,从横向填充墙的破坏显著重于纵向填充墙这一现象可以推论,地震中建筑的横向水平变形更大。这是因为单跨外廊式教学楼建筑的横向抗侧构件较少,且单跨承重体系属于两支点受力机制,超静定次数较少,冗余度较低,一个约束破坏即导致结构整体的破坏。此外,空心砌块填充墙的刚度和承载力普遍小于实心砖填充墙[23],这导致磨西中学教学楼旧址的填充墙与框架柱组合体的抗震能力弱于楼板和框架梁的组合体,形成“强梁弱柱”的破坏模式。总结2008年汶川8.0级地震经验,《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[17]中要求对钢筋混凝土房屋中的楼梯构件进行承载力验算,并且楼梯间的布置不应导致结构平面特别不规则。该建筑中楼梯间设置在结构尽端,加大了平面不规则程度,且很可能未对楼梯板进行抗震承载力验算,这是结构发生严重破坏的另一个原因。
综上所述,Ⅸ度(9度)区建筑受到的地震影响均相当于“大震”程度,调研建筑中除北头村中心小学教学楼和磨西中学旧址外,其余3所学校中的建筑均未见结构构件的破坏,经受住了“大震”考验。但相较于Ⅵ度(6度)区、Ⅶ度(7度)区和Ⅷ度(8度)区中的建筑,Ⅸ度(9度)区建筑的非结构构件破坏更为严重,可能导致建筑的部分功能丧失,需要采用修复措施才可以完全恢复使用功能。此外,北头村中心小学教学楼女儿墙和电子屏的破坏,在地震发生时和震后逃生过程中有坠落伤人的可能性,需要在抗震设计与地震应急避险方案制定的过程中加以考虑。磨西中学教学楼旧址砌体填充墙和框架柱发生严重破坏,缺乏冗余度的单跨悬挑外廊结构形式是其破坏严重的主要原因。我国2008年汶川8.0级地震后已在规范中明确禁止学校等乙类建筑采用此类结构形式,对于现存的此类学校建筑,应进行合理的加固改造或改变使用用途。相较于磨西中学教学楼旧址,前文所述其他钢筋混凝土框架结构学校建筑的破坏状态均为基本完好或轻微破坏状态,包括处于Ⅸ度(9度)区的得妥镇幼儿园主楼和海螺沟幼儿园主楼,结构构件及非结构构件均未发生破坏,说明依据现行规范合理设计的此类结构具有良好的抗震性能。
3 结论
文中根据本次地震的影响烈度对调研的13所学校中的16栋建筑进行分类,分烈度区对学校建筑的地震破坏现象进行总结,分析了其震害特征及破坏原因,主要得到以下结论:
(1)对于调研的16栋学校建筑,多数建筑表现出良好的抗震性能,尤其是2008年汶川8.0级地震后依据新版规范设计建造的学校建筑均未在地震中出现结构构件破坏,如同样处于Ⅸ度(9度)区的钢筋混凝土框架结构海螺沟幼儿园主楼和磨西中学教学楼旧址,前者依据新版规范设计,结构基本完好,甚至未见非结构构件的破坏,而后者因建于汶川地震之前,采用了新版规范中学校建筑禁止采用的单跨框架承重形式,在地震中发生了严重破坏。
(2)地震中“表现较差”的学校建筑分别是1987年建造的冷碛小学教学楼、1996年建造的北头村中心小学教学楼和2005年建造的磨西中学教学楼旧址。前2栋建筑为砌体结构,破坏的主要原因为构造柱等抗震构造措施不足;后者为外廊单跨框架结构,破坏的主要原因为结构的冗余度不足,导致整体刚度和承载力较低。建议应对现有学校建筑中砌体结构的抗震措施和框架结构的承重形式进行排查,对不满足规范要求的建筑及时进行抗震加固或改变其使用用途。
(3)尽管此次地震中依据现行抗震规范设计建造的学校建筑均具有较好的抗震性能,但建筑中装饰面层、女儿墙、砌体填充墙、砌体围墙、与建筑主体连接的设备等非结构构件的破坏仍难以避免,建筑的使用功能可能因此类构件的破坏而受到影响,且高处构件的破坏坠落有伤人的可能性,学校周边围墙破坏也将会威胁到附近行人和逃生人员的安全。因此,非结构构件的合理设计仍是提升建筑抗震韧性的关键,应充分重视加强非结构构件和附属设施的抗震能力。
致谢:感谢四川省住房和城乡建设厅、四川省应急厅、四川省减灾专家委员会、四川省地震局、泸定县住建局、泸定县应急管理局、石棉县住建局、石棉县应急管理局等单位和同志提供的帮助和部分资料,感谢在本次震害调查过程中给予支持的各个学校。感谢中国地震局工程力学研究所陈相兆博士帮助确认调研建筑在烈度图中的位置。