城市灾害：砌体结构与木结构破坏对策

工程中常用的砌体结构房屋包括多层砌体房屋、底部框架砌体房屋和内框架砌体房屋。大量震害表明：传统的砌体结构抗震性能较差。例如：1923年日本关东大地震，东京约有砖石结构房屋7000栋，几乎全部遭到不同程度的破坏。1948年前苏联阿什哈巴德地震，砖石结构房屋的破坏和倒塌率达到70%～80%。1976年唐山地震，对烈度为10度、11度区的123栋2～8层砖混结构房屋调查显示，倒塌率为63.2%，严重破坏为23.6%，尚能修复使用的4.2%，实际破坏率达95.8%，其典型震害实例如图6.26所示。

图6.26　砌体结构的破坏

多层砌体房屋在地震作用下发生破坏的根本原因是地震作用在结构中产生的效应（内力、应力）超过了结构材料的抗力或强度。从这一点出发，可将多层砌体房屋发生震害的原因分为以下3类：

（1）房屋建筑布置、结构布置不合理造成局部地震作用效应过大，如房屋平面布置突变造成结构刚度突变，使地震力异常增大；结构布置不对称引起扭转振动，使房屋梁端墙片所受地震力增大等。

（2）砌体墙片抗震强度不足，当墙片所受的地震力大于墙片的抗震强度时，墙片将会开裂，甚至局部倒塌。

（3）房屋构件（墙片、楼盖、屋盖）间的连接强度不足使各个构件间的连接遭到破坏，各构件不能形成一个整体，起到支撑作用。当地震作用产生的变形较大时，相互间连接遭到破坏的各构件丧失稳定，发生局部倒塌。

底层框架砌体房屋已有的震害资料主要是关于底层框架砖房的震害。当底层框架砖房的底层无抗震墙时，震害将集中在底层框架部分，主要表现为底层框架丧失承载力或因变形集中、位移过大而破坏。当底层有较强的抗震墙时，其震害现象与多层砌体房屋有许多共同点，一般是第2层砖墙的破坏较严重。

国内历次地震实际房屋的震害表明，内框架房屋顶层纵墙是薄弱环节，其次是底层横墙。砖墙的主要震害是上部塌落，外纵墙及砖壁柱产生水平裂缝或在窗间墙上产生交叉斜裂缝。内框架的主要震害是内柱顶端和底部产生水平裂缝或斜向裂缝，严重的会导致混凝土酥碎、崩落，钢筋压曲等。

砌体结构抗震性能差的原因包括：刚度大、自重大，地震作用也大；砌体材料质脆，抗剪、抗拉、抗弯强度低，地震作用下极易出现裂缝；受施工质量的影响较大；如砂浆不饱满，易出现裂缝，减弱抗震性能。

日本在阪神地震之前兴建的建筑有许多是木结构的。对于传统木结构建筑，由于年代较远，建材腐朽或结构不良，地震时墙体极容易产生裂缝或倒塌；屋顶塌落甚至导致构筑物整体的破坏或坍塌。1995年阪神地震中大量的木造房屋发生破坏，如图6.27所示。由于木结构的承载能力较低，抗震能力较差，在高烈度区并不倡导采用木结构，地震之后应重新对这些建筑进行抗震性能评价。由于木结构美观且具有良好的舒适性，目前仍被采用，因此对其抗震性能的研究仍然具有重要意义。

图6.27　木结构的破坏

图6.28所示为轻型木结构，在北美及日本仍有大量使用，这种类型的结构主要是以钢筋混凝土或砌体作为基础，上部结构采用木基结构板材以及其他工程木产品，其特征类似箱型结构。上部结构与基础之间通过锚栓连接，楼屋盖和剪力墙形成结构的主要抗侧力体系。地震时，水平地震力通过横向水平构件即楼盖和屋盖传至每层剪力墙，每层剪力墙将所受地震力相加传至底层剪力墙并传递到基础。

图6.28　轻型木结构

下面将结合图例对砌体结构及木结构的破坏及防震注意事项等情况进行分析和说明。

图6.29所示为唐山市文化路青年宫，该建筑为砖混结构的2层楼房。由于底层的开间较大，7.8级地震时，底层倒塌；而房屋的整体性又较差，上层墙体较弱，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。根据《建筑抗震设计规范》的规定，应增加纵横墙体的连接，加强整个房屋的整体性；通过加设圈梁，箍住楼盖，增强结构的整体刚度；减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性。另外，应提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的开展；抵抗地基不均匀沉降，减小构造柱的计算长度。(www.xing528.com)

图6.30所示为开滦煤矿医院，该建筑为砖混结构的5层楼房（局部7层）。1976年唐山地震发生后，仅西部的转角残存。此建筑个别部位的整体性特别差，平面或立面有显著的局部突出，且抗震缝设置不当，这些原因均导致了房屋的局部倒塌。应加强结构突出部位的抗震性能，考虑整体结构的抗震性能，使得结构具有一定的变形能力，例如可加设钢筋混凝土构造柱来提高对墙体的约束作用，达到提高结构整体抗震性能的目的。

图6.29　砖混结构房屋的整体倒塌

图6.30　砖混结构房屋的局部倒塌

图6.31　砖混结构墙屋顶倒塌

图6.31所示建筑结构为砌体结构，地震时产生了外纵墙窗口的水平裂缝、横纵墙交界处的垂直裂缝以及窗间墙体的X形交叉裂缝。墙体在竖向压力和反复水平剪力作用下产生裂缝。当房屋纵向承重，横墙间距大而屋盖刚度弱时，纵墙平面内受弯产生水平裂缝；垂直裂缝大都发生于横纵墙交接处或变化较大的两种体系的交接处；X 形交叉裂缝多出现在窗间墙体。砌体房屋的抗震能力较差，其建设应符合规范的要求，所有纵横墙交接处及横墙的中部，均应设置加强构造柱。外墙转角、内外墙交接处、楼电梯间四角等部位，允许采用钢筋混凝土构造柱，以防止裂缝的产生。同时窗间、楼梯间均为薄弱部位，因此应加强其整体性，且不宜开得过大。

图6.32所示为唐山市开滦煤矿的救护楼。该建筑为砖混结构人字木屋架的三层楼房。1976年唐山地震中，墙体倾倒，屋顶坍塌。由于个别部位的整体性较差，纵墙与横墙间的联系不够，刚度差；砌体强度过弱，导致地震时墙倒顶塌。砌体房屋在设计时，楼、屋盖的钢筋混凝土梁或屋架，应与墙、柱（包括构造柱）或圈梁可靠连接，梁与砖柱的连接不应削弱柱截面，各层独立砖柱顶部应在两个方向均有可靠连接。

1995年日本的阪神地震中许多的木结构建筑被毁。图6.33所示建筑为木结构。在地震中，其木造墙体发生了严重的破坏。木结构本身各部分的抗震能力较差，又由于年代较久远，木质材料腐朽等导致结构破坏。木构件应选用干燥、纹理直、节疤少、无腐朽的木材，且木柱、木梁房屋宜建单层，高度不宜超过3m。地震多发地区的木造房屋应重新进行抗震性能评价，对于不符合规格的房屋应重建或者对其进行修缮。

图6.32　砖混结构墙屋顶倒塌

图6.33　木造房屋墙体的倒塌

图6.34所示结构是木质轻屋顶结构。1995年阪神地震时此房屋产生较多裂缝，且发生倾斜，破坏较为严重。木结构本身存在着承载能力较差，抗震能力低等缺点，地震时极易发生破坏。对于此类建筑，可在外部添加钢筋混凝土面层、加设立柱和拉杆等。此外，采用斜撑和屋盖支撑结构时，均应采用螺栓与主体构件相连接。

图6.35所示木结构建筑在阪神地震中整体倒塌，图中破坏房屋旁边的建筑保持完好。破坏房屋的屋顶采用了较重的建筑材料，造成了结构头重脚轻，而柱子的部位较弱，因此地震时造成较为严重的破坏。普通木结构房屋往往抗震能力较差，因此在地震多发地区，应尽可能地采取抗震能力较强的建筑结构。若采用木结构，可以使用在梁枋下面支顶立柱的形式来加强其抗震能力，或者采用轻型木结构。

图6.34　轻屋顶木造房屋的倒塌

图6.35　木造房屋的整体倒塌