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地震的基本术语

时间:2022-10-25 百科知识 版权反馈
【摘要】:由现场震害调查可知,在遭受同等地震烈度破坏条件下,农村人口伤亡、建筑的倒塌破坏程度均远高于城市。据统计,这次地震造成的死亡和失踪人数合计87 538人,直接经济损失8 451.4亿元人民币。建设部建抗字第377号发布了“建筑地震破坏等级划分标准”,下面是关于民房,即未经正规设计的木柱、砖柱、土坯墙、空斗墙和砖墙承重的房屋,包括老旧的木楼板砖房等二层及以下民用居住建筑的破坏等级划分标准。

第1章 绪 论

1.1 村镇建筑抗震

我国是一个多地震的国家,6度及其以上的地震区占国土面积的80%,其中绝大多数地震都发生在农村和乡镇地区,特别是西部经济不发达地区。由现场震害调查可知,在遭受同等地震烈度破坏条件下,农村人口伤亡、建筑的倒塌破坏程度均远高于城市。越贫穷的地区,受灾越严重。其主要原因有两点:一是由于经济和政策上的原因,相当长时期以来,我们一直把抗震设防的注意力集中在城市,对广大村镇多有忽略;二是农民抗震设防意识薄弱、建造方式落后、缺乏应有的知识,致使村镇房屋的抗震能力薄弱。

1.1.1 村镇建筑地震灾害

2003年我国大陆发生成灾地震21次,这些地震的震中均发生在农村地区,共造成约298万人受灾,受灾面积约78 143 km2死亡319人,重伤2 332人,轻伤4 815人;造成房屋倒塌328.50 万m2,严重破坏483.69万m2,中等破坏1 006.42万m2,轻微破坏1 909.50万m2;地震灾害总直接经济损失46.6亿元。

其中地震的影响范围最大,造成的人员伤亡和经济损失最严重的是新疆巴楚6.8级地震,影响到37个乡镇和新疆建设兵团的7个团场,受灾人口近66万人;死亡268人,重伤2 058人,轻伤2 795人;房屋倒塌和严重破坏的达457.17万m2;直接经济损失14亿元。

2008年5月12日四川汶川发生了8.0级大地震。据统计,这次地震造成的死亡和失踪人数合计87 538人,直接经济损失8 451.4亿元人民币。据了解,在死亡人员中,村镇居民占60%以上;在直接经济损失中,建筑物和基础设施的损失占到了总损失的70%以上。

建设部(90)建抗字第377号发布了“建筑地震破坏等级划分标准”,下面是关于民房,即未经正规设计的木柱、砖柱、土坯墙、空斗墙和砖墙承重的房屋,包括老旧的木楼板砖房等二层及以下民用居住建筑的破坏等级划分标准。

①基本完好:木柱、砖柱、承重的墙体完好;屋面溜瓦;非承重墙体轻微裂缝;附属构件有不同程度的破坏。

②轻微破坏:木柱、砖柱及承重的墙体完好或部分轻微裂缝;非承重墙体多数轻微裂缝,个别明显裂缝;山墙轻微外闪或掉砖;附属构件严重裂缝或塌落。

③中等破坏:木柱、砖柱及承重墙体多数轻微破坏或部分明显破坏;个别屋面构件塌落;非承重墙体明显破坏。

④严重破坏:木柱倾斜,砖柱及承重多数明显破坏或部分严重裂缝;承重屋架或檩条断落引起部分屋面塌落;非承重墙体多数严重裂缝或倒塌。

⑤倒塌:木柱多数折断或倾倒,砖柱及承重墙体多数塌落。

1.1.2 当前村镇房屋建设存在的问题

2008年的汶川地震和2010年的玉树地震中,大部分村镇房屋严重倒塌,小部分严重损坏,轻微破坏和基本完好的很少,造成大量的人员伤亡和经济损失,而我国当前正在积极进行社会主义新农村建设,因此我国村镇房屋建设中存在的问题亟待解决。

(1)建设分散,管理与指导跟不上发展需要

目前我国大多数非建制镇和自然村未进行建设总体规划,宅基地审批与规划和建设管理工作脱节,加之乡村面积大,村镇普遍采用分散的一家一户独立式建设,导致建筑材料与形式不一、质量不高、投资浪费等问题。村镇建设监管严重缺位,监管体制和方式落后。大部分地区乡镇人民政府的建设管理部门没有明确对村镇建设工程质量与安全监管的职能,县级建设行政主管部门由于人员缺乏、资金少、监督检测条件差,对于房屋设计、施工和工程质量还没有能力全部按城市建设相同的程序要求进行严格管理。同时,由于村镇中缺少必要的技术人才,无法对大规模的、分散的房屋建设进行房屋抗震防灾技术指导。

(2)新村规划未充分考虑抗震防灾问题

一些经过统一规划修建的新村镇,由于在规划中未考虑抗震问题,部分村镇不能严格执行规划(如:选址不合理,房屋间距过小,道路过窄,共享性差),在影响使用功能的同时,加重了地震的次生灾害,也给震后的抢险救灾工作带来了相当大的难度。

(3)规范标准缺失

多年以来我国偏重城市建设,忽略村镇建设,村镇建设领域标准化工作严重滞后,相应的村镇建设标准体系基本处于空白阶段。在一定程度上,农村住宅建设标准化的落后已经成为影响我国农村住宅产业发展的重要瓶颈因素之一。标准化对规范和约束产品质量、推动科技进步和科技成果应用的作用远未发挥出来。

(4)无正规设计,凭传统经验建造

大量的村镇房屋无正规设计图纸,产权人自己勾画建筑平面草图、套用别的草图或对别的草图稍作修改,以农村工匠的传统经验进行建造,房屋内部结构全靠工匠的经验而定,主要考虑竖向承载能力,很少考虑建筑物的抗震问题。在建设中盲目追求外表形式,将有限的资金用于室内外装修装饰上,忽视了结构自身的安全和质量。

(5)无正规施工队伍施工

当前,在广大村镇建设市场上不但缺少训练有素、技术过硬的有资质的正规施工队伍,甚至经过必要的技术培训的建筑队也不多见。他们不熟悉国家颁发的设计和施工规范,未能正确执行科学的施工操作规程,质量安全意识非常薄弱。对常用的砌筑砂浆和混凝土无配合比设计,现场随意拌和,离散性很大,施工后也无现场检测检验。施工中无施工记录,施工后无竣工图纸,给以后的管理和加固改造带来困难。

(6)建筑用材质量差

目前,大量不合格、劣质建材以其价格低廉而充斥农村市场,建材无产品检测检验报告或提供虚假报告,建房户对不合格建材也无鉴定能力,采购时只比价格高低,不看质量优劣,购买后也无送样检验,即使想送样检验,也可能当地无检验机构或因收费高而作罢,这对村镇房屋建设埋下了较大的质量安全事故隐患。

1.1.3 村镇建筑抗震防灾措施

综上所述,村镇房屋建设涉及土地规划、村镇管理、建材生产销售、经济消费水平、人文环境、生产生活习惯等,具有很强的复杂多样性。因此,应当结合不同地区的不同特点和经济发展水平,因地制宜地采取简便易行、经济可靠的抗震措施,最大限度地减轻地震给人们带来的灾害,可以从以下四个方面入手:

(1)管理

首先应当完善村镇监管单位的监管体制和人员配备,明确对村镇建设工程质量与安全监管的职能,提高监管人员的技术水平,从而提高对村镇建设工程的监管和指导能力。切实建立和完善村镇工程质量安全管理体制机制,按照建设部《关于加强村镇建设工程质量安全管理的若干意见》划分的村镇建筑规模、性质等级,对限额以上的工程严格按照国家有关法律、法规和工程建设强制性标准实施监督管理;对限额以下的工程,采取政府技术指导服务为主的工程质量安全管理。同时要进一步明确村镇房屋建设开工的审批程序,建立相应的巡查报告制度,明确人员、机构及其职责。坚持监管与服务并重,从根本上解决工程质量安全问题,从而提高村镇房屋的抗震能力。

其次,鉴于村镇经济发展水平不足,国家和地方财政应考虑设立村镇抗震防灾专项基金,用于村镇基础设施和公共建筑的抗震设防补助、农村民房的抗震设防补助、村镇建筑抗震试验研究以及村镇建筑抗震设防与加固技术标准的编制

 第三,制定鼓励农村群众建房时采用规范抗震设计施工的政策,对于经济条件差者可考虑一定的补贴措施,补贴可以采用抗震建设所需的建筑材料形式,同时可采用签订技术服务保障协议来保证抗震资金的合理有效使用。制定农村抗震建设奖惩政策,对积极按照抗震要求进行建设的群众明确提出奖励的措施和方式。

 第四,为推动村镇抗震减灾工程的实施,可设立村镇抗震减灾示范区、示范村、示范户三种形式。示范区宜选在地震部门确定的中长期地震危险区域内;示范村宜选择有政府补贴的生态移民、水库移民、征地安置、灾区重建等具有统一规划的村镇;示范户可选择村镇学校、医院等公共建筑和部分经济条件较好的农户。

(2)规划

任何一个建筑都要从场地的选择开始,对于震后重建的村镇和社会主义新农村的建设应进行统一的勘探、规划;对于建筑分散的村镇,可以对以后的宅基地进行统一的规划。选择建筑场地时,应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段,应提出避开要求;当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类的建筑。具体可以从以下四方面着手:

①从地形地貌上看,要避开非岩质的陡坡,突出的山嘴,高耸的山包;

②从地质构造看,要避开活动断层,可能发生滑坡、山崩、地陷的地段;

③从地基土质上看,要避开饱和砂层、软弱土层、硬软不均的土层;

④从水文条件上看,要避开靠河流古道两岸的地区。

(3)设计

设计是房屋抗震的重要环节,科学合理的设计是提高房屋抗震性能的前提。因此,尽快提高设计水平,满足村镇建房需要,是当前村镇建设的一个重要任务。

科学合理的设计并不意味着进行大量的、繁琐的抗震计算。可以通过合理的建筑设计使建筑体型简单、规整、匀称,建筑的质量和侧向刚度沿竖向宜均匀变化,尽可能避免平、立面复杂,不规整、不匀称的建筑体型,避免侧向刚度和承载力突变。通过合理的结构设计,可以增强房屋结构的强度、刚度和空间整体性。正确确定结构布局,搞好结构选型,即注意刚度协调,防止发生局部的过刚过柔、互相矛盾引起的破坏;加强抵抗侧力构件,提高结构的延性,增强结构变形能力;重视节点和连接构造的设计,提高结构的整体性。

砖砌体房屋的结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径,宜有多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力,应具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位。应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续。

砖砌体结构构件应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱,或采用配筋砌体,以改善变形能力;混凝土构件应合理地选择尺寸,配置纵向钢筋和箍筋,避免剪切先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋锚固黏结先于构件破坏。

村镇房屋建设之所以成为抗震防灾薄弱环节,是因为广大农民不懂得如何进行抗震设防,通过什么样的技术措施来保证房屋的坚固可靠。因此,村镇建设工作者和设计人员有责任向农民提供抗震技术服务,可利用电视、电台等媒体开办一些村镇建设专题节目,也可以组织科技下乡、下村,通过举办学习班、发放基本知识读本和推广“农村房屋抗震通用图集”等方式开展这一项工作。向农民推荐通俗易懂,既有抗震能力,造价和形式又能被农民所接受的住宅设计标准图,使村镇房屋建设有所遵循,按图施工,确保房屋的抗震能力。

(4)施工

由于村镇建设的特殊性,村镇建设市场相对于城市建设市场而言比较混乱,表现为:大量不合格、劣质建材以其价格低廉而充斥农村市场,无正规施工队伍施工。首先,应加强对建材市场的管理,严厉打击不法商户,杜绝市场上的劣质建材,规范市场秩序,推广合格建筑材料和新材料、新技术的使用。其次,注重对村镇建设工匠的抗震技术培训。对于零散的农村工匠的管理,要建立健全培训考核制度和从业资格管理制度,提高从业人员素质,县级建设行政主管部门对培训合格人员可发给培训合格证书。引导建筑工匠自愿结合,形成工种配套齐全的个体建筑业主,使其经营行为更加规范,施工组织更加合理,并适时引导其向成建制劳务企业发展。

我国仍然是一个发展中国家,经济虽有所发展,但这种发展是很不平衡的发展,广大农村地区经济还很落后,尤其是中西部地区,这就决定了我国村镇房屋的抗震水平偏低。而且我国80%的人口居住在农村,现在又是地震多发期,使得村镇房屋的抗震问题更加突出。

1.2 地震的基本知识

1.2.1 地球内部构造

地震是来自地球内部运动的自然现象。因此,要认识地震,就得先了解地球的内部构造和它的运动规律。

地球的形状不是一个理想的圆球,而是一个稍带一点偏度的椭球体,两极半径稍短,赤道半径稍长,两者相差21 km,平均半径是6 371 km。地球具有圈层状的构造,由外向内可分为地壳、地幔和地核。

地壳是一层固体硬壳,由各种不同的岩石组成。除地表覆盖着一层薄薄的沉积岩、风化土和海水之外,地壳上部的密度较小,主要由花岗岩组成,叫硅铝层;地壳下部的密度较大,主要由更坚硬的玄武岩组成,叫硅镁层。海洋下面一般没有花岗岩,只有玄武岩。地壳的厚度在地球全部结构中,只占极薄的一层,且各处厚薄不一,平均厚度一般在33~45 km。世界上绝大部分地震都发生在这一薄薄的地壳内。

地幔主要由质地坚硬的橄榄岩组成。由于地球内部放射性物质不断释放热量,地球内部的温度也随深度的增加而升高。从地下20 km到地下70 km,其温度由大约600℃上升到2 000℃。在这一范围内的地幔中存在着一个厚约几百千米的软流层。由于温度分布不均匀,就发生了地幔内部物质的对流。另外,地球内部的压力是不均衡的,在地幔上部约为900 MPa,地幔中间则达370 000 MPa。地幔内部物质就是在这样的热状态下和不均衡压力作用下缓慢地运动着,这可能就是地壳运动的根源。到目前为止,所观测到的最深的地震发生在地下720 km左右,可见地震仅发生在地球的地壳和地幔上部。

地幔以下是地核,地核是地球的核心部分,半径约为3 500 km,分为内核和外核,其主要构成物质是镍和铁。外核可能处于液态,厚度约为2 100 km,内核可能是固态,半径约为1 400 km(图1.1)。

图1.1 地球的内部结构

1.2.2 地震的类型和成因

地震是指地球表层(地壳)的快速振动。按其成因主要分为火山地震、陷落地震、诱发地震和构造地震。

由于火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用而引起的地震,称为火山地震。火山地震一般较小,数量约占地震总数的7%。由于地下水溶解可溶性岩石,或由于地下采矿形成的巨大空洞,造成地层崩塌陷落而引发的地震,称为陷落地震。这类地震约占3%,震级也都较小,往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。由于人为活动(如人工爆破、水库蓄水、深井抽液或注液)而引起的地震,称为诱发地震。由于地壳运动使其薄弱部位发生断裂、错动而引起的地震,称为构造地震。这类地震发生的次数最多,约占全世界地震的90%,释放的能量最大,造成的危害也最大,因此是房屋建筑抗震设防的主要对象。

构造地震是地球内部构造活动的结果。地球内部在不停地运动着,存在着巨大的能量,而组成地壳的岩层在巨大的能量作用下,也不停地连续变动,不断地发生褶皱、断裂和错动,这种地壳构造状态的变动使岩层处于复杂的地应力作用下。地壳运动使地壳某些部位的地应力不断加强,当积聚的地应力超过岩层的强度极限时,岩层就会发生突然断裂和猛烈错动,从而引起振动。振动以波的形式传到地面,形成地震。由于岩层的破裂往往不是沿一个平面发展的,而是形成由一系列裂缝组成的破碎地带,沿整个破碎地带的岩层不可能同时达到平衡,因此,在一次强烈地震(即主震)之后,岩层发生变形和不断的零星调整,从而形成一系列余震。

板块构造学说可解释地应力的成因。地球表面的岩石层并不是整体一块的,而是被划分成若干板块,即欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。板块之间在地幔物质对流及地球自转等动力因素作用下,不停地互相插入、摩擦、碰撞、挤压,从而产生了地应力。全球大部分地震带都分布在板块边界上。

1.2.3 地震的分布

1)全球地震带

世界上有两条主要的地震带:环太平洋地震带和欧亚地震带,如图1.2所示。

图1.2 全球地震带分布图

(1)环太平洋地震带基本上是太平洋沿岸大陆海岸线的连线,从南美洲的西海岸向北,到北美洲的西海岸的北端,再向西穿过阿留申群岛,到俄罗斯的堪察加半岛折向千岛群岛,沿日本列岛,地震带在此分为两支,一支沿琉球群岛南下,经过我国台湾省,到菲律宾、印度尼西亚;另一支转向马里亚纳群岛至新几内亚,两支汇合后,经所罗门到汤加,再突然转向新西兰。全世界80%浅源地震、90%的中源地震以及几乎所有的深远地震都集中在这一地震带。

(2)欧亚地震带是东西走向的地震带,西端从大西洋上的亚速尔岛起,向东途径意大利、希腊、土耳其、伊朗、印度,再进入我国西部与西南地区,向南经过缅甸与印度尼西亚,最后与环太平洋地震带的新几内亚相接。除环太平洋地震带外,几乎所有的中原地震带和大的浅源地震都发生在此带内,释放的能量占全部地震能量的15%。

此外,在大西洋、印度洋等大洋的中部也有呈条状分布的地震带。

2)我国地震带

我国是一个多地震的国家,东临环太平洋地震带,南接欧亚地震带,地震分布相当广泛。我国主要地震带有两条:一是南北地震带,它北起贺兰山,向南经六盘山,穿越秦岭沿川西至云南省东北,纵贯南北。二是东西地震带,主要的东西构造带有两条,北面的一条沿陕西、山西、河北北部向东延伸,直至辽宁北部的千山一带;南面的一条,自帕米尔高原起经昆仑山、秦岭,直到大别山区。如图1.3所示。

图1.3 中国地震带分布图

根据这些地震带可将全国分为6个地震活动区:①南北地震带。②天山地震活动区。③华北地震活动区。④东南沿海地震活动区。⑤台湾及其附近海域。⑥喜马拉雅山脉活动区。

1.2.4 地震的基本术语

1.2.4.1 震源和震中

震源(earthquake focus):地球内部发生地震的地方称为震源。

震中(earthquake center):震源正上方相应地面位置称为震中。

震源深度(focal depth):震源到震中的垂直距离,称为震源深度。

震中距(epicentral distance):地面某处到震中的水平距离称为震中距。

震源距(focal distance):地面某处到震源之间的直线距离称为震源距。

极震区(meizoseismal area):在震中附近,振动最剧烈,破坏最严重的地区称为极震区。

等震线(isoseismal):一次地震中,在其所波及的地区内,根据地震烈度表可以对每一个地点评估出一个烈度,烈度相同点的外包线称为等震线(图1.4)。

图1.4 常用地震术语示意图

地震按震源的深浅又可分为三类:一类是浅源地震,震源深度在70 km以内;二是中源地震,震源深度在70~300 km范围;三是深源地震,震源深度超过300 km。浅源、中源和深源地震所释放的能量分别约占所有地震释放能量的85%、12%和3%。

1.2.4.2 地震波

地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量,这就是地震波。它包含在地球内部传播的体波和只限于地面附近传播的面波。

体波又包括两种形式的波,即纵波(P波)和横波(S波)。

纵波在传播过程中,其介质质点振动方向与传播方向一致,故又被称为压缩波或疏密波。纵波的周期短,振幅小,波速快。横波在传播过程中,其介质质点的振动方向与波的传播方向垂直,故又被称为剪切波。横波的周期相对长,振幅大,波速慢。

在地壳中,纵波的波速约为7~8 km/s;横波的波速约为4~5 km/s。所以当某地发生地震时,在地震仪上首先记录到的是纵波,然后是横波,根据两种波到达的时间差,可估计震源的距离。

面波是体波经地层界面多次反射、折射形成的次生波,它包括两种形式的波,即瑞利波(Rayleigh波)和勒夫波(Love波)。面波的质点振动方向比较复杂,既引起地面水平振动又引起地面垂直振动。这种波的波速慢,波速约为3 km/s,振动周期长,振幅比体波的大,只在地表附近传播,比体波衰减慢,能传播到较远的地方。

1.2.4.3 地震震级

地震震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度,目前国际上比较通用的是里氏震级。它是由里克特(C.F.Richter)在1935年提出的:即在距离震中100 km处,用标准伍德-安德生(Wood-Anderson)式标准地震仪(自振周期0.8 s,阻尼系数0.8,放大倍数2 800倍)所记录到的最大水平位移的常用对数值。其表达式为

式中 M——地震震级,一般称为里氏震级;

   A——标准地震仪记录的最大振幅(μm)。

如果震中距不是100 km时,则需按修正公式进行计算:

式中 M——地震震级,一般称为里氏震级;

   A——待定震级的地域记录的最大振幅(μm);

   A 0——标准地震在同一震中距处的最大振幅(μm)。

地震震级与地震释放的能量有如下经验关系式:

式中 E——地震释放的能量,单位为erg。

由式(1-1)和(1-3)可知,地震震级相差一级,地面振幅相差约10倍,而地震能量相差约32倍。

一般认为,小于2级的地震,人们感觉不到,只有仪器才能记录下来,称为微震;2~4级地震,人们可以感觉到,称为有感地震;5级以上地震能引起不同程度的破坏,称为破坏性地震;7级以上的地震,则称为强烈地震或大震;8级以上的地震,称为特大地震。20世纪以来,有仪器记录到的最大震级为2011年3 月11日日本本州岛发生的里氏9.0级地震,该次地震引发大规模海啸,造成重大人员伤亡,并引发日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。

1.2.4.4 地震烈度

地震烈度是指某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。对于一次地震,震级只有一个,但它对不同地点的影响是不一样的。一般来说,震中距不同,地震烈度也不同,震中距愈远地震烈度愈低,反之则烈度愈高。此外,地震烈度还与地震大小、震源深度、地震传播介质、表土性质、建筑物动力特性等许多因素有关。

一般来说,震中烈度是地震震级和震源深度两者的函数。对于大量的震源深度在10~30 km的地震,其震中烈度I 0与震级M的对应关系见表1.1。

表1.1 震中烈度与震级的大致对应关系

为评定地震烈度,就需要建立一个标准,这个标准就是地震烈度表。它是按照地震时人的感觉、地震所造成的自然环境变化和工程结构的破坏程度所制成的表格。另以地面加速度峰值和速度峰值为烈度的参考物理指标,作为地区性直观烈度标志的共同校正标准。目前我国采用的地震烈度表是1999年颁布的《中国地震烈度表》(表1.2),该烈度表以统一的尺度衡量地震的强烈程度,从无感到地面剧烈变化及山河改观划分为12个级别。

表1.2 中国地震烈度表

续 表

续 表

注:1.表中的数量词:“个别”为10%以下;“少数”为10%~50%;“多数”为50%~70%;“大多数”为70%~90%;“普遍”为90%以上。
2.1~5度以地面上人的感觉为主;6~10度以房屋震害为主,人的感觉仅供参考;11~12度以地表震害现象为主。
3.在高楼上人的感觉要比地面上人的感觉明显,应适当降低评定值。
4.表中房屋为单层或数层、未经抗震设计或未加固的砖混或砖木房屋。对于质量特别差或特别好的房屋,可根据具体情况,对表中各烈度相应的震害程度和震害指数予以提高或降低。
5.表中震害指数是从各类房屋的震害调查和统计中得出的、反映破坏程度的数字指标,0表示无震害,1表示倒塌,平均震害指数可以在调查区域内用普查或随机抽查方法确定。
6.在农村可按自然村为单位,在城镇可按街区进行烈度的评定,面积以1 km2左右为宜。
7.凡有地面强震记录资料的地方,表列水平向地面峰值加速度和峰值速度可作为综合评定烈度的依据。

1.3 我国古今砌体结构介绍及发展

由砖、石材或砌块组成,并用砂浆等胶结材料砌筑而成的结构,称为砌体结构。

砖和石材是两种古老的土木工程材料,砌体结构在我国有悠久的历史,可以追溯到原始社会。早在5 000年前我们的祖先就建造有石砌祭坛和石砌围墙。在我国烧结砖的生产和使用已有3 000年以上的历史。战国时期(公元前475年—前221年)已能烧制大尺寸空心砖,曾盛行于西汉,南北朝以后砖的应用更为普遍。

砌体结构在我国的发展大致可分为三个阶段:第一阶段是19世纪中叶以前,砖石结构主要为城墙、佛塔、石桥及少数砖砌重型穹拱佛殿。

据记载我国长城始建于公元前7世纪春秋时期的楚国,随后各国诸侯为了互相防御都在形势险要处修建城墙。秦始皇统一全国后,为防御北方匈奴的袭扰,用乱石和土将秦、燕、赵北面的城墙连成一体并增筑新的城墙,建成闻名于世的万里长城。明代又多次使用大块精致城砖重修,至今在河北、山西仍可见。

建于公元523年(北魏时期)的河南登封嵩岳寺塔,平面为十二边形,共15层,总高43.5m,为砖砌单筒体结构,是中国最早密檐式砖塔。西安大雁塔也为砖砌单筒体结构,高超过60m,1 200多年来,历经数次地震,仍巍然屹立。河北定县料敌塔高约84m,为砖砌双筒体结构。

隋代开皇十五年至大业元年,即公元595—605年由李春建造的河北赵县安济桥(赵州桥),在桥两端各建有两个小型拱券,既减轻了桥的自重,又减小了水的阻力,是世界上现存最早、跨度最大的空腹式单孔圆弧石拱桥。该桥无论在材料的使用、结构的受力、艺术造型和经济方面,都达到了高度的成就,1991年被美国土木工程师协会(ASCE)选为第12个国际历史土木工程里程碑。

明洪武年间(1368—1398年)建造的南京灵谷寺无梁殿后面的走廊为砖砌穹窿,显示了我国古代应用砖石结构的一个方面。苏州开元寺无梁殿建于明万历四十六年(1618年),四川峨眉万年寺亦有明万历三十年(1602年)建造的砖穹顶。砖砌穹窿结构将砖砌体直接用于房屋建筑中,使抗拉承载力低的砌体结构能跨越较大的空间,显示了我国古代应用砌体结构方面的伟大成就。

 第二阶段是19世纪中叶以后至新中国成立以前大约100年期间,广泛采用黏土砖建造单层或两、三层的低层房屋。这一阶段对砌体结构的设计系按容许应力法粗略进行估算,而对经验分析则缺乏较正确的理论依据。

1824年英国人阿斯普丁发明的波特兰水泥使砂浆的强度大大提高,进一步提高了砌体结构的质量,促进了砌体结构的发展。因此,19世纪欧洲建造了各式各样的砖石建筑物,特别是多层房屋。但我国由于处在半殖民地半封建社会的特殊历史阶段,不可能很好地进行国家建设和进行必要的科学研究,因此砌体结构的实践和理论的发展极缓慢。

 第三阶段是新中国成立后,随着大规模的经济建设,砌体结构得到迅速发展。在砌体结构的应用范围的扩大,新材料、新技术、新结构的研制和推广应用,计算理论和设计方法的逐步完善等方面取得了显著的成绩。

(1)砌体结构应用范围的扩大

我国已从过去用砌体结构建造低矮的民房,发展到现在建造大量的多层住宅、办公楼等民用建筑,中、小型单层工业厂房、多层轻工业厂房以及影剧院、食堂、仓库等建筑,烟囱、筒仓、拱桥、挡土墙等构筑物。应用范围的扩大与增多与砌筑材料发展有着不可分割的联系,新中国成立以后,我国砖的产量逐年增加。据统计,1980年全国砖的产量约为1 566亿块,1990年增至6 200亿块,为世界其他国家砖年产量的总和,全国基本建设中墙体材料90%以上为砌体。长期以来,我国还逐步积累了在地震区建造砌体结构房屋的宝贵经验。唐山地震后,抗震规范设计开始要求在砌体墙中设置构造柱和圈梁,2008年的汶川地震和2010年青海玉树地震验证了这一做法的有效性,但也暴露了地震区砌体结构的一些弊端,尤其是无筋砌体结构。据不完全统计,从20世纪80年代初至今,我国主要大中城市建造的多层砌体结构房屋已达70亿~80 亿m2。综上所述,砌体结构作为一种重要的土木工程形式,在我国的应用范围仍将十分广泛。

(2)新材料、新技术、新结构的研制和推广应用

从20世纪60年代末提出墙体材料革新至今,我国新型墙体材料有了显著的发展。六七十年代,混凝土小型砌块在我国南方城乡得到推广和应用,并取得显著的社会和经济效益。改革开放后迅速由乡镇推向城市,由南方推向北方,由低层推向中、高层,从单一功能发展到多功能,如承重、保温、装饰块。据1996年统计全国砌块总产量2 500万块,砌块建筑面积5 000万m2,每年以20%的速度递增,1998年统计已达3 500万块,各类砌块建筑总面积达8 000万m2。采用混凝土、轻集料混凝土,以及利用各种工业废料、粉煤灰、煤矸石等制成的非烧结混凝土砌块代替烧结黏土砖,既保留了砖结构取材广泛、施工方便、造价低廉等特点,又具有强度高、延性好、不毁坏耕地、能耗较低和环保等特性。2000年我国新型墙体材料占墙体材料总量的28%,产量达到2 100亿块,共完成建筑面积3.3亿m2,完成节能建筑7 470万m2,累计节约耕地4万hm2,节约能耗6 000万t标准煤,利用工业废渣3.2亿t,减少了一氧化硫和氮氧化物等有害气体排放。

我国对配筋砌体结构的研究起步较晚。20世纪80年代主要探讨砖混组合墙及设有构造柱组合砖墙在中高层房屋中的应用,取得了一定的成果。90年代以来,我国加快并深化了对配筋混凝土砌块砌体结构的研究和应用,在吸收和消化国外配筋砌体结构成果的基础上,建立了具有我国特点的配筋混凝土砌块砌体剪力墙结构体系,大大拓宽了砌体结构在高层房屋及在抗震设防地区的应用。近年来已建成不少配筋混凝土砌块砌体剪力墙结构的高层房屋。如辽宁盘锦国税局15层和上海园南新村18层配筋砌块剪力墙住宅。

(3)计算理论和设计方法的逐步完善

20世纪50年代以前,我国所建造的砌体结构房屋主要是住宅等民用建筑,不但层数低,且只凭经验设计。1956年国家建设委员会批准在全国使用前苏联的《砖石及钢筋砖石结构设计标准及技术规范》(Hu Ty 120—1955)。20世纪六七十年代初,我国在全国范围内对砖石结构进行了较大规模的调查和试验研究,总结了一套符合我国实际、比较先进的砖石结构计算理论和设计方法,并于1973年颁布了我国第一本《砖石结构规范》(GB J3—1973)。1988年进行了修订,颁布了《砌体结构设计规范》(GB J3—1988)。该规范摒弃了1973版采用的单一安全系数的极限状态设计方法,而是以概率理论为基础,以分项系数的设计表达式进行计算的极限状态设计方法,在砌体结构可靠度设计方面已提高到当时的国际水平。其中多层砌体结构房屋的空间工作,以及在墙梁中墙和梁的共同工作等专题的研究成果在国际上处于领先地位,使我国砌体结构理论和设计方法趋于完善。20世纪90年代至21世纪初,国内对砌体结构的研究有新的进展,再次对规范进行了修订,颁布了《砌体结构设计规范》(GB 50003—2001)。在新规范中,为适应我国墙体材料革新的需要,增加了许多新型砌体材料,扩充了配筋砌体结构的类型。经过汶川、玉树等几次地震后,以及在进行了必要的试验研究及在借鉴砌体结构领域科研的成熟成果基础上,第三次对规范进行修订,颁布了《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)。新规范增补了在节能减排、墙材革新的环境下涌现出来的部分新型砌体材料的条款,完善了有关砌体结构耐久性、构造要求、配筋砌块砌体构件及砌体结构构件抗震设计等有关内容,同时还对砌体强度的调整系数等进行了必要的简化。

1.4 国外砌体结构简介

在国外,采用石材和砖建造各种建筑物也有着悠久的历史。在欧洲,大约在8 000年前已开始采用晒干的土坯。大约在5 000~6 000年前,已采用经凿琢的天然石。于公元前447年开始兴建的帕特农神庙,代表了当时希腊建筑艺术的最高水平。

埃及在公元前3 000年在吉萨采用块石建成三座大金字塔,工程浩大,气势恢宏。罗马在公元72—82年采用石结构建成罗马大角斗场(科洛西姆圆形竞技场),平面为椭圆形,长轴189m,短轴156.4m,高48.5m,分四层,可以容纳5~8万观众。中世纪在欧洲用加工的天然石和砖砌筑的拱、券、穹窿和圆顶等结构型式得到很大发展。如公元6世纪(公元532—公元637年)在君士坦丁堡建成的圣索菲亚大教堂,东西长77m,南北长71.7m,整个屋盖由一个直径为32.6m的圆形穹窿和前后各一个半圆形穹窿组合而成,为砖砌大跨结构,具有很高的技术水平。于1350年建成的著名的意大利比萨斜塔,以其建筑造型与和谐风姿而闻名,尤以其基础不均匀沉降引起塔体倾斜著称。

在近代,国外砌体结构的发展也很快。尤其波特兰水泥的发明使砂浆强度大大提高,最早的混凝土砌块于1882年问世,两者极大地推动了砌体结构的发展。19世纪末和20世纪初以来,欧美和前苏联都建造了不少高层砌体结构房屋。1889年在美国芝加哥建造了第一幢高层砌体结构房屋,即Monadnock大楼,17层,高66m,它是用砖砌体和铁两种材料建成的。

20世纪60年代以来,欧美等许多国家研究、生产出了不少性能好、质量高的砌体材料,同时在砌体结构的理论研究和设计方法上也取得了很多成果,推动了砌体结构的发展。

目前,欧美及澳大利亚等国砖的抗压强度一般均可达到30~69 MPa,且能生产强度高于100 MPa的砖,空心砖的重力密度一般为13 k N/m3轻的则达6 k N/m3。国外采用的砌筑砂浆的强度也较高,美国ASTMC270标准规定的M、S、N三类水泥石灰混合砂浆的抗压强度分别为25.5 MPa、20 MPa、13.9 MPa,德国的混合砂浆抗压强度为13.7~41.1 MPa,还可生产高黏结强度砂浆。由于砖和砂浆材料性能的改善,砌体的抗压强度也大大提高,美国及西欧等国20世纪70年代砖砌体的抗压强度已达20 MPa以上,接近或超过普通混凝土的强度。美国德克萨斯大学试验的一种采用聚合物浸渍的砖砌体,抗压强度高达120 MPa。

国外砌块的发展也相当迅速,一些国家在20世纪70年代砌块的产量就接近普通砖的产量。世界上发达国家20世纪60年代已完成了从实心黏土砖向各种轻质、高效高功能墙材的转变,形成以新型墙体材料为主、传统墙体材料为辅的产品结构,走上现代化、产业化和绿色化的发展道路。在意大利,空心砖的产量占总产量的80%~90%,空心率可高达60%,在瑞士和保加利亚,多层住宅几乎全部采用空心砖。

1931年新西兰那皮尔大地震和1933年美国长滩大地震时,大量的非配筋砌体结构被震塌。这使人们认识到,传统的非配筋砌体结构的抗震性能是很差的,曾一度导致非配筋砌体在地震区被禁用。现代配筋砌体的发展一般认为是从印度的A.Brebner对配筋砌体的先遣研究开始的,他于1923年发表了为期两年的试验研究的结果。近年来,许多国家对配筋砌体的研究和应用方面取得了较大的进展,特别是配筋砌块剪力墙结构体系的应用为砌体结构在高层建筑和地震区的应用开辟了新的途径。配筋砌体大体上有两种形式:一种形式是采用空心砖或空心砌块,在空洞内设置竖向钢筋并灌浆或灌混凝土;另一种形式是将墙砌筑成内、外两层,用钢筋砂浆或钢筋混凝土作中间层。美国于20世纪70年代在匹兹堡建造了一座20层的配筋房屋。英国于1981年提出了配筋砌体和预应力砌体设计规范。在美国科罗拉多州建造的一座20层配筋砌体塔楼和在加州建造的采用高强混凝土砌块并配筋的希尔顿饭店,都经受了地震的考验而未受损坏。此外,国外对预制砖墙板的研究也相当重视。20世纪60年代,前苏联采用预制砖墙板建造的房屋面积已超过400万m2。在美国德克萨斯州奥斯汀市曾采用76mm的预制砖墙板作一幢27层房屋的外围护墙。近些年,美国的预制装配折线形砖墙板和加拿大的预制槽形及半圆筒拱形墙板,均已在工程上应用。

在设计理论与规范方面,前苏联是世界上最先较完整地建立砌体结构理论和设计方法的国家,并于1939年颁布《砖石结构设计标准及技术规范》(OCT—90038—39),50年代在对砌体结构进行了一系列试验和研究的基础上,提出了按极限状态设计方法,英国、意大利等国的规范也采用了该方法。20世纪60年代以来欧美等许多国家加强了对砌体材料的研究和生产,在砌体结构理论、计算方法以及应用上取得了许多成果。国际建筑研究与文献委员会承重墙工作委员会(CIBW23)于1980年编写的《砌体结构设计和施工的国际建议》(CIB58),以及国际标准化组织砌体结构技术委员会ISO/TC179编制的国际砌体结构设计规范都采用了以近似概率理论为基础的安全度准则。

1.5 村镇砌体结构建筑

1.5.1 村镇砌体结构类型

中国农民占总人口的80%以上,且基本上都居住在经济相对落后的村镇,因此砌体结构在村镇建筑中占了相当大的比重。我国地域广阔,各个地区间的经济水平、生活习惯、原材料等有差异,决定了砌体结构多种多样。从材料上分,主要有砖砌体结构、石砌体结构和各种砌块砌体结构。根据砌体的受力性能分为无筋砌体结构、约束砌体结构和配筋砌体结构。其中,配筋砌体结构主要用于多层和高层建筑中,在村镇住宅方面很少采用。

1.5.1.1 无筋砌体结构

常用的无筋砌体结构有砖砌体、砌块砌体和石砌体结构。

1)砖砌体结构

它是由砖砌体制成的结构,视砖的不同分为烧结普通砖、烧结多孔砖、混凝土多孔砖和非烧结硅酸盐砖砌体结构。砖砌体结构的使用面广。根据现阶段我国墙体材料改革的要求,实行限时、限地禁止使用黏土实心砖。对于烧结黏土多孔砖,应认识到它是墙体材料革新中的一个过渡产品,其生产和使用亦将逐步受到限制。

2)砌块砌体结构

它是由砌块砌体制成的结构。我国主要采用普通混凝土小型空心砌块砌体和轻骨料混凝土小型空心砌块以及自保温砌块砌体,是替代黏土实心砖砌体的主要承重砌体材料。当其采用混凝土灌孔后,又称为灌孔混凝土砌块砌体。在我国,混凝土砌块砌体结构有较大的应用空间和发展前途。

3)石砌体结构

它是由石砌体制成的结构,根据石材的规格和砌体的施工方法的不同分为料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体。石砌体结构主要在石材资源丰富的地区采用。

1.5.1.2 配筋砌体结构

配筋砌体结构是由配置钢筋的砌体作为主要受力构件的结构,即通过配筋使钢筋在受力过程中强度达到流限的砌体结构。配筋混凝土砌块砌体剪力墙,具有和钢筋混凝土剪力墙类似的受力性能。但二者之间也存在一定的差别。配筋砌体结构具有较高的承载力和延性,改善了无筋砌体结构的受力性能,扩大了砌体结构的应用范围。配筋砌体结构在国外至少有数十年的历史,在我国只有三十余年的过程,目前只在城市多高层住宅中采用。例如,在南宁、沈阳、本溪及鞍山等地建成了一批8~12层的配筋砌块砌体建筑。

1.5.1.3 约束砌体结构

通过竖向和水平钢筋混凝土构件约束砌体的结构,称为约束砌体结构。最为典型的是在我国广为应用的钢筋混凝土构造柱(砌块芯柱)—圈梁形成的砌体结构体系。它在抵抗水平作用时使墙体的极限水平位移增大,从而提高墙的延性,使墙体裂而不倒。其受力性能介于无筋砌体结构和配筋砌体结构之间,或者相对于配筋砌体结构而言,是配筋加强较弱的一种配筋砌体结构。如果按照提高墙体的抗压强度或抗剪强度要求设置加密的钢筋混凝土构造柱(砌块芯柱)及水平配筋,则属于配筋砌体结构,这是近年来我国对构造柱作用的一种新发展。

1.5.2 村镇砌体结构抗震能力现状和震害调研

在汶川、青海地震中,遭受破坏和倒塌的房屋除建成时间较早、未经抗震加固或施工质量存在重大问题的城市建筑外,基本上都是村镇建筑,并且也是造成人员伤亡最大的建筑。

因此,住建部和广大工程设计人员开始重视我国农村地区的住宅现状。中国建筑科学研究院的课题组成员从2009年9月到2010年5月在全国范围内开展了村镇民居的调研活动,到不同省区、不同区域的农村实地走访,全面收集农村房屋现状的基本建设资料,了解不同地区现有村镇结构住宅的建筑材料、结构形式、施工工艺、破坏形式、维修加固等信息。

1.5.2.1 村镇砌体住宅的抗震状况及建筑做法

根据经济情况的不同,村镇房屋抗震状况大致可以分为三类:第一类是经济高度发达地区,房屋为别墅式建筑,有统一的规划,部分有设计图纸,在一定程度上考虑了抗震设防;第二类是经济中等地区,房屋以平房为主,主要为黏土砖墙。虽在一定程度上考虑了结构安全,但基本上未考虑抗震设防。此类房屋数量最大,根据屋盖其结构形式可分为砖木结构和砖混结构,是抗震设防的重点;第三类为山区和边远贫困地区,其结构形式多为生土墙体承重房屋(土坯墙房屋、夯土墙房屋、土窑洞)、砖土混合承重房屋(砖柱土山墙,下砖上土坯)等。对这类房屋,无论是概念设计还是构造要求等均不能满足抗震要求,若进行抗震加固则费用将会很高,从经济上来说不如重建。

调查显示,我国村镇住宅的墙体材料以砖砌体为主,同时还有多孔砖、石材、混凝土砌块等,其中实心黏土砖占86.84%,包括红砖和青砖,黏土砖的规格为240mm×115mm×53mm。按照墙体的砌筑方式不同可分为实心墙和空斗墙两种。

(1)实心墙 《镇(乡)村建筑抗震技术规程》(JGJ 161—2008)要求:纵横墙交接处沿墙体高度每500mm有拉结筋连接,每边深入墙体的长度不小于750mm。根据调研情况,在部分经济条件较好地区,设置拉结筋的砌体房屋所占比例较高,相反,贫困地区的砌体房屋则较少采取拉结措施。另外,由于各地工匠的技术水平参差不齐,村镇砌体墙的砌筑质量存在较大差异。如不能同时砌筑的纵横墙,应留踏步槎而未留;砖墙砌筑未能达到横平竖直、立皮数杆等。灰缝饱满度对砌体墙的承载力有很大影响,调研发现部分地区砖墙灰缝饱满度较差。

(2)空斗墙 空斗墙一般只用于隔墙和填充墙,然而调查发现,在我国南方地区,为了节省材料和保温隔热、隔声,空斗墙普遍存在且用于承重墙。空斗墙本身就是一种非匀质砌体,坚固性和抗震性能明显较实心墙差,加上农民建房时随意性较大,因此存在很多问题和隐患。空斗墙房屋震害形式主要有:①抗剪能力和整体性差,房屋墙体出现斜裂缝、X形裂缝和水平裂缝;②大多数空斗墙的纵横墙交接处没有采用实心砌法或采取其他拉接措施,纵横墙交接处连接薄弱,墙体在纵横墙交接处开裂;③使用空心预制楼板未设置圈梁的空斗墙体房屋,因横墙开裂导致预制楼板顺板缝开裂。建议在地震区,空斗墙应谨慎采用。

1.5.2.2 村镇砌体结构住宅的承重体系

结构的抗震性能与多种因素有关,其中最主要的是结构体系的选择。根据调查,村镇砌体结构的结构体系形式多样,抗震性能也千差万别。

(1)横墙承重体系

在经济贫困地区,砌体结构大多采用砖混结构,当横墙间距较小且为坡屋顶时,多直接在内横墙及山墙上搁置檩条。这种结构一般无圈梁,檩条与墙体间缺少有效拉结,整体性较差。由于屋盖没有有效的拉结措施,山墙为独立悬墙,纵墙又仅承担自重,起围护和稳定作用,所以山墙平面外抗弯刚度很小,在纵向地震作用下,山墙承受檩条传来的水平推力,极易产生外闪破坏。《镇(乡)村建筑抗震技术规程》(JGJ 161—2008)中要求,硬山搁檩仅适于烈度为6、7度的地区,在8度及以上高烈度地区不应采用,而实际应用非常普遍。

当横墙间距较小且平为屋顶时,经济条件中等地区如华中、中南地区多采用横墙上直接搁置预制板的做法。楼板虽具有一定刚度,一旦楼板支承长度不足或没有可靠的连接措施,有一定的水平错动时就会掉落,便会造成重大伤亡。汶川地震中就出现了大量预制板楼盖砌体房屋倒塌的震害现象。在经济富裕的地区,可采用现浇楼板,房屋整体性好,地震时即使墙体局部倒塌也不会造成楼盖整体塌落。

总之,横墙承重体系由于墙片较多,抗震性能较好,但必须保证纵、横墙的连接以及楼、屋盖与墙体的连接,否则会出现由于整体性较差引起的严重破坏。

(2)纵墙承重体系

该体系在房屋大开间时广泛采用,屋盖一般为钢(木)屋架、混凝土梁或木梁。这类房屋由于横墙间距较大,横向刚度较差,对纵墙的支承较弱,纵墙在地震作用下易出现弯曲破坏。实际应用非常普遍。

(3)纵横墙混合承重体系

该体系房屋主要是依建筑功能要求建成,一般要求中间为大开间,两端为小开间,中间的横墙拿掉,换之以屋架或大梁搁置于外纵墙,而两端采用硬山搁檩或直接搭预制楼板等。这种纵横墙混合承重体系由于共同分担地震力,墙体的地震作用有所减轻,但由于墙体间以及屋盖与墙体的实际连接较弱,整体性较差,抗震性能较弱。

(4)纵墙与柱混合承重体系

该类结构屋盖一般为钢(木)屋架,其一端直接搁置在墙体上,另一端置于柱顶。柱子的材料根据当地情况选用,有预制混凝土柱、木柱、砖柱等。这种结构体系由于房屋开间较大,横墙较少,横向抗震能力较弱;缺少正面纵墙,前排柱与后排外纵墙的刚度相差较大,造成刚心与质心明显偏离。在地震力作用下,易发生扭转破坏。由于柱子的抗侧能力明显小于纵墙,在纵向地震力作用下易提前破坏,造成房屋倒塌。这类体系在各地均有采用,尤其在北方追求正面较大采光和采暖要求时,应用非常普遍。

(5)砖柱、纵横墙内外跨混合承重体系

这类房屋的主要形式是两层两跨,内跨居住,有纵横墙,外跨无墙不封闭,做走廊。内、外跨的跨度不等,外跨较小,竖向荷载主要由砖柱承担,内跨由墙体承担。外跨无楼板时,砖柱高度较大,稳定性较差。多数结构内、外跨均有楼板,稳定性稍好,但这种结构类型同纵墙与柱共同承重的结构形式,各跨纵向刚度不均匀,尤其是外跨,在纵向地震力作用下,外跨柱率先倒塌。横向构件由于内跨为横墙,外跨是梁、柱,刚度也不均匀,在横向地震力作用下,外跨柱也易率先倒塌。

这类房屋在重庆、江西、山西及福建等地均有分布,这与当地的居住习惯和房屋功能有关,南方地区较多,北方偏少,一般北方将外廊作成挑檐或阳台,不再增加跨数。这种增加外跨走廊的做法在地震区非常不利,应采取加强措施,增加抗震能力。

(6)外推墙砖混结构体系

外推墙砖混结构体系一般是前纵墙在2层横向外挑,有的甚至前后均外挑。但这样造成横向外挑的2层外纵墙与1层的外纵墙上下不连续,结构的竖向刚度分布很不均匀,导致此类房屋在地震力作用下2层、3层普遍破坏严重。汶川地震中也出现了很多外推墙结构墙体开裂和破坏的震害现象。因此,这类房屋的抗震性能由于外推墙造成的刚度变化明显削弱,应加以改进,避免外推。

在汶川地震灾区倒塌和损毁的房屋中,农村房屋占的比例非常大。因此,切实提高农村房屋的抗震性能,最大限度地减轻地震灾害损失,具有重要的社会意义。

1.6 我国现行抗震规范标准

我国的抗震设计标准起步较晚,1964年才提出建筑物和构筑物抗震设计规范的初稿,1974年发布第一本建筑物通用的抗震设计规范(试行),1976年唐山地震后进行了修订并发布了建筑物通用的抗震设计标准。

目前我国针对村镇住宅建筑抗震的设计规范、规程主要有《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)、《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)、《镇(乡)村建筑抗震技术规程》(JGJ 161—2008)、《村镇住宅建筑设计技术规程》。

现行《建筑抗震设计规范》是国家2010年再次修订后颁布实施的,此次修订总结了2008年汶川地震震害的经验,增加了砌体结构楼梯间增设构造柱的强制性要求,改进了多层砌体房屋、配筋砌体房屋的抗震措施,取消了内框架砖房的内容。

2011年我国又在《砌体结构设计规范》(GB 50003—2001)的基础上对砌体结构设计规范进行修订并颁布实施。此次修订总结了近年来砌体结构应用的新经验,调查了我国汶川、玉树地震中砌体结构的震害,并在进行了必要的试验研究及在借鉴砌体结构领域科研的成熟成果基础上,增补、简化和完善部分内容。主要修订内容是:增加了适应节能减排、墙体革新要求、成熟可行的新型砌体材料,并提出相应的设计方法;根据试验研究,修订了部分砌体强度的取值方法,对砌体强度调整系数进行了简化;增加了提高砌体耐久性的有关规定;完善了砌体结构的构造要求;针对新型砌体材料墙体存在的裂缝问题,增补了防止或减轻因材料变形而引起墙体开裂的措施;完善和补充了夹心墙设计的构造要求;补充了砌体组合墙平面外偏心受压计算方法;扩大了配筋砌块砌体结构的应用范围,增加了框支配筋砌块剪力墙房屋的设计规定;根据地震震害,结合砌体结构特点,完善了砌体结构的抗震设防设计方法。

《镇(乡)村建筑抗震技术规程》(JGJ 161—2008)是2008年发布的专门针对村镇建筑的一本技术规程。它的使用对象为县设计室、村镇建设协理员和村镇建筑工匠等层次较低的设计单位和技术人员。该规程将不同烈度、不同层数、各种砌体、不同砂浆强度等级,以及各种开间和进深等情况下的地震作用计算转换成表格,方便查询计算。

本手册是在结合《建筑抗震设计规范》和《镇(乡)村建筑抗震技术规程》的基础上,针对村镇建筑中绝大多数的砌体结构房屋,进行了深入的研究和调查,进一步细化了相关的条文和构造措施,简化了地震作用的计算,能够方便更多的村民自行查用。

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