剖析台弯921大地震建筑倒塌的原因 发布时间:2015-11-17 上传者:shaqianmo

一.基本概况
 
  一九九九年九月二十一日凌晨一时四十七分,在我国台湾省中部南投县集集镇,发生了里氏7。3级的强烈地震,地震地面最大加速度高达984伽,而本区抗震设计采用的地震地面最大加速度为230伽。地震持续的时间长达40秒钟,而且地震是上下、水平同时发生。地面垂直错位最大有10米。本次大地震造成严重人员伤亡和财产损失,死亡2246人,受伤8735人,毁坏房屋17484栋,其中包括619栋学校及许多公共建筑,直接经济损失超过1000亿新台币。大量的建筑如骨牌一般应声倒塌,充分暴露了台湾建筑 行业在技术标准规范、设计、施工、使用和管理各方面的问题。

二.建筑物震害基本特征

  据统计资料显示,台湾省五个县的十六个市、镇、乡共倒塌房屋17484栋,其中严重毁坏的有9909栋,半倒塌的有7575栋,其中很多是当地称为“三合院”“土角厝”,是以黄泥、石灰加稻草屑制成的土坯砌墙、木屋架上铺小青瓦的民房,在地震时几乎100%倒塌;在城镇也有大量的多、高层钢筋混凝土建筑倒塌破坏,其中不乏高级住宅、银行、写字楼和豪华酒店,还有学校、车站等公共建筑,与1995年日本阪神地震和1996年云南丽江地震相比,本次地震中,多、高层钢筋混凝土结构破坏较多。
  由大量倒塌的多、高层建筑破坏实例可以看出,几乎倒塌的多、高层建筑,全是被当地称为“软脚虾”“骑楼”的建筑。所谓“软脚虾”就是指住户及建筑商为制造空间,而把一楼挑高、掏空,作为车库及商业用房,形成建筑中的“薄弱层”;所谓“骑楼”是指沿主要大街的房屋,一层收进,二层以上伸出,作为防雨遮阳的人行通道。

三.震害原因分析和经验教训

1.地震预报和地震区划的不准确
  地震学家多年来一直认为台湾东部为地震高危险区,建筑物的抗震设防标准高于中部一至二级。本次地震发生在台湾中部,震中震度高出设防标准二级以上,即地震力比设计中地震力高出4倍以上,实际的仪器记录也证明了这一点。

2.抗震规范方面
  台湾现行的“建筑物耐震设计规范”是1998年制订的,而在次之前一直    采用1982年制订的“建筑物耐震设计规范”。这本规范基本上照搬美国的“统一建筑规范”UBC的版本,台湾工程界认为此规范对抗震概念设计相当薄弱,构造措施也很粗糙。而且对于现有建筑结构的抗震鉴定、评估和加固则也无标准规范可循。

3.设计问题较多
  根据有关资料,以下几种典型设计失误造成了建筑震害
(1)建筑平面布置不规则
  当地传统的带有骑楼的“透天厝”楼房,在骑楼前部仅由柱子支撑,正门为做店面大开洞加玻璃橱窗。地震时柱子折断,骑楼倒塌带动主体结构前倾,层层跌落。本次在台湾许多沿街建筑属此类破坏。这种建筑形式在大陆闽南、潮汕地区也很常见。
  另一种是底层作车库、商场,也就是正门大开洞,三面有墙,建筑平面刚度不均匀。地震时底层倒塌,带动上部结构层层跨落成“千层饼”破坏形状。如彰化县员村镇富贵名门大楼为16层钢筋混凝土结构,平面为碟形,下部为车库,属不对称平面布置,地震时扭转效应严重,导致五层以下塌平,五层以上各层重叠成阶梯形塌落。
(2)建筑立面布置不规则,竖向刚度突变。
  建筑沿竖向或因层高突然变化(所谓“挑高”),或在某层抽掉柱子形成空旷(所谓“挑空”),或为追求大开间无梁无柱等均导致结构竖向不规则,刚度和强度突变。此类建筑在本次地震中破坏最为严重,而且破坏多集中在这些薄弱部位。比较典型的有:南投县汽车站三层建筑底层候车大厅空旷少墙,二、三层为办公用房,横墙较多,地震时底层塌平;台北市“东星大楼”(12)层,地下有大型停车场,地上一、二层为银行写字楼,抽柱削梁墙也少,三层以上为住宅,刚度很大,地震时底部倒塌带动上部各层一起倒塌,九楼变一楼。
  以上震害实例分析证明合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要,提倡平、立面简单对称。因为震害表明,简单、对称的建筑在地震时较不易破坏。而且道理也很清楚,简单、对称的结构容易估计其地震时的反应,也容易采取抗震构造措施和进行细部处理。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则”的具体界限随结构类型的不同而异,需要建筑师与结构工程师互相配合,才能设计出抗震性能良好的建筑。
(3)抗震措施和抗震构造措施不当。
  在抗震设计中,“抗震措施”和“抗震构造措施”是两个不同的概念。“抗震措施”是指除地震作用计算以外的抗震设计内容,包括建筑总体布置、结构选型、地基抗液化措施等,主要是考虑概念设计要求对地震作用效应的调整,以及各种结构措施;“抗震构造措施”是指根据抗震概念设计的原则,一般不需做计算而对结构和非结构各部分所采取的细部构造。抗震构造措施要求是作为抗震验算的一种补充和保证。这就足以证明抗震措施和抗震构造措施的重要性,但由于是构造措施而往往容易被人们忽视。
  本次通过对台湾大地震严重破坏但未倒塌的建筑物结构分析表明:某些结构设计梁柱节点配筋不足,窗间墙过短,短柱,承重墙体高宽比过大,柔性底层建筑,抗震墙不连续,不规则开洞,悬挑构件过长等。在地震时破坏集中在这些薄弱部位。
(4)个别结构设计过于大胆,设计缺乏抗震概念设计。
  从本次破坏情况分析来看,有的建筑结构系统规划不周全,结构设计过于大胆,再加上施工质量有问题,剪力墙面积太少,中庭挑高影响结构安全。如:中山国宾大楼为中庭挑高建筑,一楼作为公共空间,故墙壁很少,且整个大楼外墙未设剪力墙,且开窗很多,形成建筑抗震上的所谓“柔软”底层而倒塌。
(5)建筑规划和选址不当。
  城市中楼房间距太小,过分密集,导致一栋楼房倒塌祸及其他楼房。如:台中县丰原市十一层“向阳永照”大楼倒塌后,压倒临近建筑。
  房屋建造在软弱地基或可液化场地或临近地震断层,地震对场地液化导致地基失效,房屋倾斜。如:南投县中兴新村一座钟楼和十一层的“金陵世家”住宅楼由于场地液化造成建筑严重倾斜。


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