剖析臺彎921大地震建筑倒塌的原因

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一．基本概況
 
　　一九九九年九月二十一日凌晨一時四十七分，在我國臺灣省中部南投縣集集鎮(zhèn)，發(fā)生了里氏7。3級的強(qiáng)烈地震，地震地面最大加速度高達(dá)984伽，而本區(qū)抗震設(shè)計采用的地震地面最大加速度為230伽。地震持續(xù)的時間長達(dá)40秒鐘，而且地震是上下、水平同時發(fā)生。地面垂直錯位最大有10米。本次大地震造成嚴(yán)重人員傷亡和財產(chǎn)損失，死亡2246人，受傷8735人，毀壞房屋17484棟，其中包括619棟學(xué)校及許多公共建筑，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1000億新臺幣。大量的建筑如骨牌一般應(yīng)聲倒塌，充分暴露了臺灣建筑 行業(yè)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、設(shè)計、施工、使用和管理各方面的問題。

二．建筑物震害基本特征

　　據(jù)統(tǒng)計資料顯示，臺灣省五個縣的十六個市、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)共倒塌房屋17484棟，其中嚴(yán)重毀壞的有9909棟，半倒塌的有7575棟，其中很多是當(dāng)?shù)胤Q為“三合院”“土角厝”，是以黃泥、石灰加稻草屑制成的土坯砌墻、木屋架上鋪小青瓦的民房，在地震時幾乎100%倒塌；在城鎮(zhèn)也有大量的多、高層鋼筋混凝土建筑倒塌破壞，其中不乏高級住宅、銀行、寫字樓和豪華酒店，還有學(xué)校、車站等公共建筑，與1995年日本阪神地震和1996年云南麗江地震相比，本次地震中，多、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞較多。
　　由大量倒塌的多、高層建筑破壞實例可以看出，幾乎倒塌的多、高層建筑，全是被當(dāng)?shù)胤Q為“軟腳蝦”“騎樓”的建筑。所謂“軟腳蝦”就是指住戶及建筑商為制造空間，而把一樓挑高、掏空，作為車庫及商業(yè)用房，形成建筑中的“薄弱層”；所謂“騎樓”是指沿主要大街的房屋，一層收進(jìn)，二層以上伸出，作為防雨遮陽的人行通道。

三．震害原因分析和經(jīng)驗教訓(xùn)

1．地震預(yù)報和地震區(qū)劃的不準(zhǔn)確
　　地震學(xué)家多年來一直認(rèn)為臺灣東部為地震高危險區(qū)，建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)高于中部一至二級。本次地震發(fā)生在臺灣中部，震中震度高出設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)二級以上，即地震力比設(shè)計中地震力高出4倍以上，實際的儀器記錄也證明了這一點。

2．抗震規(guī)范方面
　　臺灣現(xiàn)行的“建筑物耐震設(shè)計規(guī)范”是1998年制訂的，而在次之前一直    采用1982年制訂的“建筑物耐震設(shè)計規(guī)范”。這本規(guī)范基本上照搬美國的“統(tǒng)一建筑規(guī)范”UBC的版本，臺灣工程界認(rèn)為此規(guī)范對抗震概念設(shè)計相當(dāng)薄弱，構(gòu)造措施也很粗糙。而且對于現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震鑒定、評估和加固則也無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可循。

3．設(shè)計問題較多
　　根據(jù)有關(guān)資料，以下幾種典型設(shè)計失誤造成了建筑震害
（1）建筑平面布置不規(guī)則
　　當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的帶有騎樓的“透天厝”樓房，在騎樓前部僅由柱子支撐，正門為做店面大開洞加玻璃櫥窗。地震時柱子折斷，騎樓倒塌帶動主體結(jié)構(gòu)前傾，層層跌落。本次在臺灣許多沿街建筑屬此類破壞。這種建筑形式在大陸閩南、潮汕地區(qū)也很常見。
　　另一種是底層作車庫、商場，也就是正門大開洞，三面有墻，建筑平面剛度不均勻。地震時底層倒塌，帶動上部結(jié)構(gòu)層層跨落成“千層餅”破壞形狀。如彰化縣員村鎮(zhèn)富貴名門大樓為16層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面為碟形，下部為車庫，屬不對稱平面布置，地震時扭轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴(yán)重，導(dǎo)致五層以下塌平，五層以上各層重疊成階梯形塌落。
（2）建筑立面布置不規(guī)則，豎向剛度突變。
　　建筑沿豎向或因?qū)痈咄蝗蛔兓ㄋ^“挑高”），或在某層抽掉柱子形成空曠（所謂“挑空”），或為追求大開間無梁無柱等均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則，剛度和強(qiáng)度突變。此類建筑在本次地震中破壞最為嚴(yán)重，而且破壞多集中在這些薄弱部位。比較典型的有：南投縣汽車站三層建筑底層候車大廳空曠少墻，二、三層為辦公用房，橫墻較多，地震時底層塌平；臺北市“東星大樓”（12）層，地下有大型停車場，地上一、二層為銀行寫字樓，抽柱削梁墻也少，三層以上為住宅，剛度很大，地震時底部倒塌帶動上部各層一起倒塌，九樓變一樓。
　　以上震害實例分析證明合理的建筑布置在抗震設(shè)計中是頭等重要，提倡平、立面簡單對稱。因為震害表明，簡單、對稱的建筑在地震時較不易破壞。而且道理也很清楚，簡單、對稱的結(jié)構(gòu)容易估計其地震時的反應(yīng)，也容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。“規(guī)則”包含了對建筑的平、立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，直至承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規(guī)則”的具體界限隨結(jié)構(gòu)類型的不同而異，需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師互相配合，才能設(shè)計出抗震性能良好的建筑。
（3）抗震措施和抗震構(gòu)造措施不當(dāng)。
　　在抗震設(shè)計中，“抗震措施”和“抗震構(gòu)造措施”是兩個不同的概念。“抗震措施”是指除地震作用計算以外的抗震設(shè)計內(nèi)容，包括建筑總體布置、結(jié)構(gòu)選型、地基抗液化措施等，主要是考慮概念設(shè)計要求對地震作用效應(yīng)的調(diào)整，以及各種結(jié)構(gòu)措施；“抗震構(gòu)造措施”是指根據(jù)抗震概念設(shè)計的原則，一般不需做計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所采取的細(xì)部構(gòu)造?？拐饦?gòu)造措施要求是作為抗震驗算的一種補(bǔ)充和保證。這就足以證明抗震措施和抗震構(gòu)造措施的重要性，但由于是構(gòu)造措施而往往容易被人們忽視。
　　本次通過對臺灣大地震嚴(yán)重破壞但未倒塌的建筑物結(jié)構(gòu)分析表明：某些結(jié)構(gòu)設(shè)計梁柱節(jié)點配筋不足，窗間墻過短，短柱，承重墻體高寬比過大，柔性底層建筑，抗震墻不連續(xù)，不規(guī)則開洞，懸挑構(gòu)件過長等。在地震時破壞集中在這些薄弱部位。
（4）個別結(jié)構(gòu)設(shè)計過于大膽，設(shè)計缺乏抗震概念設(shè)計。
　　從本次破壞情況分析來看，有的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃不周全，結(jié)構(gòu)設(shè)計過于大膽，再加上施工質(zhì)量有問題，剪力墻面積太少，中庭挑高影響結(jié)構(gòu)安全。如：中山國賓大樓為中庭挑高建筑，一樓作為公共空間，故墻壁很少，且整個大樓外墻未設(shè)剪力墻，且開窗很多，形成建筑抗震上的所謂“柔軟”底層而倒塌。
（5）建筑規(guī)劃和選址不當(dāng)。
　　城市中樓房間距太小，過分密集，導(dǎo)致一棟樓房倒塌禍及其他樓房。如：臺中縣豐原市十一層“向陽永照”大樓倒塌后，壓倒臨近建筑。
　　房屋建造在軟弱地基或可液化場地或臨近地震斷層，地震對場地液化導(dǎo)致地基失效，房屋傾斜。如：南投縣中興新村一座鐘樓和十一層的“金陵世家”住宅樓由于場地液化造成建筑嚴(yán)重傾斜。