专栏名称: 建筑结构

《建筑结构》创刊于1971年，是中文核心期刊，建设部优秀科技期刊。主要栏目包括混凝土结构、钢结构、空间结构、组合结构、地基与基础等方面的结构设计经验以及工程抗震、减隔震等相关问题的交流与讨论。内容以实用性、科学性、导向性和资料信息性为特色。

【积石山地震专访】甘肃省院黄锐副总工：应急评估排除隐患，震害研究防患未然

建筑结构 · 公众号 · · 2024-06-13 13:45

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引言

2023年12月18日23时甘肃省临夏州积石山保安族东乡族撒拉族自治县发生6.2级地震，震源深度10公里，震中位于积石山县柳沟乡，距离临夏州积石山县8公里，此次地震的最大烈度为8度。兰州、定西、武威等地震感明显，地震造成一定的人员伤亡和财产损失。

受访嘉宾：黄锐甘肃省建筑设计研究院有限公司副总工程师，甘肃省工程勘察设计大师

采访团队：《建筑结构》杂志社

Q1：您在何时接到上级通知并确定奔赴灾区一线的？本次具体安排调研了哪些地区？主要任务是什么？请介绍下您的团队在第一时间在团队人力组织和物资准备方面，以及在路上的经历、何时到达灾区。

回复：地震发生后，甘肃省住建行业第一时间驰援灾区开展抗震救灾，680名工程技术专业人员用10天时间全面完成灾区7.3万户房屋应急评估和安全性鉴定，州县住建部门全力抢修供水、供热、供气设施，确保灾区市政公用设施正常运行。我们院在12月19号凌晨派出第一批人员随住建厅领导前往灾区，其余大部分人员在12月19号傍晚到达积石山，随即展开震后应急评估工作，积石山当晚的气温大约到零下十多度。12月19日-12月29日期间，甘肃省建筑设计研究院有限公司总共派出130人、33台车赴积石山灾区做建筑震后应急评估工作。

▲ 图1 团队驰援现场照片

Q2：根据您的调研情况，请具体介绍下本次地震中不同结构类型的建筑物震害特征。

回复：此次受地震影响严重的结构基本以多层和单层建筑为主，基本周期大约在0.1s~0.5s之间，与此次地震加速度反应谱的平台段幅值（图2）较大有很大关系。另外从反应谱角度，此次震中烈度已超过了积石山抗震设防烈度7度（0.1g）对应的罕遇地震，经过专业设计的城镇建筑基本都实现了设计规范的抗震性能目标，即“大震不倒”。

▲ 图2 积石山地震加速度反应谱图（©工力所）

对于城镇建筑：

钢筋混凝土结构的主体结构震害很少，仅个别多层建筑的框架柱有轻微或中等损伤，一般表现为框架柱在压弯作用下混凝土压溃。个别网架结构也出现一些震害。与历次震害相同，在混凝土主体结构损伤不严重时，砌体填充墙的震害就会格外明显，填充墙的震害主要有以下几种形式： 1）填充墙斜裂缝和交叉裂缝 。这类裂缝一般表现为下部楼层的震害比上部楼层严重，主要是由层间变形引起。窗间短墙部位存在“短柱效应”，裂缝较为普遍。 2）填充墙与周边柱、梁间的裂缝 。这类裂缝表现为相交部位砂浆抹灰层的水平和竖向裂缝，主要由填充墙平面外变形以及框架与填充墙间不协调变形引起。在楼梯间，由于较为空旷且梁板布置特殊，此类裂缝较明显。 3）砂浆抹灰层剥离脱落 。由于砂浆抹灰层的强度及其与基层之间的粘结强度较低，而且粉刷层厚度偏大，在地震作用下二者不能协同工作时导致砂浆面层大量脱落。另外，当地砂的含土量偏大也是导致本次地震中出现这一显著破坏特征的一个原因。 4）填充墙倒塌 。在此次地震中填充墙完全倒塌的情况很少。个别学校建筑，由于其在教室入口位置采用局部凹入平面，墙体转角部位无构造柱和拉结筋，造成侧向约束差，墙体顶部开窗削弱了顶部约束，墙体出现倒塌情况。

框架柱顶混凝土水平裂缝

框架柱顶混凝土压溃

▲ 图3 混凝土框架柱震害

▲ 图4 砌体填充墙斜裂缝和交叉裂缝

▲ 图5 楼梯间砌体填充墙裂缝

▲ 图6 砌体填充墙的砂浆抹灰层剥离脱落

▲ 图7 砌体填充墙倒塌

混凝土结构的室内吊顶局部或大面积坠落。坠落的吊顶一般都是采用龙骨明架矿棉板形式，其震害表现为吊顶平面周边和上部楼层较为严重。国内外历次地震中吊顶坠落也是最普遍存在的震害之一。吊顶的钢龙骨一般通过细钢筋或钢丝在屋顶楼板处打卡固定，主、次龙骨未与边龙骨可靠连接，甚至未设置边龙骨，骨架系统的平面内刚度和整体性较差。吊顶面板为便于托起检修，直接搁置在龙骨上，当水平方向发生剧烈晃动时，龙骨变形或损坏后矿棉板相继坠落。

吊顶坠落1

吊顶坠落2

吊顶龙骨构造

吊顶龙骨屈曲

▲图8 混凝土结构的室内吊顶震害

（a）暖气片倾倒

（b）暖气立管错位

▲ 图9 暖气设备震害

砌体结构和底部框架砌体结构房屋大多建于2010年以前。一般越老旧的砌体结构震害越严重，甚至一些1~2层的砌体结构也有比较严重的破坏。虽然宏观上砌体结构的砖墙裂缝数量要少于框架填充墙，但裂缝出现在承重和抗侧墙体构件，性质要严重于框架结构。部分砌体结构和底部框架砌体结构的结构布置存在明显的不合理情况。砌体结构的震害主要有以下几种形式： 1）砌体墙斜裂缝和交叉裂缝 。这类裂缝表现为下部楼层的震害比上部楼层严重，很多建筑的裂缝主要出现在首层。纵墙裂缝一般比横墙严重，这主要是由于纵墙门窗洞口较多、墙体较少。在一些三排纵墙（外廊式）公共建筑中，由于追求室内视野通透，导致两排外纵墙的墙垛很短，甚至用大的构造柱代替，仅剩一排内纵墙承担地震作用，引起严重震害。出现严重裂缝的墙体，其砂浆强度一般都很低且砌筑质量差，特别是一些老旧建筑，即使只有2层，也发生了严重的震害。 2）砌体女儿墙在平面外地震作用下产生倾覆弯矩时，如果拉结措施不当或砂浆强度不足，会产生水平裂缝甚至从屋面倾覆坠落。

部分宗教建筑采用木结构，主体结构基本无损伤，仅出现轻微非结构构件损伤。

▲ 图10 砌体结构墙斜裂缝和交叉裂缝

▲ 图11 沿街砌体女儿墙坠落

对于农村民居 ：

震中附近农居房抗震能力偏弱，导致了较为严重的农居房破坏，倒塌房屋主要集中在土木结构、砖木结构和混杂结构的自建农居。由于各种原因，农村居住用房的设计和施工一般未纳入现行建筑质量控制程序，由农户自建，未经过专业的抗震设计，建筑材料强度低、抗震构造措施缺失或不完善、施工质量差，在历次地震中的震害都相对较为严重。

▲ 图12 农房框架结构的中等破坏框架柱

震害较重的砖混结构， 一般为两层，且缺少圈梁和构造柱等抗震构造措施，纵横墙无拉接，有时还采用整体性较弱的预制板， 因而容易造成墙体平面外倾覆，预制板坠落。另外砌筑砂浆含泥量高，强度低，造成砌体的抗震承载力低。震害较轻的砖混结构，一般都具有一定的抗震构造措施，采用整体性较好现的浇钢筋混凝土楼板，墙体可以协同承担水平地震力，现浇楼板也具有圈梁的抗震作用。另外这类砖混结构的砌筑砂浆一般比较饱满，抗震承载力相对较高。

砖混整体倒塌

砖混局部倒塌

▲ 图13 农房砖混结构整体倒塌或局部倒塌

▲ 图14 8度区无震害的2层农房砖混结构

在此次积石山地震的震中8度区， 砖木结构、生土结构和混杂结构的倒塌数量最多，损坏最严重。

砖木结构表现出相对较弱的抗震性能和抗倒塌能力，主要由于以下原因: 1 ）木屋盖平面内整体性较差 ，无法协同各砖墙的水平变形和承载力，容易造成局部墙体（墙垛）及相应上部屋盖的垮塌； 2）木屋盖的屋架、木梁与墙体缺少必要的连接措施 ，在地震作用下导致木屋盖从支承墙体坠落； 3）木屋盖的屋架、木梁、檩条和覆盖层瓦片间的固定措施不足 ，在地震作用下各构件容易散架；4）震害较重的砖木结构，一般都缺少圈梁和构造柱等抗震措施，且纵横墙无拉接。另外砌筑砂浆含泥量高，强度低，造成砌体的抗震承载力低。

结构整体倒塌

结构濒临整体倒塌

纵墙局部坍塌

屋盖整体坍塌

屋盖局部坍塌

木屋盖散架

▲ 图15 8度区农房砖木结构整体倒塌或局部倒塌

生土结构（土木结构）表现出很弱的抗震性能和抗倒塌性能，主要是以下原因：1）由于自然分化， 很多生土墙在震前就已经处于裂缝损伤状态 ，即使轻微地震都就会造成裂缝的进一步扩大；2） 生土墙的抗剪强度和抗震承载力极低 ，在较大的地震作用下便会倒塌；3） 木屋盖平面内整体性较差 ，局部墙体（墙垛）的垮塌会引起成相应上部屋盖的垮塌；4） 木屋盖的屋架、木梁与墙体缺少必要的连接措施 ，在地震作用下导致木屋盖从支承墙体坠落。5） 木屋盖的屋架、木梁、檩条和覆盖层瓦片间的固定措施不足 ，在地震作用下各构件容易散架。

结构整体倒塌

结构濒临整体倒塌

后纵墙倒塌

后纵墙外闪

▲ 图16 8度区农房生土结构和混杂结构震害

震害表现除一般性规律外，也具有离散型，每一种震害即便在相同结构形式中也不是必然发生，相邻房屋的震害也有一定差别，这其中有设计、施工、地震频谱特性和地震作用方向等原因，也有我们对地震工程的认知欠缺的问题，需要不断深入的研究。

Q3：针对以上建筑物震害特征，您对以上类型结构设计有何建议？有什么改进措施能够提高建筑物质量，尽量减少地震损害？

回复：这次积石山震害特征在近10多年的国内其它地震中都有所反映，很多属于“新面孔老问题”，全面和系统的震害调查不应只停留在学术层面，应有切实可行的具体改进措施和落实方法，以防止造成生命和财产损失的震害在未来地震中重复出现。

框架填充墙的严重震害问题应得到根本解决 。尽管填充墙属于非结构构件，但由于其在破坏较为严重的情况下修复成本大、时间长，会对建筑物的震后功能恢复带来很多问题。建议采用条形隔板或高精度砌块替代传统的砌体填充墙，取消砂浆抹灰层，其中砌块与主体结构的连接构造应具有适应主体结构变形的能力。建议在高烈度区优先选用条形隔板，根据试验资料AAC条板的极限水平变形能力可以达到1/50，即便出现一些裂缝和破损也容易修复。

对于矿棉板吊顶，应采取可靠的抗震固定措施，加强龙骨的水平约束和吊顶板的固定 。建议进行各种形式吊顶的抗震理论和试验研究，并尽早用于工程实践。另外，结构设计人员也应参与吊顶的抗震设计，不应完全由建筑和装饰专业完成。

对新建农村民居，建议采取适当的技术管理措施和质量控制程序，保证其必要的抗震性能 。

对不满足抗震设防标准的城镇建筑和农村民居，建议尽早开展抗震性能隐患排查 ，分区域逐步开展抗震隐患房屋的鉴定加固，提升城镇既有老旧砌体建筑和农村民居的抗震防灾能力。

农村砌体结构的墙体需要人工砌筑，灰缝砌筑砂浆的材料和施工质量不容易保证，严重影响其抗震承载力 。建议探索发展工业化程度较高、质量容易保证且造价合理的农村民居结构形式。

AAC竖条板

石膏条板填充墙

▲ 图17 填充墙

▲ 图18 高精度免抹灰层砌块填充墙

▲ 图19 矿棉板吊顶的龙骨抗震措施

在积石山灾后重建中，有关部门对农房建设进行了相应的监管工作。农房的抗震性能已成为关注点，砌体结构加强了构造柱、圈梁、现浇板等抗震措施，并开始出现工业化程度很高的钢结构房屋。

低层冷弯薄壁型钢房屋

钢结构（PEC柱）

具有抗震构造措施的砌体结构1

具有抗震构造措施的砌体结构2

▲ 图 20 有良好抗震性能的积石山灾后重建农居

Q4：目前在进行的其他抗震防灾研究工作有哪些？

回复：目前已完成“甘肃省既有建筑抗震性能评估项目”。该项目基于“第一次全国自然灾害综合风险普查”的房屋普查数据，进行城镇和农村既有房屋抗震性能隐患评估，并开发了三维可视化评估系统软件，在卫星影像底图上对房屋逐栋定位，使房屋空间位置、属性信息、抗震评估结论相互结合。经与积石山6.2级地震核对，显示评估结果与现场震害的匹配度很高。根据项目评估成果，可对存在抗震安全隐患的既有房屋，分层次、分步骤进一步开展抗震鉴定加固工作，防震减灾意义重大。

▲ 图 21 三维可视化评估系统软件

个人简介：

黄锐，1970年11月出生，甘肃省建筑设计研究院有限公司副总工程师，一级注册结构工程师，教授级高工。1992年7月毕业于西安冶金建筑学院工业与民用建筑工程专业，1993年和2009年公派赴日本研修。2018年获甘肃省首届“工程设计大师”称号，2024年工作室获“全国工人先锋号”荣誉称号，2013年获甘肃省“五一劳动奖章”，2009年入选“甘肃省领军人才”。第五届全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会委员，中国钢结构协会钢结构设计分会常务理事，中国勘察设计协会结构分会常务理事、抗震防灾分会常务理事，中国地震学会工程隔震与减震控制专业委员会委员，甘肃省抗震防灾协会秘书长等。

一直从事建筑结构一线设计和审核工作，完成数百项建筑工程的结构设计和审核，包括“天宝时代广场”等超高层建筑，“甘肃省会展中心建筑群项目-展览中心”等大跨场馆建筑，“西宁大象城·海湖天街”等大型超限综合体，“兰州市第十四中音乐教学楼及音乐厅”等减隔震建筑。“甘肃会展中心复杂大跨空间超长混合结构综合设计研究”等多个研究项目和设计项目获甘肃省科技进步二～三等奖、甘肃省优秀工程勘察设计一～三等奖。主编《混凝土建筑结构基础隔震技术规程》DB62/T25-3121-2016、《屈曲约束支撑-混凝土框架结构设计规程》DB62/T 3256-2023等多部甘肃省地方标准，参编多项国家标准。在国家核心期刊发表论文十余篇。