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木框架房屋在以往地震中的表现
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木框架房屋在以往地震中的表现

北美住宅及其它建筑的抗震设计主要为了将人员伤亡降至最低程度,而木框架建筑一般能出色地满足上述要求。在加拿大,抗震设计的目标是防止房屋严重受损及人员死亡。加拿大国家建筑规范结构设计条文说明指出:

“按照这些规定(1995年加拿大国家建筑规范)涉及的建筑结构,应能抵御中等强度的地震不出现严重损坏,并能经受强烈地震而不倒塌。”

调查表明,木框架建筑在地震中造成的人员死亡极低(表1)。所调查地区中的大多数房屋都是按传统方法建造,而不是由工程师特别设计的。

在强烈地震中,绝大多数木框架房屋完好无损,有些不同程度的表面和结构损伤。有几栋本来就有明显结构缺陷的木框架房屋倒塌了。下一节将会对这些缺陷做一概述。
加州近年发生的三次大地震,为深入观察北美风格的木框架建筑在地震中的表现提供了机会。

1971年加州圣费尔南多地震(San Fernando Earthquake)
该次地震发生在洛杉矶北郊,大量的独户住宅以及医院和商业建筑受到影响。用无筋砌体与钢筋混土建造的医院和办公楼有的倒塌,有的受损程度严重而只能拆除。

表一:木框架建筑在地震中的表现

地震

地震强度

大致死亡人数

受强列震撼的平台框架木建筑数量(估计)

里氏震级(M)

实测地面峰值加速度(g)***

总数

死于平台
框架木建筑中的人数

1971年美国加州圣费尔南多地震

6.7

0.6+

63

4

100,000

1978年新西兰Edgecumbe地震

6.3

0.32

0

0

7,000

1988年加拿大Saguenay地震

5.7

0.15

0

0

10,000

1989年美国加州洛马普利塔地震

7.1

0.5

66

0

50,000

1994年美加州北岭地震

6.7

1.0

60

16+4*

200,000

1995年日本神户地震Hyogo-ken Nambu

6.8

0.6

6300

0**

8,000**


*16人因同一栋公寓楼倒塌而死。4人死于因地基破坏而导致山坡地房屋倒塌。
** 指地震灾区内北美风格的现代木框架房屋。
***数字来源于Rainer和Karacabeyli的报告。

大多数木框架房屋却表现出色,尤其是从保护生命安全的角度来看。圣费尔南多地区旧住宅的损坏情况从表面受损到部分坍塌,情况不一。受损严重的包括:房体滑离基础、管线空间的“矮墙” 坍塌、房屋附加结构单元(如门廊)倒塌以及砌体烟囱坍塌。底层有大面积开孔的一幢较新的两层公寓楼受到严重影响,这类公寓楼的底层一般都是车库。由于车库的一面墙体是敞开的,所以这类楼层便成为“软弱层”。
通过这次地震,人们认识到坚固的墙体与稳固的基础连接的重要性。建筑规范随后也作了相应的更新。

1989 年加州洛马普利塔地震(Loma Prieta Earthquake)
此次地震的地震中位于旧金山以南100公里处,但其影响在旧金山湾北岸也有所察觉。地震时为数不少经工程设计的建筑物坍塌,位于奥克兰德双层高速公路的倒塌造成49名驾车人士丧生。在震中地区,房屋遭受到了高达0.5g或更高的地面峰值加速度。除了刚好位于裂隙之上或底层墙体有大面积开孔的建筑外,震中地区的新房屋总体表现良好。

位于震中的一些旧房屋,因带撑墙不足、矮墙倒塌、房屋与基础连接不牢固等缺陷,受到了很大程度的破坏。由于底层停车场是无筋加固的软弱层,旧金山游艇码头区的一些旧的四层楼房屋受影响特别严重。

1994安加州北岭地震(Northridge earthquake)

北岭地震于1994年1月17日袭击了洛杉矶北部人口稠密的圣费尔南多谷地。此次地震虽是中等强度(6.7级), 但其地面峰值加速度却是有史以来所记录到的最高的,远远高于当时建筑规范中所给出的加速度。为数众多的房屋在地震中倒塌,区中很多是大型建筑。幸亏地震发生的时间较好,造成的伤亡人数有限。

“地震发生在凌晨4点31分,大多数人当时还在一般被认为地震时最安全的木框架独户住宅中睡觉。假如地震时发生在上午11时,仅在北岭市上购物中心一处都可能会有数百人在商店和停车场中丧生,但事实上只有一人在购物中心遇难。同样是由于地震发生在凌晨,没有行人在街道上行走,因而没有人被坠落的碎片,尤其是那些从无筋砌体和倾斜的建筑物、或是从其它房屋倾倒的面墙上坠落的碎片砸伤。”

人们对1994年北岭地震进行了广泛的研究。结果表明,绝大多数木框架房屋在地震中表现良好。这类房屋遭受的大部分损坏不是结构性的,而且易于修复。

在以往的地震中,建筑物的毁坏有几种典型模式。尽管建筑规范已对此进行了修订,但地震造成的破坏已表明,有必要对现有的建筑进行抗震升级以解决明显的缺陷。在北岭地震中,木框架房屋中较易受损的类型是具有软弱底层的多层公寓楼。这类房屋建有大型的通常是供停车专用的连通开放空间,由于没有足够的墙体和强度来抵抗地震力,因而造成底层倒塌。地震中最悲惨的房屋倒塌事件造成16人在同一栋这类公寓楼中遇难。虽然该建筑是工程设计结构,但该处的地面峰值加速度远远超过了当时建筑规范所采用的0.4g的设计值。

其它的木框架建筑则表现极佳。在一份对北岭地震中住宅抗震性能的统计研究中,作者得出如下结论:

“独户住宅中那些对居民安全起关键作用的结构构件在地震时遭受的损伤最少。结构性损伤多数发生在基础。受调查的住宅中,有效部分(约百分之二)遭受严重的的基础损坏,这些住宅或是位于具有局部地面效应的地区,或是与坡地问题有关,”
地震后,必须保证为无家可归的人们提供应急的临时住处。因此如果损坏的房屋太多,应急住所就会难以应付。在北岭地震发生数天后,有关部门对洛杉矶的许多建筑进行检查,以确定其是否可以安全居住。凡有安全疑虑的房屋,都要经过初步检查,然后贴上不同颜色的标识。 “红色”表示危险房屋;“黄色”表示有生命危险,但仍允许居住者回去拿取家庭物品;而“绿色”则表示房屋对居住者不构成生命危险。四天之后,约50,000栋住宅受到了检查,而被贴上绿色标识的住宅超过85%。
大部分受到检查的房屋都是由于居住者或房屋主人担心自己的住宅可能不安全,因此这些受到检查的房屋一般是属于受地震破坏比较严重的。绝大多数木框架房屋的居民根本没有提出要求检查。不仅如此,而且许多最初被贴上红色和黄色标识的房屋后来也都被改为绿色。

调查结果表明,在多次地震中,木框架建筑能够承受0.6g或更高的地面峰值加速度,结构构件没有受到严重破坏,多数情况下连结构损伤的迹象都没有。加州大多数经受强震考验的木框架房屋都是按传统建筑要求建造的。

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