剖析台弯921大地震建筑倒塌的原因

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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。