东日本大地震-2011.3.11Doc3.docx

东日本大地震-2011.3.11
(1)底层柱破坏
东北大学某2层建筑为钢筋混凝土框架-剪力墙结构。框架为单跨，剪力墙主要在楼梯间，底层柱破坏严重，如图12所示。柱截面尺寸较大，梁较高，形成短柱，发生剪切破坏。另外，柱保护层厚度为70mm，纵筋含钢率很高，而箍筋肢距大、直径小，构造不合理也是导致破坏严重。

图1 2框架边柱破坏
(2)主裙房交界处柱破坏
东北大学人间环境系大楼地上9层，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，框架之间填充预制混凝土墙板。主楼与裙房交界处的框架边柱破坏严重，柱混凝土压溃，柱纵筋屈曲，如图13所示。该建筑建于1969年，基本周期0.59 s，据分析该角柱曾在1978年宫城县冲地震中有所损坏。大楼整体在2001年进行过加固，但该角柱没有得到特别注意。这次地震观测到建筑底层最大加速度峰值330gal，顶部最大加速度峰值1 040gaI，最大楼层层间位移角1/150～1/120。该建筑的塑性周期l. 0s，和场地波的周期接近，导致结构反应增大，边柱的破坏一方面是由于主楼与裙房交界处结构刚度突变；另一方面也可能是由于上次地震加固(重新做填充墙体)时，
没有同时对按旧规范设计的边框柱予以加固。

图13框架边柱破坏
(3)加固后建筑物的破坏
东北大学某高层建筑为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，为地上8层。该建筑在1966年竣工，曾在1996年进行过抗震加固。此次地震后，立面的连梁破坏严重，主要集中在中间高度的楼层，如图14，15所示。两侧加固的剪力墙刚度很大，连梁上开洞的直径基本占到梁截面高度的一半，截面抗剪承载力下降导致震后破坏。，

图14连梁破坏 图15连梁破坏详图
(4)Y形的3层钢筋混凝土结构，中间拐角部分严重破坏，见图16～20。

图16 Y形平面建筑中部破坏严重 图17层2，3外部倒塌

图1 8中央部位层2倒塌 图19层2倒塌

图20层3内柱破坏
(5)海啸造成建筑物整体倾覆
海啸引起建筑物灾害的作用力，一是水平冲击力，二是漂浮物的撞击；，在女川町港口周边，由于海啸作用引起房屋整体倾覆，如图21所示。该建筑物为2层，采用现浇钢筋混凝土框架结构，基础为柱承台及桩基。在巨大海啸作用下，基础桩被拉断，引起整个建筑倾覆倒塌，见图22，23。海啸引起的木结构及混凝土结构破坏见图24，25。

图2l住宅倾覆、移动 图22房屋整体倾覆

图23预制桩头断开部位 图24木结构住宅上仅留下基础

图25海啸冲击破坏混凝土内柱

钢结构
钢结构建筑由于自重较轻、延性较好，在此次地震中破坏程度相对较小。从震后表现来看，由于直接地震作用破坏的钢结构建筑很少，发生破坏的大多为体育场馆建筑或是轻型钢结构；由于海啸引发的破坏和倒塌的低层钢结构较多。地震及海啸对钢结构的破坏有如下几种情形。
(1) 支撑破坏
体育场馆内的支撑屈曲以及螺栓连接节点由于钢构件净截面削弱而断裂，如图26所示。

图26钢支撑屈曲
(2) 钢管柱拉断
如图27所示为海啸作用下某轻型钢结构框架柱根出现断裂，但柱脚完好无损。锚固柱脚的混凝土脱落见图28。，

图27钢柱脚处破坏

图28柱脚锚固螺栓裸露

(3)柱弯曲
某加油站建筑采用轻型钢结构，钢柱长细比较大。在海啸冲击下钢柱出现不同程度
的弯曲和倾斜，如图29所示。图30～34为一些低层钢结构在海啸冲击下破坏倒塌。

图29加油站柱弯曲

图30钢柱弯曲导致房屋倾斜

图31 轻型钢结构整体倾覆

图32约400～450mm的箱形柱屈曲变形图

图 33钢梁柱节点刚域变形图

图34海啸将一栋6层钢结构撞击倒塌

(3)支座锚固破坏
图35为地震造成梁支座破坏。体育馆钢屋盖结构支座与混凝土柱连接破坏，混凝土柱顶节点处混凝土剥落，柱脚锚栓裸露，如图36所示。

图35地震作用下钢梁的混凝土支柱破坏

图36屋盖支座破坏

非结构构件的震害
非结构构件的破坏比主体结构破坏严重，且范围更大，如天花吊顶、围护墙体幕墙结构、室内家具以及墙体粉刷等。
(1)天花吊顶掉落 大跨建筑内，如体育馆以及车站等屋面的天花吊顶掉落非常普遍(图37)，均是由于竖向地震或吊顶与主体结构连接强度不足或构造不合理所致。

图37某大跨建筑木质吊顶掉落
(2)墙板破坏 日木建筑的隔墙多采用预制墙板，外墙多采用外挂PC板(类似单元幕墙)，破坏较多。围护墙体在此次地震中破坏非常普遍，一般由于外挂墙板与主体结构连接较弱所致，而在海边和港口区围护墙体破坏大多是由于海啸的冲击作用。主体钢结构完好，但底层围护墙板所剩无几，如图38，39所示。当然，墙板的破坏使海啸的压力大减，在某种程度上保护了主体钢结构不被破坏。

图38 外墙脱落图 39外观墙板(幕墙)破坏

(3)玻璃窗损坏 体育场馆内的玻璃窗损坏较多，如图40所示。

图40玻璃窗损坏

土体液化和沉降
在学校建筑操场上土体出现液化现象，如图4l所示。有些建筑物的基础下沉或浮起，如图42～45所示。

图41 土体液化 图42下沉倾斜的住宅和喷砂图

43 住宅地基变形 图44地下水道出入口浮起图

45地面下沉(下沉约1m)
火灾
地震引发的火灾主要有两类，一类为海啸地区的火灾，另一类为地震地区的火灾。地震后两周内的火灾数达到325件(朝日新闻)，见图46～48。地震引起的石化储油罐火灾发生在富城县多贺城市、仙台市、千叶县市原市、川崎市等地。海啸引起的火灾集中在三陆沿海区域，如气仙沼市。

图46气仙沼市的火灾图

47 名取市火灾 图48 r叶县市原『“烁油厂火灾

前的东京塔… (a)震后东京塔的最顶部天线发生弯曲¨
图57地震前后的东京塔

调查对象建筑概要 表19

建筑1～12的12栋6层以下的中低层Rc建筑物，除未经抗震加固的建筑10以外，尽管实测地震烈度达到设计规范的大震程度，但均无结构性损坏，而未经加固的建筑10则发牛墙体开裂、短柱剪切破坏等明显的损坏，表明了日本现行的既有中低层钢筋混凝土结构的抗震鉴定和加固设计规范的适用性和可靠性。
建筑13为一私立大学校舍，在日本该校舍是多次抗震加固的标志性建筑。Rc结构的该校舍竣工丁1969年，1978年的宫城县冲地震时底层短柱发生剪切破坏。1979年校方开始进行加固工作，在日本首次采用外贴钢斜撑的方式，同时为保证钢斜撑不对抗震性能较低的既有Rc部分带来不利影响，H型钢斜撑仅单翼与基础连接，单根斜撑的轴向承载力被限制在230～500kN之间，2001年又用碳纤维布包裹对层1的柱子进行加固。尽管如此，2003年的宫城北部地震时层1柱头仍然受到损伤，2004年校方将层l～4的柱子全部用Polyester纤维布包裹加固，2005年又在层1～5每层设置5台液压减震阻尼器，这些抗震加固措施使该校舍在本次地震中免于严重破坏，仅在山墙和过道横梁发现不多的剪切裂缝。该校舍在本次地震中的表现表明，对抗震性能非常低的旧建筑物，在无条件一次抗震加固到位时，逐次加固也不失为有效措施。

建筑I（小学4层，RC，无损坏) 建筑2(小学3层，RC，无损坏)

建筑3(小学3层，RC，无损坏) 建筑4(小学4层，RC，部分玻璃损坏)

建筑5(高中2层，RC，无损坏) 建筑6(大学6层，RC，无损坏)

建筑7(大学6层，RC，无损坏) 建筑8(小学4层，RC，连接部位损坏)

建筑9(法院3层，RC，无损坏) 建筑10(医院5层，RC无补强严重损坏)

建筑11(中学3层，RC，无损坏) 建筑12(高中4层，RC，无损坏)

建筑1 3(大学8层，RC.轻度损坏) 建筑14(大学9层，SRC，严重损坏)

建筑14(角柱底破坏)(薛松涛拍摄) 建筑14(SRC，山墙中柱损坏)
图79抗震补强后的建筑物受灾情况

1969年竣工的建筑14为9层SRC结构，横向底部2层为4跨，上部7层为2跨呈倒T字形，地震时层1记录的PGA为333gal，2001年进行过抗震加固。主要加固内容：1)打掉两侧山墙原有单跨抗震墙但保留SRC 边框柱，然后在SRC边框柱Z中填充200mm以上厚的钢筋混凝土墙板以提高横向抗震能力；2)层2以上各层纵向内插钢斜撑；3)部分梁底用钢板套箍加固。尽管采用了这些加固措施，如图79所示，在该校舍水平刚度突变的层3底部，4根角柱均受到严重损坏。笔者推断其原因大致为：1)横向Rc抗震山墙全层加厚反而导致建筑物的抗震性能指标IS呈“头重脚轻”分布，加固后层3的IS值比层4以以层小0.17以上，导致损坏集中发生于刚度突变且相对薄弱的该层；2)重新加厚混凝土墙板时，对边框SRC旧柱没有同时采取适当的加固措施，导致箍筋不足、塑形变形能力很低的边框柱无法追随墙体的横向变形而发生脆性破坏；3)导致加固后建筑物横向抗震性能指标IS值沿房屋高度呈“头直脚轻”分布的原因不详。
建筑14的震害表明，对超过6层的高层建筑物进行抗震鉴定时，应慎重使用现行中低层钢筋混凝土结构的抗震鉴定和加固设设规范，因该规范主要是为发生层破坏机制的中低层建筑而制定的，随建筑物层数和高度的增加，破坏机制也将变得更加复杂，用现行抗震鉴定规范得出的结果的准确性难以保证，因此对高层建筑的抗震鉴定宜采用现行设计规范中的“保有水平耐力算法”来保证鉴定结果的可靠性和准确性。对高层结构进行抗震加固设计时，须考虑加固后建筑物的抗震性能指标沿房屋高度分布的均匀性，避免“头重脚轻”；采用内插钢斜撑或填允混凝土墙等加固时，应考虑对周边原有构件采取相应措施，保证加固要素能充分发挥作用。