汶川地震中建筑破坏及相关问题讨论 “5.12”汶川地震是我国唐山大地震后的又一次毁灭性大地震。此次地震具有以下

特点：震级强，达到里氏 8.0 级；震源浅，深度约 14km，属于浅源地震；烈度高，极震

区达到 11 度，震中区域大都在 9~11 度，远远超过 7 度的设防烈度；持时长，最长持时

接近 300s，其中较大峰值的持时亦在 120s 左右；范围广，地震区断裂带总长 300km，

灾区面积 44 万 km2，其中，重灾区 12.5 万 km2；次生灾害多，山体滑坡、塌方、滚石、

泥石流等次生灾害造成了极大伤害；损失大，此次地震死亡 6.92 万人，失踪 1.74 万人，

2314.3 万间房屋损坏，652.5 万间房屋倒塌，直接经济损失 1.1 万亿人民币。 此次地震发生后，本课程主讲教师刘伯权教授、叶艳霞副教授等奔赴灾区，参与了

抗震救灾的调研工作（如图 1、2），做出了一定贡献。

图 1 刘伯权副校长在汶川灾区调研 图 2 建工学院师生赴宝鸡灾区核查灾情

1 地震成因

汶川地震发生在青藏高原东缘龙门山逆冲推覆构造带上，是由于南亚板块（印度板

块）向北漂移与亚欧板块（扬子板块为其一部分）碰撞、挤压造成的。青藏高原的隆起

源于南亚板块的挤压，而其边缘与扬子板块的挤压则形成了与四川盆地西部平原巨大高

差的龙门山脉断裂带，如图3、4。两个板块边缘的断层由后山断裂（汶川2茂县断裂）、

主中央断裂（映秀—北川断裂）、前山断裂（灌县—安县断裂）三条相互近于平行的北

东向断裂组成，沿着龙门山脉的汶川—北川—青川一线分布，呈北偏东的走向一直沿伸

到甘肃陇南和陕西汉中，在主断层周边分布着小的支系断层。

图3 汶川地震板块运动图 图4 龙门山断裂带示意图

2 建筑物破坏

汶川地震造成 2314.3 万间房屋损坏，其中 652.5 万间房屋倒塌。美国科罗多大学的

专家指出：“造成伤亡的是建筑物，而不是地震”。正是这么多建筑物的损坏、倒塌，大

大增加了人员的伤亡。

图5 灾区惨景

2.1 木结构 汶川地震中木结构房屋震害较轻，主要是由于木结构采用榫卯连接，榫头在榫卯节

点处可轻微转动，属于柔性连接；柱根直接放在柱基石上，水平震动时柱根可在柱基石

上轻微滑动；厚重的屋盖通过穿斗或斗拱的连接方式与内柱、檐柱体系连成一体，保证

了木结构房屋的整体性，其主要震害表现为屋面溜瓦、柱脚位移等，如图6。

(a) 基本完好 (b) 屋面溜瓦 (c) 柱脚位移

图6 木结构震害图（姚继涛）

但农村砖木、石木、土木结构在此次地震中破坏、倒塌很多，如图7。结构形式主

要有穿斗木构架土坯墙房屋、土坯墙木屋盖房屋、砖墙木屋盖房屋等，主要的震害表现

为墙体倒塌、屋架塌落、屋盖塌落等。倒塌原因主要在于农民自建房既无图纸，也无正

规施工，从而使整个结构抗震能力低下。

(a) 土坯墙倒塌 (b) 石木结构溜瓦、墙倒塌（徐有邻） (c) 屋盖塌落（徐有邻）

图7 砖木、石木、土木结构震害图

2.2 砌体结构

砌体结构是汶川地震灾区大量存在的结构形式，其破坏形式也多种多样，主要形式

如图 8。

(a) 墙体下部水平裂缝 (b) 管道等过于削弱墙体导致破坏（周铁刚）(c) 墙体严重受损破坏（徐有邻）

(d) 窗间墙 X 形裂缝（姚继涛） (e) 窗下墙 X 形裂缝（刘伯权） (f) 窗间、窗下均出现 X 形裂缝（姚继涛）

(g) 无圈梁、构造柱房屋破坏 (h) L 形布置房屋转角碰撞破坏 (i) 顶层突出部分破坏（姚继涛）

(j) 无构造柱砖垛剪坏（徐有邻） (k) 无圈梁构造柱的楼梯间破坏 (l) 高差、刚度突变等部位破坏（姚继涛）

(m) 梁下墙无构造柱而压裂及受剪破坏(徐有邻) (n) 局部倒塌、预制板悬挂未掉(叶艳霞) (o) 蜂腰部位坍塌(姚继涛)

图 8 砌体结构破坏状态

地震中砌体结构倒塌存在设计、施工等诸方面的不足。无可厚非的是震中所在区域

抗震设防烈度为 7 度，而实际地震裂度分布如图 9。

图 9 汶川地震裂度分布

除此之外，还有以下原因：结构布置不合理；圈梁、构造柱设置不足，有些结构干

脆就没设置；墙体未设置梁垫、拉结钢筋；预制板之间、板与支座之间没有设置可靠锚

固；施工材料问题，如图 10。

(a) 有圈梁，无构造柱 (b) 板端无灌缝、钢筋无锚固 (c) 无拉结筋的砌体栏杆板坠落

图 10 砌体结构破坏（徐有邻）

2.3 底框砖房 底框砖房在中小城镇为了满足底部大开间的需要，而占有一定的市场分额。其主要

的震害如图 11。主要是下部框架、上部砖房的刚度转换存在不足。如图 11(a)的下部框

架过于柔弱而发生柱铰破坏，而(b)图底层框架坍塌，(c)图上部砖房倒塌。此外底部抗震

墙开裂、柱压碎等破坏也很常见。

(a) 底层框架形成柱铰（徐有邻） (b) 底层框架坍塌 (c) 上部砖房倒塌（徐有邻）

(d) 底层抗震墙开裂 (e) 底层柱压碎 (f) 底层框架外墙 X 裂缝（姚继涛）

图 11 底层框架结构破坏

2.4 框架结构 钢筋混凝土框架结构被认为是抗震性能较好的结构类型之一，但在汶川地震中同样

发生了较为严重的破坏，如图 12。值得注意的几个问题是：强柱弱梁、墙节点弱构件机

制未能实现；薄弱层的不确定，尤其是填充墙的影响；短柱破坏；节点箍筋不足、施工

质量差等。其中的原因值得深思。

(a) 柱端箍筋不足、砼破坏（徐有邻） (b) 柱脚砼破坏（徐有邻） (c) 柱端砼压碎、钢筋外鼓（叶艳霞）

(d) 节点破坏（徐有邻） (e) 众多柱端铰破坏（叶艳霞） (f) 楼梯间短柱发生破坏（叶艳霞）

(g) 梁段剪切裂缝，填充墙破坏（姚继涛） (h) 仅填充墙开裂（徐有邻） (i) 框架结构整体倒塌

图 12 框架结构破坏

2.5 大跨结构 大跨结构主要有工业厂房，体育馆，大礼堂等结构。其中采用轻钢屋盖的结构抗震

性能较好，破坏较轻；而采用大型屋面板的结构由于屋盖较重，破坏较多，如图 13。

(a) 屋面板支点处屋架开裂（姚继涛）(b) 剪刀撑端部节点破坏（姚继涛）(c) 轻钢屋架斜撑弯曲，破坏较小（姚继涛）

(d) 厂房山墙倒塌（姚继涛） (e) 砖垛立柱破坏，目屋架坠落（徐有邻）(f) 上柱折断、屋架塌落（徐有邻）

图 13 大跨结构破坏

2.6 构筑物 烟囱、水塔、航站楼等结构物在地震作用下受力尤为不利，破坏状况如图 14。

(a) 机场调度塔轻微损伤（徐有邻） (b) 导航雷达站轻微受损（徐有邻） (c) 烟囱开裂（姚继涛）

(d) 水塔底部开裂（姚继涛） (e) 信号发射塔钢构件断裂（姚继涛） (f) 古塔塔顶破坏（姚继涛）

图 14 构筑物破坏

3 震害原因及所需研究的问题

3.1 城镇选址问题 汶川地震发生在青藏高原东缘与南中国板块交界的龙门山断裂上，属于地震常发地段。此次地

震中，滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖等地震灾害比较严重，由于地震灾区的特殊地理位置和地质灾

害，不仅对村镇建筑造成了巨大的破坏，并且给震后的救援工作带来了非常大的困难。 重视城镇的选址，避开非岩质的陡坡，突出的山嘴，高耸的山包；避开活动断层，可能发生滑

坡、山崩、地陷的地段；避开饱和砂层、软弱土层、硬软不均的土层；避开靠河流古道两岸的地区。

合理安全的做好村镇的选址，可以很大程度上减轻地震作用下次生灾害带来的损害。

3.2 村镇建筑管理问题 汶川地震中倒塌的民居绝大部分为进过正规设计、施工，建筑材料性能较差，建筑抗震能力较

低。这与我国现有的法律法规没有将绝大部分村镇建设活动纳入调整范围有很大关系。 因此首先需完善现有法律法规，尽快出台关于村镇的规划和建设的相关细则；其次，在大力培

养建筑专业技术人才的同时，可通过发展标准图集完善村镇抗震建设技术标准，加大对村镇建筑专

业技术服务力度；再次，从当地的实际情况出发提高村镇抗震能力，制定相适应的管理措施，推动

村镇抗震防灾示范工程建设，将村镇抗震管理纳入村镇建设管理体系；对已建成的村镇建筑进行抗

震鉴定和地震安全性评估排查，对存在隐患的村镇房屋进行抗震加固，同时建立新建工程设防的主

线地位，实施正规的设计，施工和管理，从而使其达到抗震设防要求；最后，制定各项经济激励政

策措施，鼓励村镇民居按规范施工，加强教育培训和宣传。

3.3 结构概念设计问题 汶川地震表明：抗震设计中的概念设计对于结构抗震性能具有重要意义，一幢抗展性能优良的

建筑除了进行必要的结构计算之外, 更为重要的是概念设计。对于结构工程师来说, 抗震概念的准确

把握要比会用软件要求高得多。 首先，因考虑工程结构的场地条件和场地土的稳定性，选择有利的场地作为建设场地；其次，

结构应具有整体性和抗展设防多道防线，体型规则、受力均匀、整体稳定性好、具有足够冗余度；

最后，须保证非结构构件，如隔墙、填充墙、围护墙、吊顶等，与结构构件可靠连接，防止其破坏

伤人。

3.4 建筑物薄弱层的确定问题 汶川地震倒塌建筑很大一部分是由于结构存在薄弱层（如图11a、b、c，图12c、e），比较典型

的是框架结构底层无填充墙和维护墙，直接形成薄弱层，但现行设计规范在设计中不考虑填充墙对

结构刚度的影响，从而人为造成了设计上不存在而实际存在的“薄弱层”；另外对于存在转换层的结

构，如底框结构在转换层处发生破坏。针对薄弱层结构的研究主要需从以下几个方面进行： （1）对框架结构填充墙的刚度进行研究，分析其对结构抗震性能的影响和对结构抗侧刚度的贡

献，建立薄弱层结构刚度计算方法。 （2）研究填充墙与主体结构之间的可靠连接方式，开发节能环保的新型填充墙结构。 （3）对转换层刚度突变问题进行研究，充分考虑各种影响因素，分析地震作用下发生破坏的作

用机理，建立合理的刚度计算方法。

3.5 强柱弱梁机制的实现问题 汶川地震再次证明现行设计规范无法保证“强柱弱梁”机制的实现，因此需进一步研究如下几

个问题： （1）当前仅通过框架梁刚度放大系数来调整楼板对其刚度的贡献存在不足，需综合考虑各种因

素的影响，合理调整框架梁刚度。 （2）结构跨度增大使得框架梁截面尺寸很大，从而造成梁自身刚度很大，应研究柱梁刚度比对

“强柱弱梁”机制的影响。 （3）对框架梁弯矩调幅系数、柱端弯矩放大系数进行研究，综合考虑各种影响因素，确定更为

合理的系数取值。 （4）研究合理的构造措施，延缓柱铰出现的时间，避免人员疏散之前出现倒塌。

3.6 地震作用的计算 中国规范与国外规范相比，地震作用取值偏低，且依据设防烈度取值，竖向地震作用考虑范围

较小，针对此问题需进行以下几个方面的研究： （1）中国规范地震作用的取值依据各地抗震设防烈度来选取地震加速度，而实际地震的烈度与

设防烈度差异明显，如何建立考虑场地条件、建筑结构、历史地震等因素的科学合理的设防烈度值

得深思。 （2）针对实际地震烈度与设防烈度差异很大的问题，寻求以地震烈度区划为参考，依据建筑物

重要性划分合理的安全等级，由安全等级确定设防标准的新的抗震设防体系。 （3）地震震害多次表明竖向地震作用不可忽视，并且美国规范对抗震设计的建筑均考虑竖向地

震作用。因此，针对我国规范，需研究考虑扩大竖向地震作用的计算范围以及合适的简化计算方法、

构造措施。

3.7 规范第二阶段抗震设计的研究

我国抗震设防目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，此次地震中倒塌 652.5 万间房屋，

距离“大震不倒”的设防目标还有距离。而现行规范的“大震不倒”主要通过第二阶段的设计来保

证，这就需要针对以下两个问题展开进一步的研究： （1）中国规范与日本规范相比，需进行第二阶段设计的建筑范围很小，考虑经济合理地增大第

二阶段抗震设计的范围。 （2）日本规范在第二阶段抗震设计时采用结构抗震承载力计算方法、结构极限抗震承载力计算

方法、基于能量的计算方法、时程分析法等，而中国规范存在欠缺，须建立和完善第二阶段抗震设

计实用计算方法。

3.8 基于性能的抗震设计研究 现行建筑抗震设计规范提出“大震不倒”是通过避免建筑倒塌而不危及人的生命安全为基本目

标进行抗震设防的。但地震所造成的经济损失，即使用功能丧失而震后恢复重建所需费用或所花费

的时间可能大大超过社会和业主所能承受的限度。唐山地震、阪神地震、集集地震以及最近一次的

汶川地震现行规范仅以保证人的生命安全为目标的抗震设防，在设计理念和适应社会需求等方面都

存在一定的问题，因根据社会和业主对建筑抗震性能的多层次要求，使所设计的建筑在地震作用不

仅要能够抵御倒塌，还必须能够控制经济损失的大小。因此基于性能的抗震设计成为未来抗震设计

发展的主要方向，针对其发展中存在的问题，可从以下几个方面进行研究： （1）针对美国已执行的基于性能的高层建筑抗震设计规范，研究适合我国国情的基于性能的高

层建筑抗震设计规范。 （2）发展适合于多级地震设防水准下多级性能水准的效率高而有效的一般设计方法，及与此对

应的结构性能水准、相应的结构损伤状态和结构设计准则。 （3）研究如何采用特定的损伤状态来度量特定地震设防水准，建立位移和损伤之间的定量关系、

多级损伤量化指标、结构使用功能丧失和损伤之间的定量关系、建筑内部设备性能发挥与损伤指标

的关系。

（4）开展基于性能的结构抗震控制研究，集合现代控制技术，建立基于位移或损伤的结构抗震

控制方法。

3.9 地震作用下结构损伤识别、剩余寿命预测、健康监控研究 汶川地震造成大量房屋破坏、损毁、倒塌。对于破坏但尚具有维修使用价值的房屋如何进行快

速评估、损伤部位和程度识别、估算其在反复地震作用下的剩余寿命、重大结构的健康监控等是迫

切需要解决的问题。