四川芦山地震中的玻璃窗和建筑幕墙

一、概述

2013年4月20日8时02分，四川芦山发生7.0级强烈地震，震中烈度达到9度。震区内建筑物受到不同程度的损害，相应地玻璃窗和建筑幕墙也受到了考验。

这次地震中，玻璃窗和幕墙的表现，与2008年汶川地震和2010年玉树地震中的表现极其相似，规律几乎完全相同。

1.固定窗和幕墙

固定窗和幕墙都是由面板和支承结构组成的围护结构系统。不同的是：固定窗通常是镶嵌在柱子或墙体平面内，在地震时必然与主体结构有相同的侧向位移；而幕墙的构造则使得幕墙与主体结构之间可以有微小的相对位移，或者使得幕墙本身具有较大的变形能力，可以忍受地震时主体结构所发生的侧向位移。

因此，在历次大地震中玻璃窗的破坏都比较普遍，安装在墙体严重开裂、破损或框架明显侧倾建筑中的固定窗往往窗框扭曲、玻璃破碎、飞散；而在相同状态建筑中的幕墙则震害很少，常常完好无损。

1976年唐山大地震的残存建筑中玻璃窗大多破损，多数只留下空的洞口。而1995年日本阪神大地震和1999年台湾集集大地震均有大量的玻璃窗震害的报告；虽然大阪、神户和台中、台南等城市有不少带有幕墙的建筑，但却没有见到关于震后尚存建筑中幕墙的震害报道。

2008年四川汶川地震和2010年青海玉树地震中，玻璃窗的破坏程度表现出与主体结构，特别是与镶嵌玻璃窗的墙体的破坏程度的高度相关性。而相反，只要主体结构存在，建筑幕墙就几乎没有明显的震害。

这次四川芦山7.0级地震中，雅安、芦山、宝兴等经历了强震的县市，玻璃窗和玻璃幕墙的抗震性能表现出和历次大地震相同的规律性。

2.侧向位移大小的估计

我们不可能实际量测到玻璃窗和玻璃幕墙在地震中的平面内侧移量。但是，通过观测玻璃窗和幕墙所在平面的结构损坏情况，就可以估计它们在地震时所经历过的最大水平位移值。

砖墙的破坏状况是最适用的衡量尺度。不仅因为砖墙应用最普遍，而且砖墙的破坏程度与其经受的水平位移有较好的对应性。多年来，进行过大量砌体结构的性能试验研究，对无筋砖砌体来说，其基本规律表现为：

水平位移角小于1/800砖墙完好无损；

1/800～1/500轻微裂缝；

1/500～1/300严重开裂；

1/300～1/150严重破坏、掉砖、局部倒塌；

大于1/150倒塌。

因此，我们可以参照窗和幕墙所在平面内砖墙的破坏程度来估计这一平面的水平侧移，从而判定窗和幕墙在这种位移下的工作性能。

二、固定窗在地震中的表现

在不同的尚存建筑物中，地震震害程度各不相同，相应地玻璃窗的表现也是各不相同。

1.主体结构无震害的建筑物

主体结构完好，承重砖墙或填充砖墙没有产生可见的震害时，可以认为其水平侧移不大于1/800。这时玻璃窗一般不会有破损。

位于7度区的雅安市第二人民医院和位于9度区的芦山县人民医院，建筑主体完好，相应地玻璃窗完好，在这次地震中很快恢复正常使用，发挥了***抢救的重大作用（***1、***2）。

芦山县的龙门乡虽然是震中，烈度达到9度，破坏较为严重，但还是有许多保存完好的建筑。即使是受破坏的建筑，只要直接镶嵌玻璃窗的墙体没有损害，相应其窗也完好（***3）。

2.主体结构有轻微裂缝的建筑物

承重砖墙、框架填充墙出现少量细裂缝，或者砖墙没有裂缝、仅仅是伸缩缝两侧发生轻微碰撞时，意味着水平位移在1/800～1/500层高范围内。这种受震情况下，固定窗一般还是没有震害，玻璃不会破碎（***4～***6）。

***5为烈度9度震中的芦山县龙门乡，尚存的这座建筑在窗洞口出现八字形裂缝，但是墙体完整，变形不大，因此玻璃窗完好。***6是芦山县城的建筑，三层墙体倒塌，玻璃窗亦不复存在；而二层墙体却基本完好，相应玻璃窗无明显震害。

这些实例表明了玻璃窗的震害与墙体变形的直接关系。

3.砖墙已严重开裂的建筑物

砖墙已出现大量粗裂缝，甚至很粗的交叉斜裂缝时，表明建筑物在地震中遭受反复水平运动，且位移已达1/300。这种情况下窗玻璃会大量破碎。

有些留存的建筑，虽然砖墙破碎，但可能是刚度较大，侧移小，玻璃留下较多。类似的例子是个别的，一般强震过后，残留建筑固定窗一般破坏都比较严重（***7、***8）。我们还可以看到相邻两座建筑，其砖墙破坏程度不同，代表它们的侧向位移大小不同，玻璃窗的破损情况也大不相同（***9）。

4.砖墙严重破坏的建筑和产生大侧移的框架结构建筑

当砖墙的侧向位移超过1/300层高时，会产生大的破坏、砖块掉落，甚至局部倒塌。这时窗框屈曲、外突，甚至甩出，玻璃基本上破碎、飞散，墙上往往只留下窗洞口。

当位移大于1/150时，砖砌体结构倒塌，玻璃窗也就随之消失。在震中高烈度地区，如芦山、宝兴等地，砖墙倒塌的房屋很多，玻璃窗也随之破坏了（***10～***12）。

5.平面外位移产生的破坏

除了大量破损是由平面内的变形产生以外，也有一些破坏是由平面外的位移导致的。位于震中区的建筑受到强烈的三维地震作用，许多砖墙同时出现平面内和平面外的大位移，墙体倒塌，连同玻璃窗一起破坏（***13）。

6.活动窗扇破坏程度较轻

平开窗窗扇在地震时往往处于开启状态，此时窗扇并不在墙的平面内，受墙体变形挤压很少，因而开启中的平开窗扇破损不多。

推拉窗扇是可以水平滑动的，即使在建筑变形很大时，它相对于窗框可以有一定程度的相对位移，实际变形要小于窗框，因而破损程度要小一些（***14）。

7.固定窗的变形耐受能力

从这次芦山大地震中玻璃窗的表现来看，固定窗是有可能耐受到层间位移角1/500而不会产生破损；即使个别工程可能有玻璃破裂，破损的数量也会是极少的。这个规律与2008年汶川地震和2010年玉树地震中玻璃窗的震害规律相同。

之所以如此，是由于在施工安装时，一般是墙先留出门窗口，后安装门窗。窗框与洞口之间会有空隙，窗扇与窗框之间也留有空隙，它们都能吸收掉一些变形量，可以稍稍提高窗的耐受地震能力。

三、幕墙在芦山地震中的表现

1.幕墙的变形性能

由于幕墙本身的构造特点，使得它能承受大的平面内变形而不破损。许多工程所进行的幕墙平面内变形试验表明，符合规范设计要求的幕墙可以承受1/100层高的平面内水平位移而不破损，甚至还可以承受更大一些的位移。

我们曾进行过许多幕墙的振动台试验，采用了玻璃、石材、铝板以及陶板、微晶玻璃、石粉板等人造板作为面板。这些幕墙在台面加速度为0.7～0.9g（相当于烈度约为9～10度）时，位移角达到1/70～1/50，还能保持完好，无任何破损。这些试验结果说明幕墙具有比固定窗大得多的平面内变形能力，可以在较高烈度的地震中免受震害。

2.芦山地震中幕墙的性能

到目前为止，我们尚未看到震中地区未倒塌房屋上幕墙发生震害的报告，这与1995年阪神大地震和1999年台湾大地震的情况类似，也类似于2008年汶川大地震和2010年玉树大地震。

原因是很清楚的，幕墙达到其可耐受的平面内位移角极限1/70～1/50时，绝大多数主体结构已经倒塌。因此可以说，只要房子不倒，幕墙是不会破坏的，至多个别情况下有一些轻微的损伤。

成都为烈度7度地区，成都的玻璃幕墙、铝板幕墙和石材幕墙在地震中表现良好，至今我们没有看到有关成都建筑幕墙震害的报道。

***15～***17是一些位于烈度为7～9度地区的建筑，从它们的幕墙能保持完好的事例来看，上述关于幕墙有较好耐震性能的观点是可以令人信服的。

雅安碧峰峡熊猫基地的一片全玻幕墙在地震中破碎（***18）。这和汶川地震中全玻幕墙和橱窗大玻璃破碎较多有相似的规律。主要原因可能是大玻璃地震中变形较大，而玻璃的边部安装空隙过小和填缝胶硬化，会使玻璃位移受限制。

芦山地区烈度为9度，玻璃幕墙同样表现良好（***19）。

3.玻璃幕墙耐受地震性能和其他建筑部件的比较

如果在一座建筑物中同时有玻璃幕墙和其他建筑部件，又经受同样地震，那么幕墙和其他部件的耐震性能就有可比性了。有幕墙的许多工程，当砖墙、固定窗、面砖已经发生明显震害时，同一建筑的幕墙却完好无损。

4.铝板和石材幕墙

芦山地震中铝板幕墙没有震害，雅安（7度）的一些工程，铝板幕墙保持原状，情况良好（***20、***21）。

雅安的石材幕墙表现良好，没有发现石板破裂、掉下，石材幕墙经受了地震的考验。

四、小结

从目前初步了解的情况来看，固定窗的耐震能力与玻璃幕墙相比是有较大差别的。

强震区没倒塌建筑中的固定窗，玻璃的破损程度相差悬殊，取决于主体结构侧向位移的大小。平面内侧向位移角不大于1/500时，窗玻璃可望保持完好；位移角大于1/300时，破坏就非常严重了。

建筑幕墙的位移耐受性能远大于固定窗。地震中只要主体结构尚未倒塌，幕墙一般都能保持完好。这次芦山地震中建筑幕墙的表现就充分反映了这一规律。我们有理由相信，只要我们按照规范的要求，认真设计，认真施工，就可以使幕墙达到小震完好，中震可修，大震不掉的要求的。

[文献标识码]B

[文章编号]1671-3362（2013）06-0045-05

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