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1 尼泊尔地震序列与震害调查概况

尼泊尔是全球地震风险最高的地区之一。一方面，尼泊尔地处喜马拉雅山脉南麓，地质构造复杂，地壳运动活跃，地震危险性高；另一方面，尼泊尔经济发展落后，基础设施薄弱，房屋建筑质量不佳，地震易损性高。2015年4月25日当地时间11点56分，尼泊尔加德满都西北方向约80公里处发生Ms8.1级地震，34分钟后在附近发生7.0级强余震；约24小时后，在加德满都以东约70公里处发生Ms7.1级强余震。2015年5月12日，主震发生半个多月之后，在加德满都以东约75公里处再次发生Ms7.5级强余震（如图1，表1）。据尼泊尔警方统计，4月25日的8.1级主震和7.0级余震共造成8632人死亡，240人失踪；5月12日余震造成218人死亡。

图1 2015年4月至5月尼泊尔地震序列及烈度评定概况

2015年6月6日至20日，受商务部委托，中国地震局工程力学研究所牵头组建灾评工作组赴尼泊尔地震现场开展了为期15天的灾害损失调查与评估。调查工作以加德满都北部受灾相对较重的新都巴尔乔克县和热索瓦县为重点，覆盖如图1所示的尼泊尔中北部地区。作者所在的调查小组在新都巴尔乔克县、热索瓦县、杜拉哈县和郭尔喀县的16个调查点开展建筑结构震害调查和烈度评定工作。调查点分布如图1所示，调查点名称、位置和评定的宏观烈度列于表2。参考《中国地震烈度表》（GBT 17742-2008）[1]，结合调查区域民居结构的实际情况，主要以当地普遍存在的片石结构和RC框架结构的破坏比为依据评定宏观烈度。其中，视片石结构房屋为《中国地震烈度表》中规定的A类房屋；视自建RC框架结构房屋为C类房屋。房屋破坏等级的划分以我国《建（构）筑物地震破坏等级划分规范》（GBT 24335-2009）[2]为依据。

2 自建农居的震害

2.1 典型震害

自20世纪八九十年代以来，钢筋混凝土框架结构在尼泊尔得到了大力的推广。尼泊尔以山地为主，山高壑险，交通不便。即使如此，在公路沿线的村镇，RC框架结构正逐步取代传统的非抗震的片石结构成为最主要的民居结构形式。在不通公路，仅以土石路面通行的村庄，片石结构仍是最主要的民居结构形式，但也有少量RC框架结构。RC框架结构在尼泊尔的普及程度远远超过我国村镇地区。据JICA统计，尼泊尔超过90%的房屋未按规范进行设计[3]。RC框架结构也多为户主自建，具有跨度小，梁、柱截面小等特点。

在本次地震序列中，自建RC框架结构总体上表现良好，但在多个调查点，自建框架结构仍表现出不同程度的震害。比如，图2(a)所示的二层框架结构除填充墙破坏之外，在二层框架柱柱头也发现显著的开裂；图2(b)中的四层框架顶部两层完全倒塌，下部两层则基本完好。除此之外，地基失效、底部软弱层破坏也是常见的震害形式。除了结构自身的跨度、层高、构件截面尺寸、配筋等基本设计参数之外，场地、坡地地形、施工方法和施工质量等因素也对自建RC框架结构的抗震性能有较大的影响。

(a) Thulopakhar某自建框架严重破坏

(b) Charikot某自建框架上部楼层倒塌（四层变两层）

图2 自建RC框架结构的典型震害

片状石材是在尼泊尔农镇最容易获取的天然建材。这些石材形状不规则，大小不一，且在一些地区为片理化强烈的含有大量云母的花岗岩，材料强度较低。形成砌体墙时，石材之间或使用粘土作为黏结材料，或不使用黏结材料。墙厚在40~50cm之间。此外，除跨度较小的单跨单间房屋之外，片石砌体多与室内木构架形成“外石内木”的混合承重体系，且多采用木屋面和木屋盖，铁皮波纹板是最为常见的屋面材料。

此类片石结构在长期的建造实践中形成了一些有利于抗震的习惯作法。比如屋面和楼面系统自重较小、墙体门窗洞口较小、层高较低（约为2米左右）等[4]，但由于缺乏整体性，其抗震能力很差。在此次地震序列中，村镇地区的片石结构大量倒塌或严重破坏，如图3所示。片石砌体在平面内和平面外均缺乏整体性。在地震作用下，片石砌体在平面内易出现竖向通缝；在平面外则易出现层状剥落和面外垮塌。

图3 片石结构的典型震害

2.2 各类结构的破坏比

以表2中宏观烈度评定为VIII度的9个调查点为对象，考察上述自建RC框架结构和片石结构的破坏比。在上述9个调查点，共调查片石结构房屋231栋，自建RC框架结构房屋229栋，此外还有18栋非约束砖砌体结构房屋，合计478栋。不同结构形式房屋中属于不同破坏等级的房屋栋数和相应的破坏比如图4所示。可见，在VIII度区，自建RC框架结构和片石结构的破坏比分布呈现出明显的分化趋势。片石结构大量毁坏，极少数轻微破坏或基本完好；与之相反，绝大多数自建RC框架结构保持基本完好或仅受到轻微破坏。此外，非约束砖砌体结构数量较少，其破坏比的分布介于片石结构和自建RC框架结构之间。

图4 不同类型民居结构的破坏比

2.3 尼泊尔自建RC框架结构与我国砖混结构的区别

根据当地的习惯做法，尼泊尔自建RC框架结构中框架柱截面多为230mm见方，与砖砌体填充墙的墙厚相同。柱截面多配置6根直径10mm纵筋，全截面配筋率略小于1%。梁宽多为230mm，与填充墙厚度相同，梁高多为330mm左右，上下各配置3根直径12mm纵筋，配筋率约为0.5%。采用现浇钢筋混凝土楼板。从外观上看，尼泊尔自建RC框架与我国普遍存在的采用圈梁、构造柱的砖混结构或底框砖混结构类似；其框架梁、框架柱的截面尺寸也与我国砖混结构中的圈梁、构造柱相当。但二者的施工方式和受力机理有本质的差别。

图5（a）为尼泊尔某边施工边使用的自建RC框架结构。可见，尼泊尔自建RC框架是标准的框架结构，即钢筋混凝土梁、板、柱是承重的结构构件，砖砌体墙只是填充构件，基本不承受竖向荷载作用。在图5（b）中，某二层框架结构屋面上伸出钢筋露头的悬臂柱。这是尼泊尔当地的惯用作法，即在屋面上预留钢筋或框架柱以备日后加层。这体现了“先框架后墙体”的施工顺序。与之相比，我国砖混结构的施工顺序是先墙体后框架（由构造柱和圈梁组成的框架），砌体墙是主要的承重构件和抗侧构件，构造柱和圈梁的主要作用是加强结构的整体性。

图5 自建RC框架结构的施工过程

3 对烈度评定工作的反思

3.1 建筑物抗震性能差异的干扰

烈度的本质是某一地点受到地震地面运动影响的强烈程度。我国现行烈度评定方法是在MM烈度（Modified Mercalli Intensity）的基础上发展而来的。2008年汶川地震后颁布的《中国地震烈度表》虽然将烈度等级与一定的地面运动峰值加速度和速度的范围区间对应了起来，但在评估烈度时仍以人、房屋和自然环境等受到的影响为依据，与MM烈度一样属于“主观烈度”。与之相比，以日本气象厅发布的“震度”为代表的以地震动参数为依据来确定烈度的做法易于量化且不受专家主观判断的干扰，常称为“仪器烈度”。然而，地震动对建筑物的影响非常复杂，很难用单一的地震动参数来描述。MM烈度虽然依赖于主观判断，但它对震害情况的反映更加直接，对震后恢复重建等工作的开展有一定的意义。实际上，可以认为“主观烈度”的评定是直接以房屋作为一种“仪器”，而将房屋震害视为仪器记录到的数据。只不过这种“仪器”的性能差异很大，记录到的数据也难以量化。

为了尽可能地限制“仪器”的差异，以往主要以非抗震设防房屋的震害作为主观烈度的评定依据。抗震设防建筑的出现加剧了用于评定主观烈度的“仪器”的差异，增加了主观烈度评定的难度。我国地震烈度表将房屋划分为A、B、C三类并分别统计破坏比的做法，一定程度上反映了房屋抗震性能差异对烈度评定的影响，但实际操作时仍然比较困难。

如上文所述，尼泊尔村镇地区房屋建筑以片石结构和自建RC框架结构为主。从上文的调查数据可见，这两种结构形式房屋的抗震性能存在巨大的差异。简单地以片石结构为A类房屋、以自建RC框架为C类房屋，可能产生很不一致的烈度评定结果。比如，在不少调查点，片石结构大多数毁坏，按我国烈度表可定为IX度甚至X度；而与此同时，同一地点的自建RC框架结构却大多完好或仅有非结构破坏，应定为VII度甚至VI度。

另一方面，在某一具体的调查点，这两类结构在数量上并不均衡。比如在某调查点，大多房屋采用片石结构，仅有两栋自建RC框架结构。片石结构多数发生中等破坏，少数严重破坏或者倒塌，按烈度表应评为VII度；而两栋自建RC框架结构中有一栋发生严重破坏，另一栋基本完好，若按烈度表可评为VIII度甚至IX度。实际上，由于该调查点RC框架数量过少，个别房屋的偶然破坏可以极大地影响评定结果。

上述烈度评定的困难均源自作为“仪器”的房屋建筑在抗震性能方面的极大差异。随着我国村镇建筑抗震能力的不断提升，这一问题在我国将越来越突出。

3.2 强余震的干扰

当建筑物的抗震能力差异不大时，一次地震引起的地面运动的破坏力与建筑震害具有一定的相关性。但对于尼泊尔地震序列这样具有强余震的情况，基于震害调查的烈度评定工作可能无法对序列中各次地震引起的地面运动的破坏力作出正确的判断。这是因为，各次地震引起的地震地面运动不会累积，但它们造成的房屋建筑的损伤却可以累积。现场调查得到的建筑震害是主震和余震共同作用的结果，对于某些地区，强余震的影响甚至可能更大。

以本次尼泊尔地震序列为例。Ms8.1级主震位于加德满都西北方向。震害调查显示，主震对位于震中以东的从东北向西南走向的超过100公里长的狭长地带均产生了明显的影响，但极震区（如IX度区）面积却很小。半个多月之后的Ms7.5级强余震位于加德满都以东，再次对受主震影响的区域产生显著影响。以Charikot调查点为例，据当地居民介绍，当地不少自建RC框架在主震过后发生诸如填充墙开裂、框架柱开裂，地基沉陷等损伤，极个别自建RC框架倒塌。而更多的自建框架在5月12日强余震中倒塌，损伤累积效应明显。

在4月25日主震和5月12日强余震的共同作用下，位于两次地震中间的新都巴尔乔克县成为受灾最重的地区。震中所在地的郭尔喀县和杜拉哈县反而受灾相对较轻。即，位于两次震中之间的地区可能因为房屋的累积损伤效应而成为受灾较重的区域，如图6中的虚线框所示。房屋震害的这一分布特征不符合地震动衰减规律，在此情况下，房屋震害不再反映单次地震引起的地面运动的破坏力。以房屋震害评定烈度的做法也背离了烈度的最初定义，从地震工程学指标退化为社会经济指标，在地震工程学意义上不再具有科学性。

图6 距离震中较远但震害较重的潜在区域

4. 结语

通过实地考察，总结了2015年尼泊尔地震序列中村镇建筑的震害特征，以破坏比的形式比较了片石结构和自建RC框架结构等两种常见民居结构形式房屋的抗震能力。主要结论如下：

（1）尽管大多不满足规范要求，自建RC框架结构的抗震能力远优于片石结构。框架结构“先框架后墙体”的施工顺序自然地保证了最低限度的柱子的数量和起码的结构整体性，降低了监管的难度，应在我国村镇农居中大力推广。我国村镇的经济水平和交通条件均优于尼泊尔，具备大力推广的客观条件。

（2）我国目前采用的基于房屋震害现象的地震烈度评定方法极易受房屋建筑抗震性能差异和主余震共同作用等因素的影响，从而失去地震工程学意义上的科学性。

参考文献：

[1] GB/T 17742-2008. 中国地震烈度表[S], 2008. （GB/T 17742-2008. The Chinese seismic intensity scale [S], 2008.）

[2] GB/T 24335-2009. 建（构）筑物地震破坏等级划分[S], 2004. （GB/T 24335-2009. Classification of earthquake damage to buildings and special structures [S], 2004.）

[3] JICA. The study on earthquake disaster mitigation in the Kathmandu Valley Kingdom of Nepal. Japan International Cooperation Agency (JICA) and Ministry of Home Affairs, His Majesty‘s Government of Nepal [R], Vol 1, 2002: p110.

[4] Dixit, AM; Parajuli, YK; Guargain, R. Indigenous skills and practices of earthquake resistant construction in Nepal [C]\13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, in CD-ROM, Paper No.2971.

[5] Chaulagain, H.; Rodrigues, H.; Jara, J.; Spacone; Varum, H. Seismic response of current RC buildings in Nepal: A comparative analysis of different design/construction [J]. Engineering Structures, 49, 2013: 284-294.

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