7.1　烟囱的震害特征

⒈结构特点　⑴烟囱筒身

通常为锥形，筒身坡度：砖烟囱多为2%～3%，钢筋混凝土烟囱多为1.5%～2%。筒身的水平截面多采用圆环形，有些小口径烟囱，低矮的有采用方形。筒壁厚度通常自上而下分段加厚，顶部厚度：砖烟囱一般不小于一砖厚，钢筋混凝土烟囱一般不小于120mm。

⑵烟囱内衬

通常根据烟气温度的高低来设置，高温烟气的内衬通常沿全高设置，因为普通砖砌体的筒壁和普通钢筋混凝土筒壁，其最高受热温度分别不宜超过400℃和150℃，因此钢筋混凝土烟囱的内衬高度通常比砖烟囱高。内衬一般支承于分段筒壁伸出的内环支托上，其垂直荷载和地震作用由筒壁承担。

⑶筒壁环向钢筋

烟囱筒壁内侧烟气温度高，外侧空气温度低，内外温差使筒壁内侧受压、外侧受拉，通常应配置环向钢筋，有些砖烟囱在筒壁外表面设置环向扁钢箍。

⑷筒壁竖向钢筋

以往未考虑抗震设防的砖烟囱，一般靠筒壁自重来承受风载和温度应力，70年代开始，按照抗震规范TJ11-74规定少数于筒壁中配置竖向钢筋。钢筋混凝土烟囱通常都设有竖向钢筋，与环向钢筋共同承受风载、温度应力和地震作用。

⒉破坏程度

⑴砖砌烟囱随烈度升高震害加重，表1.7.1列出从1965年乌鲁木齐到1976年唐山地震，遭受6～11度地震的900座砖烟囱的调查统计数字，表1.7.2是唐山地震时各烈度的无筋环形砖烟囱的震害程度统计数字。

1965～1976年我国历次地震砖烟囱掉头或倒塌调查统计 表1.7.1

唐山地震无筋环形砖烟囱震害统计 表1.7.2

⑵钢筋混凝土烟囱的震害较轻，表1.7.3是唐山地震后的30m～180m高30座烟囱的震害统计数字。位于11度区的3座钢筋混凝土烟囱震后仍为基本完好或轻微损坏，10度区的3座、8度区的1座掉头的烟囱都是30年代建造的、年久失修，9度区3座掉头的烟囱两座建在软弱地基上，地震时地基液化，另一座是按7度设计的唐山陡河电厂180m高烟囱，在高130m处折断。

唐山地震各烈度钢筋混凝土烟囱震害统计 表1.7.3

3.砖烟囱震害形态

砖烟囱的破坏在低烈度区主要出现在上部或中部，高烈度区破坏高度有所下降，其主要的破坏形态与照片见图1-7-1和图1-7-2。

⑴水平裂缝：砖烟囱的水平裂缝，约占地震破坏震例的一半，大多数水平裂缝都是通缝，有些水平裂缝伴随有砖块脱落。

⑵环向裂缝：地震时出现多条环向裂缝，一般位于砖烟囱的中上部。砖烟囱出现环向裂缝。砖烟囱出现环向裂缝后，有的上部未掉头，有的上部掉下后，下部还有很多条环形裂缝。

图1-7-1　砖烟囱破坏形态

图1-7-2　汶川地震中砖烟囱破坏情况

⑶斜向裂缝：通常砖烟囱出现斜裂缝和水平裂缝的数量大体相等，但海城地震和唐山地震出现斜裂缝的数量，要比出现水平裂缝的数量少得多。

⑷交叉裂缝：有些斜裂缝是双向成X型裂缝。

⑸竖向裂缝：砖烟囱筒壁出现竖向裂缝的相当多，这些烟囱大多没有配置环向钢筋或扁钢环箍，地震前已因温度应力而出现竖向裂缝，地震时竖向裂缝的宽度和长度进一步增大。

⑹错位：震后筒身断裂错位，多在水平裂缝错位，极少数错位处为斜向裂缝。错位多发生在上、中部，个别发生在底部。错位的部位有一片、两处，有的多达三、四处。

⑺扭转：地震时有的砖烟囱水平断裂处筒身发生扭转错动，尤以方形烟囱在形态上最为明显，此外，一些圆形砖烟囱出现螺旋形裂缝。

⑻掉头：6度区就有掉头的震害实例，8度以上地区掉头的情况较普遍。

⑼倒塌：整座烟囱上部倒塌，仅保留下部烟囱，掉头和散落的砖块塌落在下部烟囱周围。

⒋钢筋混凝土烟囱震害形态与照片

⑴水平裂缝：多数出现在混凝土施工缝处，如采用提升模板分段施工，虽内设有竖向钢筋，但每节之间留有清晰的施工缝，断裂是由于混凝土没有很好地结合。

⑵竖向裂缝：高温烟气影响下烟囱出现竖向裂缝，地震时裂缝加宽。

⑶保护层剥落、钢筋外露：高烈度区钢筋混凝土烟囱由于承载力不足，筒身会有保护层剥落露筋震害。

⑷掉头：钢筋混凝土烟囱在强烈地震影响时会有掉头现象发生，10度区在离地1/3高度处就开始掉头，但多数在离地2/3高度以上掉头。

震害照片见图1-7-4和图1-7-5，汶川地震发现钢筋混凝土筒仓在中下部出现水平断裂，混凝土压碎，钢筋弯曲，也归于钢筋混凝土烟囱一类，见图1-7-6。

图1-7-3　钢筋混凝土烟囱破坏形态

图1-7-4　汶川地震中钢筋混凝土烟囱基本完好

图1-7-5　西安150m高钢筋混凝土烟囱从中部折断

图1-7-6　钢筋混凝土筒仓中部折断

⒌震害特征(www.daowen.com)

⑴断裂（或主要破坏截面）高度

烟囱的断裂（或主要破坏截面）高度与地震烈度、场地地基条件、烟囱结构形式与尺寸、材料强度、施工质量等因素有关。

唐山地震时各烈度区砖烟囱的主要断裂高度统计列于表1.7.4，不同烈度区砖烟囱的主要断裂高度统计见表1.7.5～7。

砖烟囱为瘦长的锥形体，质量和刚度沿高度均匀变化，属高柔结构，地震中的高振型影响显著，尤其是在烟囱的上部高振型反应起主要作用，再加上竖向地震作用的影响，使得砖烟囱的震害多发生的烟囱筒身的上部，随着烈度升高其破坏部位向下移动。

唐山地震时各烈度区砖烟囱主要断裂高度统计 表1.7.4

6度区砖烟囱主要断裂高度统计 表1.7.5

7度区砖烟囱主要断裂高度统计 表1.7.6

砖烟囱的主要破坏高度还与烟囱的外形与长细比有关，矮而粗的烟囱断裂部位在下部，高而细的烟囱断裂部位在上部。

8度区砖烟囱主要断裂高度统计 表1.7.7

钢筋混凝土烟囱的震害多出现在9度以上地区，断裂（或掉头）高度也随烈度增加而下降，唐山地震时位于10度区的烟囱主要破坏高度见表1.7.8。

10度区钢筋混凝土烟囱主要断裂高度统计 表1.7.8

⑵地地基条件的影响

场地条件差，烟囱破坏率增大。如海城地震，遭遇7度的盘锦和8度的营口等地的烟囱，由于场地为Ⅲ类，其破坏程度比9度的大石桥且位于Ⅰ、Ⅱ类场地的烟囱还要严重；又如唐山地震时，9度区建在软弱地基上的两座钢筋混凝土烟囱因地基液化掉头；桩基础的砖烟囱震害显著减轻。因此，对烟囱这类高柔、高重心构筑物，要特别注意场地地基的条件。

⑶配筋砖烟囱的抗震性能明显优于无筋砖烟囱。配筋砖烟囱7度地区基本无震害，上半部高度内配筋的烟囱在8度及以上地区震害也是严重的，而沿整个高度配筋的砖烟囱8、9度区大都基本完好。竖向配置钢材的砖烟囱抗震性能也优于无筋砖烟囱，钢筋混凝土烟囱震害通常较轻。

7.2　水塔的震害特征与特点

水塔由水柜和支承结构两部分组成。水柜除钢结构支承水塔为钢水柜外，其他水塔均为钢筋混凝土水柜。地震后，钢水柜全部完好无损，钢筋混凝土水柜绝大多数也未发现有破坏，个别发生柜底渗透、砖砌保温层开裂或塌落等震害，水塔的主要震害发生在水柜以下的支承结构。支承结构有砖柱支承、砖石筒壁支承、钢筋混凝土支架支承、钢筋混凝土筒壁支承、钢支架支撑几种形式，其中钢架支承、钢筋混凝土支承结构的震害较轻，砖支承结构的震害相对较重。

⒈支承结构震害形态

⑴砖石筒壁水塔主要震害是筒壁的开裂或水平错位，严重者筒壁砌体局部酥裂，坍塌或倒塌，见图1-7-7，实际震害照片见图1-7-8～12。

筒壁裂缝形式有水平裂缝、斜裂缝、交叉裂缝、竖向裂缝及门窗洞口的裂缝，水平裂缝多出现在筒身下部，门窗洞口裂缝多出现在洞口的四角，沿灰缝向上或向下扩展，洞口小时震害轻，有扶壁柱或筒壁较厚时震害也较轻。

砖筒截面水平错位多发生在支承筒壁的下部，错动位移最大可达30cm，如唐山地震时天津塘沽新河船厂砖筒水塔在离地面以上6cm处错位，全水塔向东南移位。

8度及以上地区砖筒壁出现局部被压酥，砖石脱落，严重的大片坍塌形成孔洞。砖石筒壁水塔倒塌多发生在9度以上地震区，特别是Ⅲ类场地土上，砖筒上部折断，水柜坠落在水塔附近。

图1-7-7　砖筒水塔破坏形态

图1-7-8　新建的水塔（有圈梁构造柱）根部出现水平裂缝

图1-7-9　砖砌水塔中部出现竖向和斜向裂缝

图1-7-10　老旧砖砌水塔竖向开裂，筒壁膨出

图1-7-11老旧砖砌水塔筒壁严重破坏

图1-7-12老旧水塔倒塌

⑵钢筋混凝土支架水塔主要震害有支架节点开裂或断裂、柱端水平裂缝和支架倒塌（见图1-7-13）。

图1-7-13　支架水塔破坏形态图

支架节点开裂或断裂引起支架倾斜，严重者引起水柜附落。支架柱上、下端出现水平裂缝，与水箱底部环梁相连接的柱顶震害最重，混凝土破碎、剥落；各节点的环梁两端，出现沿环向分布的竖向裂缝。钢筋混凝土支架水塔也有因地基变形而倒塌的震害实例。

⑶钢筋混凝土筒壁水塔的震害类似于砖筒壁水塔，但震害要轻。

主要震害有筒壁的开裂，包括水平裂缝、斜裂缝、交叉裂缝、竖向裂缝及门窗洞口的裂缝，高烈度区也有倒塌的实例。如11度区的唐山铁道学院三分部水塔在筒壁底部折断，筒壁受压边混凝土酥碎，受拉边钢筋被拔出或弯折，水塔倾倒；上部筒壁和水柜摔碎，折断处呈斜断口，受压一侧高度仅余0.2m左右，受拉边高度尚剩约1m，但未发现基础有倾斜和破坏。

⒉水塔的震害特点

⑴筒壁水塔顶部具有很大质量的水柜，其振动特性类似于单质点体系，水平地震作用对砖筒产生的最大弯矩发生在底部，因此震害多发生在筒壁的下部。据统计砖筒水塔震害情况约有78%在砖筒下部1/3高度范围内，13%在中部1/3高度范围内，9%在上部1/3高度范围内。

⑵钢筋混凝土支架水塔震害多发生在支架柱的上、下端，与框架柱相似，有的弯曲引起的水平裂缝，进而混凝土压碎剥落。环梁的竖向裂缝，也类似于框架梁的梁端开裂。个别支架环梁在梁跨中出现扭剪破坏。

(3)水塔作为高重心的构筑物，场地地基的影响较突出。