汶川重建 - 图文

汶川重建）建筑震害启示 如何造出更牢固的建筑

建筑震害启示 如何造出更牢固的建筑

类别:深度调查 浏览量:49 版次:AA36 版名:深度 视觉周刊 稿源:南方都市报 2011-05-11 作者:杨传敏 钟锐钧 原创

摘要：为了发现建筑倒和不倒的秘密，研究汶川地震中建筑抗震的经验教训，“5·12”之后，中国一批著名的土木工程师进驻灾区，在过去的三年里，这里的建筑震害被充分研究。在汶川地震的启发下，建筑抗震的标准和技术规范已相应提高，学者们试图回答的是：如何才能制造出更坚固、更安全的房屋？

北川旧县城入口处的一栋居民楼，如墓碑般立在水中。南都记者钟锐钧 摄。

为了发现建筑倒和不倒的秘密，研究汶川地震中建筑抗震的经验教训，“5·12”之后，中国一批著名的土木工程师进驻灾区，在过去

的三年里，这里的建筑震害被充分研究。在汶川地震的启发下，建筑抗震的标准和技术规范已相应提高，学者们试图回答的是：如何才能制造出更坚固、更安全的房屋？

汶川地震引发建筑结构工程师的反思，多部建筑震害启示录类著作已在过去三年里陆续出版。南都记者采访了中国建筑设计研究院、同济大学土木工程系、西南建筑设计研究院的几位建筑抗震专家，其中中国建筑科学研究院工程抗震研究所原所长王亚勇也是中国《建筑抗震设计规范》和《建筑工程抗震设防分类标准》主编，他在震后多次走访灾区，并编写了《汶川地震建筑震害启示录》一书，该书已由地震出版社出版。汶川地震后，由王亚勇主编修订的建筑标准中，将学校建筑从“普通”设防标准强制提高到“重点”设防标准。

一个浩大的校舍加固计划正在全国烈度超过7度的地区进行，其中不仅包括汶川、北川等灾区，也包括北京、上海等超过7度设防的城市。汶川地震中建筑震害的经验教训也将在此次加固中被纳入。 当断裂带穿过彭州市白鹿镇九年制学校时，操场像波浪一样扭曲变形了，原本坚固的水泥板地面像木屑一样破碎，破裂线穿越了整个操场，就在距离中心破裂线约5米处，有一座外观普通的三层砖砌教学楼，因为剧烈的地面形变，它被抬高了3米，然而，地震后，人们只在房子里发现了局部的裂纹，它的主体岿然不动。

为了发现建筑倒和不倒的秘密，研究汶川地震中建筑抗震的经验教训，“5·12”之后，中国一批著名的土木工程师进驻灾区，在过去

的三年里，这里的建筑震害被充分研究。在汶川地震的启发下，建筑抗震的标准和技术规范已相应提高，学者们试图回答的是：如何才能制造出更坚固、更安全的房屋？

最牛学校不倒的秘密

通常的规律是，距离断裂带越近，受到的地震破坏力越大。然而，尽管地震中地基被整体抬高了3米，彭州市白鹿镇九年制学校那栋普通的三层教学楼仍然牢固矗立。这栋教学楼在震后被誉为“5·12汶川大地震最牛教学楼”，成为彭州三大地震遗址之一，受到建筑抗震学界多位专家交口称赞。

设计这座房屋的中国建筑西南建筑设计院，在四川有60年历史。在汶川大地震中，该院设计于2005年-2007年、建造于2006年-2008年的地震区校舍共有104座，其中65座位于9度以上的地震烈度极重区，这些房子无一垮塌。其中位于中央(映秀+北川)断裂带上的学校有龙门山镇小学、小鱼洞镇小学等，位于前山断裂带(灌县+安县+江油)上的学校有白鹿小学、通济镇小学、磁峰镇小学、向峨小学、紫坪铺小学等。

白鹿镇九年制学校那栋保护了993名学生的最牛教学楼，只是稍有破损。通常人们会认为，这样的房屋采用的是钢筋混凝土现浇结构，然而记者从西南建筑设计院了解到，这栋楼采用的是造价相对经济的砖砌结构，楼板和大部分震区建筑一样采用了预制板。

虽然从外观上看，这栋建筑和那些已经倒塌的房屋没有太大区别，但内部设计的水平却远超出后者。该院总工程师冯远告诉南都记者，除了严格按照2001年的建筑抗震规范，在楼层连接和转角处采取构造柱和圈梁等相应措施之外，建造房子的时候，还针对学校的薄弱环节，在楼梯间和大开间的地方采取了特别措施，比如在承重墙加设扶壁柱，增加结构的整体性。

这座建筑不倒的秘密，并非高昂的造价，也不是特殊的高科技，而是依据经验的设计、严格按照质量标准施工。该院设计的其余校舍，也按照类似结构设计。这些教学楼和宿舍一般为3-4层砖混结构，楼板是预制空心板，个别采用框架结构，由于充分考虑了抗震问题，5·12地震后全部依然站立。

“四川经济不如沿海地区发达，对建筑物造价也比较看重”，冯远告诉记者，“但是，经济性较好的未必抗震性能不好”。

砌体结构房子抗震性弱却更普遍

据中国地震局发布的地震烈度分布图，汶川地震中，映秀、北川实际测到的烈度是11度，但汶川地震前，这些地区的抗震设防烈度是7度。

“事实证明，除非是正好被断裂带穿过，即使超出设防标准，建筑如果按照规范设计施工，仍然有可能不会倒塌”，中国建筑科学研究院工程抗震研究所原所长王亚勇总结说，那些建筑至少不会在地震

时整体倒塌，虽然墙壁砖瓦可能会破损，但却可以给建筑内的人提供充足的逃生时间。

映秀镇漩口中学一栋建于2006年的框架教学楼，在主震中并未倒塌，1000名学生得以逃生，但在余震中，教学楼倒塌，更值得称道的是它旁边的一栋四层的砌体住宅楼，在地震中裂而不倒。

王亚勇是2001年和2010年中国《建筑抗震设计规范》(以下简称“规范”)和《建筑工程抗震设防分类标准》(以下简称“标准”)的主编。两者都由住房和城乡建设部修订发布，需要区分的是，《建筑抗震设计规范》和《建筑工程抗震设防分类标准》是两套体系，“标准”是建筑需要达到的设防水平，和地区的设防烈度有关；而“规范”是对建筑设计和施工的相关规定，管的是技术，标准提高之后，相应的技术规范也随之提高。

“中国大部分农村地区都盖不了钢筋混凝土的房子”，王亚勇说，除了沿海地区的广东、福建、浙江、江苏一带有经济实力外，中国90%的农村盖不起来。由于砌体结构相对钢筋混凝土结构造价更低廉，在广大的中国内陆地区，由土、木、砖等建筑原料堆砌而成、抗震性较差的房屋结构，仍然是农民自建房或者小镇主要民居的首选。在砖混砌体结构房屋中，通常会采用预置空心板作为楼板或者屋顶，在汶川地震中，很多预制板倒塌的图片令人印象深刻。

所以土木工程师们不得不想各种办法，令原本没有抗震能力的砌体结构，具有一定的抵抗自然灾害能力。从1989年，构造柱和圈

梁(图示)被强制性纳入砌体结构房屋的建筑规范。构造柱和圈梁都是房屋的支撑和固定件，一般被安置在房屋的四角，以及墙和墙交界的地方。烈度不同的地区，施工要求稍有差别，一般高烈度区可以密，低烈度区要求疏，一般7度以上地区每层都要有圈梁。

在大量研究汶川地震建筑震害的专业论述中，都提及了构造柱和圈梁的作用。国内一些实验室可以做土木工程结构设计的抗震实验，如同济大学土木工程防灾国家重点实验室。“规范里要求的构造柱和圈梁，在砌体结构的房屋中，肯定能够起到大震不倒的作用”，同济大学土木工程学院防震抗灾研究所所长吕西林说，“这个是经过了中国地震的考验，同时我们也做了大量实验”。

震区房屋倒塌原因初探

构造柱加固的方法可以使震区的砌体房屋保证一定的结构整体性和延性，然而，王亚勇在地震后进入灾区，发现一些房屋没有按照抗震规范施工，而这些没有按规范加固的房屋，都倒了。

一方面，农民自建房通常是邻里协助，没有设计图纸，也不懂得使用。另一方面，工程师们在汶川地震后也发现，城镇上一些民用的砌体结构房屋，也没有按照技术规范加固。王亚勇在灾区看到一些案例，三层砌体教学楼完全倒塌，预制板和预制板之间没有任何连接。“当时我看了很痛心，都掉眼泪了”，王亚勇说。

预制板中的钢筋，是借鉴苏联经验，一般要求预制板中的钢筋应该扭结起来。工程师们发现，震区有的预制板甚至没有钢筋，而有的房屋，虽然预制板有钢筋，仍然图省事不扭结。

总结汶川地震房屋倒塌的原因，共有以下几点，其一：如果建筑正好被破裂线穿越，即使房屋再坚固，也不可避免会倒塌，如白鹿镇九年制学校的教师宿舍正好被破裂线穿过，整体倒塌；其二，地质因素。如果房屋正好位于滑坡体下方，极有可能被掩埋；其三，没有按照建筑抗震规范施工，如在砌体结构中没有构造柱等加固措施；其四，设计缺陷，如中小城镇常用的一层框架做商铺，上面砌体做住宅的结构，由于底层开阔面积太大支撑太少，成为建筑的薄弱环节，很多作为商场的底层都被整体压垮；其五，房屋建造时代过于久远。

再总结，第一点有时候很难避免，因为对地震的破裂线科学界并不能提前摸清。第二点是可以通过选址避免的。第三点要依靠管理。第四点应改进设计。第五点可以通过房屋加固处理。

学校医院提高设防标准

对结构工程师来说，地震来的时候，就和打仗一样，如果第一道防线失效了，第二道防线要起作用。最简单的道理是，如果只有一根柱子垮了就塌了，但如果多两根柱子，就不容易塌。

所以，任何结构形式，不管砌体还是混凝土，都需要多道防线，工程师们认为，这是很重要的抗震设防思想。

这种设防思想也在抗震规范中陆续更新，2010年12月1日开始实施的最新一版建筑抗震规范，相对于前一版要求更为严格。

同济大学教授吕西林认为，“其中比较重要的就是，把学校和医院从标准设防提高到重点设防，这个是非常大的变化”。

重点设防是指按照高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强抗震措施，而标准设防是按照本地区抗震设防烈度设防。

新标准的主编王亚勇告诉记者，以前老百姓用的建筑都是普通设防标准，比如办公楼和民居，也包括学校。2001年的《分类标准》中，规定教学楼“宜”重点设防，但没有强制规定。而新标准中规定，学校教学楼“必须”重点设防，设防对象包括幼儿园、中小学教学用房，学生宿舍和食堂，也包括教室、实验室、图书馆、微机室、语音室、体育馆、礼堂等，基本把所有和学生有关的建筑都纳入其中。

医院设防标准的提高，除了规定三级医院和二级医院提高到重点设防以上，还要求对具有外科手术室或者急诊室的乡镇卫生院也提高到重点设防标准。因为地震发生后，抢救伤员迫在眉睫，需要灾区医疗系统维持自身安全，在震后正常运行。

国务院启动校舍加固工程

汶川地震后，建筑抗震加固成了一项涉及全国所有超过7度设防城市的大工程。

从2009年开始，国务院启动校舍加固工程，开始在地震重点监视防御区、7度以上地震高烈度区进行校舍加固，这是一个非常浩大的项目，不仅包括汶川地震灾区，还包括北京、上海等超过7度设防的城市。同济大学吕西林教授就负责上海校舍加固的技术审核部分，他已经在多份教学楼加固的技术审核报告上签了字。

来自中国建筑科学研究院的统计表明，汶川地震中学校倒塌仅占建筑倒塌的1%-2%，但学校死亡人数在总死亡人数中的比例超过这个数字。学校人口密集，是一个重要原因。在日本等多发地震国家，学校通常是作为震后的避难场所来修建，汶川地震后，中国对学校校舍加固更为重视。

和普通民居不同，教室的空间通常比较开阔，设防难度也较高。上世纪八九十年代的教室深7米，宽9米，之后为了提高舒适度，面积增加到深8米，宽9米。教室很宽阔，开窗面积大，在工程抗震上非常不利。

通常情况下，一个教室只有三根柱子，除两侧墙壁的两根柱子外，中间的柱子没有墙做支撑。更不利的是，学生下课要从教室出来，为了方便疏散，走廊一般宽到3米，但大量走廊设计是悬空的。这种结构抗震能力比较差，汶川地震中垮塌的比较多。

1992年台湾集集地震，学校单跨带外走廊的损坏很严重，也有学生遇难。后来台湾在学校结构上作了改进，不允许有悬空的宽走廊。王亚勇在主编2001年规范时，也曾建议不要用单跨的结构，但

并未作为强制规定。汶川地震后，他主编的规范进一步升级，强制要求教室应不带悬臂走廊，走廊必须有柱子支撑，这在学校和大型公共建筑的结构设计上是非常大的改进。

还有一些针对公共建筑的支撑件，也在汶川重建中被使用，比如在楼梯或者大的空间里安装对角线的钢支撑。

楼梯间也是公共建筑的薄弱环节，在任何灾难面前，人的第一反应就是跑，但楼梯间的安全并未得到足够重视。比如绵竹一栋三层教学楼楼梯间倒塌，就是因为楼梯间没有按照规范设置构造柱和圈梁。

而另一栋老旧的六层砌体结构住宅建筑，由于在休息平台的墙体设置了构造柱，尽管楼梯和墙体严重破坏，但并未倒塌。王亚勇在实地探访中发现，这根构造柱的混凝土柱半径只有18厘米，混凝土里面夹了4根钢筋，每根钢筋都有小指头粗细。

就是这根不起眼的柱体，救了十几人的性命，而它的造价，只有几百元钱。

南都记者 杨传敏

并未作为强制规定。汶川地震后，他主编的规范进一步升级，强制要求教室应不带悬臂走廊，走廊必须有柱子支撑，这在学校和大型公共建筑的结构设计上是非常大的改进。

还有一些针对公共建筑的支撑件，也在汶川重建中被使用，比如在楼梯或者大的空间里安装对角线的钢支撑。

楼梯间也是公共建筑的薄弱环节，在任何灾难面前，人的第一反应就是跑，但楼梯间的安全并未得到足够重视。比如绵竹一栋三层教学楼楼梯间倒塌，就是因为楼梯间没有按照规范设置构造柱和圈梁。

而另一栋老旧的六层砌体结构住宅建筑，由于在休息平台的墙体设置了构造柱，尽管楼梯和墙体严重破坏，但并未倒塌。王亚勇在实地探访中发现，这根构造柱的混凝土柱半径只有18厘米，混凝土里面夹了4根钢筋，每根钢筋都有小指头粗细。

就是这根不起眼的柱体，救了十几人的性命，而它的造价，只有几百元钱。

南都记者 杨传敏

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