【重建之思】“夺命的是建筑物而不是地震”

【重建之思】“夺命的是建筑物而不是地震”
2010-07-22 22:36:45　来源:南方周末(广州)跟贴 4 条手机看新闻
被忽视的抗震设防问题
“夺命的是建筑物，而不是地震”——汶川大地震再次验证了这句老话。但是，当人们发现震区的很多楼房竟然破碎到如此程度时，仍然感到震惊不已。大地震带来的生命、财产损失是如此严重，使得平时被很多人忽视的抗震设防问题再次尖锐地摆在国人面前。
预制板=棺材板?
在这次地震当中，倒塌的房屋废墟中大量的预制楼板随处可见，而这些使用预制楼板的混合结构房屋在地震中是最为脆弱的，许多人正是被它们夺去了生命。
在1976年以前，预制板因为使得盖楼速度快，价格相对便宜，质量相对来说也有保障，因而在全国范围内被大力推广。直到唐山大地震摧毁了整整一座城市，人们才认识到它在抗震性能上的缺陷。
从某种程度上来说，使用预制板盖房子就像搭积木一样，先砌好四面墙，然后把预制板两端伸出的钢筋搭在墙上，接着在楼板上再砌墙，然后再搭一层预制板……虽然在搭完预制板之后也会用混凝土浇注，但这并不能把预制板搭在墙体上的钢筋与墙体牢牢粘住。如果再没有增强房屋整体性的技术措施，那么当遭受较强地震、两堵墙以不同频率摇晃起来的时候，预制板便会猛地从当初固定较弱的一端甩开，砸向下层楼板，最终使房屋由上而下整体倒塌。由于抗震性能差，预制板在唐山一度被称为“棺材板”。
认识到预制板的危害之后，人们开始转而使用“现浇钢筋混凝土楼板”(简称“现浇板”)。现浇板在施工现场完成支模、扎钢筋、浇灌混凝土等程序，尽管其工序多，施工周期长，但现浇板可以增强房屋的整体性，由此提升抗震能力。
现浇板与预制板除了工序不完全相同，其使用的钢筋也有不同。为了减少受力，防止其变形、开裂，预制板内的钢筋一般使用高强度钢丝——在工厂里先将钢筋拉紧，再浇混凝土，待混凝土凝固以后把钢筋两端松开，这样钢筋之前向外拉的力此时就要往回收缩，从而给混凝土施加一个压应力。这个压应力可以和板的自重以及上面摆放物品所施加的拉应力相互抵消一部分，使板的真正受力减小，变形减少。而且当预制板受力将要产生裂缝时，里面的钢筋会拉住它不让它裂开。由于预先进行过冷拉，因此预制板中的钢筋通常是较细的光面钢筋，而现浇板由于是在工地上现场制作，一般没有条件先拉紧钢筋，因此更多使用螺纹面钢筋。
虽然早在30年前就已经认识到预制板的危害，但由于各方面原因，我国并没有明令要求全面停止预制板的使用，甚至北京、上海等大城市也是直到2000年以后才在市区内停止使用预制板。在其他地方，预制板的需求仍然非常旺盛。
构造柱和圈梁的作用
“所谓抗震，最主要的就是加强房屋的整体性。”清华大学土木工程系钱稼茹教授告诉记者。而对于砌体结构，要增加建筑物的整体性，一个是使用现浇板，另一个就是使用“构造柱”和“圈梁”。
“‘构造柱’和‘圈梁’是唐山大地震以后，我国在建筑物抗震方面的一大发明。”同济大学土木工程学院蒋通教授对记者介绍说，“‘构造柱’就是在砖房的四角和拐弯等处配上钢筋，浇上混凝土，做成钢筋混凝土的柱子，用来约束墙体。而‘圈梁’(沿水平方向的封闭的钢筋混凝土梁)则是把房子像箍木桶一样箍起来。简单地说，在建房子时使用圈梁和构造柱就像是用绳子给一个箱子打包，把横向和纵向都绑住，这样，房屋的整体性会大大提高，在地震中不会轻易倒塌。”
对于混合结构来说，无论使用预制板还是现浇板，圈梁和构造柱都是其最主要的抗震结构，而在现浇板中，钢筋混凝土的圈梁与板融为一体，整体性则更加牢固。蒋通遗憾地说：“如果汶川地区的砖房能够全部加上构造柱和圈梁，绝不会破坏得这么厉害。”
先天缺陷”不是借口
在这次地震中，最令人揪心的莫过于学校校舍的大量倒塌和孩子们的集体死亡。为什么教学楼会这样轻易倒塌？
有专家指出，学校在抗震方面存在几个先天缺陷：一是房间大——学校教室、活动室等场所空间都比较大，相对而言墙的面积就比较小；二是窗户大——教学需要良好的光线，大面积的窗户相应使得墙的面积大大缩减；三是走廊设计问题——一般学校都采用单面、外廊的走廊设计，多由柱子支撑，如果教室两边都是走廊，在纵向上一间教室就只有前后的两面墙抗震，两边柱子的作用则很弱。
然而尽管如此，“以现在的地震工程的知识来看，教学楼本身并不应该成为抗震的‘特困群体’，只要在设计时充分考虑校舍在结构系统上的先天问题，确实执行设计规范的规定，并彻底执行施工细节，校舍的抗震能力绝不会构成问题，并没有科学技术上的难题。”台湾国家地震工程研究中心简文郁博士表示，“这就是为什么当地一些近十年来兴建且设计、施工都为优良的校舍在此次地震之后并未发生严重破坏的根本原因。”
上海交通大学安全与防灾工程研究所所长、土木工程教授陈龙珠也指出：“学校教学楼需要大窗户采光，这对砌体结构是不利的，但对钢筋混凝土结构却并没有关系。”因为，尽管加入了混凝土的构造柱和圈梁，但在砌体结构中，墙体仍然是主要的受力构件，构造柱和圈梁只是作为一种抗震措施，起到约束墙体、提高房屋整体性的作用。也就是说，在地震时，构造柱和圈梁可以支持墙体减缓甚至避免房屋倒塌，然而当地震烈度很强时，一旦墙体发生大面积倒塌，构造柱也并不能独自撑起楼板。因此砌体结构不适于教学楼这种需要大房间、大窗户的特殊建筑。然而框架结构则不然。框架结构中的承重构件是现浇钢筋混凝土的柱子和梁，墙体仅作围护和分隔作用，并不受力，因此房间布局非常灵活，门窗也完全可以开得很大。
除了在防震设计和施工方面的问题以外，政府对中小学校舍一直以来的重视程度也是影响其抗震能力的因素之一。台湾在这方面也曾走过一段弯路。
与汶川地震相似，台湾地区1999年“9·21”地震曾造成全岛八百多所学校严重受损，有专家指出当时全岛95%的学校建筑不合乎抗震要求。对此，简文郁介绍说，因政府经费不足，台湾地区早期校舍经常采用逐年增建的应急方式兴建，导致了所谓“老背少”的问题。“老背少”的校舍在兴建之初并不确定会盖几层，因此，最早兴建且受力最大的底层很容易发生抗震能力不足的状况。然而在地震发生之后，台湾地区新建的校舍在抗震设计、规范执行等方面都有了很大改善。目前台湾当局正积极进行全面的校舍抗震能力评估，并陆续进行提升校舍抗震能力的加固工程。
按照台湾地区规定，学校建筑的抗震能力要比一般民居楼高出25%；而在汶川地震之前，大陆的幼儿园和中小学校舍其抗震能力却始终没有真正受到更高的重视。
标准定多高才行？
除了设计和结构问题，许多人将房屋大面积倒塌的原因也归结于震区建筑物的抗震设防标准偏低。
建筑物的抗震设防标准涉及“设防烈度”，它是根据建筑物所在地区的基本烈度及其自身的重要性来确定的。
为了划定我国各地地震基本烈度的分布情况，中国地震局和建设部根据历史资料、地震危险性分析（包括当地断层和周围板块之间的情况等等）以及地震设防经济承受能力等因素，从1970年代起就开始编制《中国地震烈度区划图》，2001年又颁布了第四版《中国地震参数区划图》。按此区划，此次地震震害严重的汶川、北川、绵阳、都江堰等地大多处于7度设防区。
除了烈度标准以外，根据建筑物的重要性，我国还对建筑物进行甲、乙、丙、丁四个等级的划分。大多数建筑为丙类，重要的生命线工程为乙类，特别重要的建筑定为甲类。建筑等级越高，抗震设防的标准也就越高。比如成都基本烈度是7度，而其城市中三级医院住院部、医技楼、门诊部属于乙类建筑，就要按8度设防。
在确定了设防烈度的基础上，我国制定了抗震设防的“三水准”目标，通俗来说就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。其中“中震”即是指本地区设防烈度的地震；而“小震”指低于本地区设防烈度的地震，其烈度比基本烈度约低1.5度；“大震”则是高于本地区设防烈度地震，其烈度比基本烈度约高1度。以汶川地区为例，当地设防烈度为7度，那么在“三水准”的设防目标之下，当遭遇烈度为7度的地震时，建筑物应当能够继续使用（无需维修或经过一般维修），而遭遇烈度为8度的地震时也应基本保持屹立不倒。
然而这一次地震的极震区烈度高达11度。简文郁表示，“以这次汶川地震的规模来推算，在龙门山断层附近距离断层20公里范围内区域的地震动强度可能都高达0.3g（即0.3倍重力加速度）以上，约相当于中国建筑抗震规范烈度9度的设防水平。”而地震烈度每升高1度，房屋遭受的地震作用力大约增加一倍，所以在11度的情况下房屋所受的力要比7度足足高出十几倍。那么，按照7度标准设计的房屋，即使完全符合《建筑抗震设计规范》，在如今烈度高达9-11度的情况下，大量倒塌也并非是不可预料的。
但是，“真正符合抗震设计规范的房屋，在地震时可以发生严重变形，但不会立刻倒塌，即使倒塌也不会发生毁灭性坍塌，这样还可以给尚未逃跑的人留下一些生存空间。”蒋通对记者说。因此，烈度高可以是建筑物发生大面积倒塌的原因，但绝不是建筑物粉碎崩溃，把数百人彻底活埋的理由。
那么地震之后是否应该提高汶川等地的设防烈度？提高多少才合适？设防烈度能够无限提高吗？
 
我国对地震烈度分为12度，而抗震设计规范最高设防只到9度，因为一方面超过9度的地区实际已经成为地震危险区，不适宜人类居住；另一方面，9度以上的抗震设防在设计上已非常困难，蒋通解释说：“9度的地震动强度是0.4g，如果把它再增加一倍达到10度，那么地震加速度就达到将近1g，而1g的概念是：即使你把房子横过来变成悬臂一样它也倒不了——这在设计上几乎是不可想象的。”
此外，要提高建筑物的抗震等级，比如将汶川地区由7度设防提高到8度设防，根据不同的建筑物，其成本投入预计将整体增加10%-30%。
因此，正如一些专家所说，一味增加土木、水利等工程的抗震系数并不是一个非常具有操作性的做法，更重要的是要通过一些简单、经济的手段，来有效提高工程设施的防震抗灾能力。当然这里有一个重要前提，就是要严格设计，规范施工，杜绝豆腐渣工程。
(本文来源：南方周末 作者：袁玥)
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