房屋堅(jiān)固方能呵護(hù)生命

張　路

中國(guó)四川汶川地震已造成七八萬人死亡，三十多萬人受傷。地震重災(zāi)區(qū)面積超過10萬平方千米，重災(zāi)區(qū)面積達(dá)到6.5萬平方千米，涉及到阿壩、綿陽、德陽、成都、廣元、雅安等6個(gè)市、州，嚴(yán)重受災(zāi)的縣區(qū)達(dá)到44個(gè)，受災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1061個(gè)，人口大約2000萬，直接受災(zāi)人數(shù)1000多萬。隨著時(shí)間的推移，傷亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失還會(huì)增加。

地震受損的特點(diǎn)

地震災(zāi)害造成的損失居各類自然災(zāi)害之首。在這種情況下，房屋的堅(jiān)固和抗震就成為減輕地震災(zāi)害的重要因素。如果房屋堅(jiān)固和抗震，將能夠挽救絕大多數(shù)人的生命。對(duì)歷史上世界各國(guó)地震災(zāi)害歷史的科學(xué)統(tǒng)計(jì)和分析表明，95％的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失均由房屋倒塌造成。中國(guó)幅員遼闊，地震頻發(fā)和高發(fā)地區(qū)比較多，僅以中國(guó)歷史上發(fā)生的地震損害為例就可以知道房屋的堅(jiān)固抗震是多么重要。

1966年河北邢臺(tái)先后發(fā)生6.8級(jí)和7.3級(jí)地震，造成80個(gè)縣市、1639個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、17633個(gè)村莊遭受不同程度的損失，共倒塌房屋262萬問，損壞508萬間，80多個(gè)村子頃刻間被夷為平地，死亡8064人，受傷38451人。造成人員重大傷亡和財(cái)產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失的主要原因是，當(dāng)?shù)氐姆课荻际遣惶珗?jiān)固也不能抗震的房屋。

1976年唐山地震造成24萬人死亡的重要原因也是房屋的倒塌。唐山是一個(gè)對(duì)地震沒有設(shè)防的城市，盡管大量建筑為近代新建，但沒有經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)，在大地震面前難逃劫難。

汶川此次大地震的損害也涉及房屋建筑。汶川地震災(zāi)區(qū)的建筑(房屋)抗震能力較弱。例如，震中汶川縣有羌族人口2.9萬人，而羌族房屋結(jié)構(gòu)為石砌墻體或夯土板筑墻體，防震性能差。另一方面，公共建筑，如學(xué)校和醫(yī)院的房屋坍塌造成的損失更為嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)；四川各地倒塌的學(xué)校有6800多所，中小學(xué)生死傷慘重。原因主要是這些建筑的建筑質(zhì)量存在不同程度的問題。

當(dāng)然，汶川此次的地震震中位于地震高發(fā)區(qū)，有地震記載以來，此次震中附近200千米范圍內(nèi)發(fā)生過8次7級(jí)以上地震。所以，此次地震強(qiáng)度大、波及面廣、破壞力強(qiáng)也是造成房屋倒塌的重要原因。而且，由于此次汶川地震屬于淺源地震，更增加了地震對(duì)建筑物的破壞力度。

房屋的抗震設(shè)計(jì)

自從1976年唐山大地震后，中國(guó)各地的建筑都引進(jìn)了抗震概念，設(shè)計(jì)和建筑房屋需要進(jìn)行抗震設(shè)防，而這種抗震設(shè)防則是以抗地震烈度作為標(biāo)準(zhǔn)的。這就涉及地震的震級(jí)和烈度兩個(gè)不同的概念。

地震的震級(jí)是指地震的大小，是以地震儀測(cè)定的每次地震活動(dòng)釋放的能量多少來確定的。我國(guó)目前使用的震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上通用的里氏分級(jí)，共分9個(gè)等級(jí)。震級(jí)每差1.0級(jí)，通過地震波釋放的能量相差30倍左右。目前世界上最大的地震的震級(jí)為8.9級(jí)。

而烈度則不同于強(qiáng)度，是指地震在地面造成的實(shí)際影響，也就是在地面造成的破壞程度。震級(jí)、震源深度、震中距、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、建筑物這五要素都可以影響地震的烈度。由于這些因素，一次地震只有一個(gè)震級(jí)，而在不同的地方會(huì)表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度，也就是烈度不同。

中國(guó)把地震的烈度劃分為12度，不同烈度的地震，其影響和破壞大體如下：小于3度，人無感覺，只有儀器才能記錄到，在夜深人靜時(shí)人有感覺；4到5度，睡覺的人會(huì)驚醒，吊燈搖晃；6度，器皿傾倒，房屋輕微損壞；7到8度，房屋受到破壞，地面出現(xiàn)裂縫；9到10度，房屋倒塌，地面破壞嚴(yán)重：10到12度，可造成毀滅性的破壞。

所以，房屋的抗震設(shè)防是以地震的實(shí)際破壞程度——烈度來設(shè)計(jì)的。經(jīng)過多年的實(shí)踐檢驗(yàn)和論證，中國(guó)建設(shè)部于1999年1月1日批準(zhǔn)了全國(guó)統(tǒng)一實(shí)施的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。并于2002年1月1日實(shí)施。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，6度及以上地區(qū)的建筑必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，要求是：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震(50年一遇)影響時(shí)，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震(475年一遇)時(shí)，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震(1641－2475年一遇)時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。簡(jiǎn)單地講就是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

房屋抗震設(shè)防的具體標(biāo)準(zhǔn)

房屋抗震設(shè)防的具體標(biāo)準(zhǔn)有很多。但大致的要求有三：確定抗震設(shè)防要求，即確定建筑物必須達(dá)到的抗御地震災(zāi)害的能力；抗震設(shè)計(jì)，采取基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)等抗震措施，達(dá)到抗震設(shè)防要求；抗震施工，嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)施工，保證建筑質(zhì)量。

按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求和標(biāo)準(zhǔn)，房屋建筑應(yīng)根據(jù)其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類4個(gè)抗震設(shè)防類別。

甲類建筑：重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑(如放射性物質(zhì)的污染、劇毒氣體的擴(kuò)散和爆炸等)。當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求；當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。

乙類建筑：地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑，即生命線工程的建筑(如消防、急救、供水、供電等或其他重要建筑)。一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6－8度時(shí)，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時(shí)，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求；地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

丙類建筑：甲、乙、丁類以外的一般建筑。如一般工業(yè)與民用建筑(公共建筑、住宅、旅館、廠房等)?？拐鸫胧?yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。

丁類建筑：抗震次要建筑，如遇地震破壞不易造成人員傷亡和較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑(如一般倉庫、人員較少的輔助性建筑)。一般情況下，應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低。

抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，除抗震規(guī)范有具體規(guī)定外，對(duì)乙、丙、丁類建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。

與這次汶川地震相毗鄰的省份云南，也就是按甲類建筑來設(shè)防的。云南省會(huì)昆明除東川區(qū)、尋甸縣按9度抗震設(shè)防外，其他縣(市)區(qū)一般建筑(包括別墅、多層)均按抗震設(shè)防烈度8度進(jìn)行抗震設(shè)防。

汶川這次地震是8級(jí)，與建筑物地震設(shè)防的度數(shù)有區(qū)別。大部分房屋建筑的倒塌推測(cè)有兩種原因。

一是這些地方的房屋倒塌要?dú)w因于它們的抗震設(shè)防度數(shù)低于汶川地震所產(chǎn)生烈度，二是雖然設(shè)計(jì)時(shí)達(dá)到了抗震設(shè)防的烈度要求，但在施工時(shí)沒有嚴(yán)格監(jiān)控，存在偷工減料的情況和豆腐渣工程。

但具體是因?yàn)槭裁丛蚨顾拇ǖ姆课萁ㄖO(shè)防烈度偏低，需要震后的調(diào)查來證實(shí)。

鋼筋混凝土建筑和磚混結(jié)構(gòu)建筑

汶川羌族的房屋結(jié)構(gòu)為石砌墻體或夯土板筑墻體，一般認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)的防震性能比鋼筋混凝土房屋差一些。這從國(guó)際上的一些地震災(zāi)難也

能得到證實(shí)。

2003年12月26日，里氏6.6級(jí)地震降臨伊朗古城巴姆，此后巴姆又經(jīng)歷了十多次余震，死亡人數(shù)約5萬。而在巴姆發(fā)生地震之前幾天，美國(guó)的加利福尼亞州也于2003年12月22日發(fā)生了與伊朗相似的震級(jí)為里氏6.3級(jí)的地震，但是死亡人數(shù)僅有2人。兩者相比，天壤之別。還有，2003年9月，日本監(jiān)測(cè)到里氏8.0的地震，卻只有500人受傷，無一人死亡。與美國(guó)和日本相比，伊朗的地震造成眾多人員死亡的主要原因在于房屋建筑結(jié)構(gòu)并不抗震。

伊朗的巴姆絕大多數(shù)房屋使用的是土磚結(jié)構(gòu)，而美國(guó)和日本的房屋大多是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以前者造成大量人員死亡，后者保護(hù)了大量人員。當(dāng)然，一些研究人員認(rèn)為并不存在哪種結(jié)構(gòu)的房屋更安全，如果所有結(jié)構(gòu)的房屋都按抗震設(shè)防要求來設(shè)計(jì)和施工，就不會(huì)有問題。

例如，鋼筋混凝土房屋抗震等級(jí)的確定應(yīng)符合下面一些要求。

框架一抗震墻結(jié)構(gòu)，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50％，其框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定，最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加。

裙房與主樓相連，除應(yīng)按裙房本身確定外，不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)；主樓結(jié)構(gòu)在裙房頂層及相鄰上下各一層應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。裙房與主樓分離時(shí)，應(yīng)按裙房本身確定抗震等級(jí)。

當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用更低等級(jí)。

但是，磚混結(jié)構(gòu)的房屋也有防震要求。

多層砌體房屋是以砌體(無筋砌體或配筋砌體)抗震墻為抗震結(jié)構(gòu)體系，其中以橫墻承重為主的結(jié)構(gòu)體系較有利，承重橫墻兼作橫向抗震墻，縱向自承重墻作為縱向抗震墻，必要時(shí)也可以采用縱、橫墻混合承重。

多層內(nèi)框架房屋以外墻為磚墻垛(或壁柱)承重，內(nèi)柱為鋼筋砼柱承重，適用于工藝上需要較大空間或使用上要求有較空曠的大廳的輕工廠房和民用公共建筑等。

抗震墻結(jié)構(gòu)是全部由縱、橫抗震墻組成的結(jié)構(gòu)體系，其抗震性能較好，在高層住宅、公寓、旅館等建筑中應(yīng)廣泛應(yīng)用。

材料要求和其他

無論是鋼筋混凝土建筑和磚混結(jié)構(gòu)建筑都要求建筑材料有好的質(zhì)量，才能達(dá)到抗震設(shè)防的要求。例如，砌體結(jié)構(gòu)材料中的燒結(jié)普通黏土磚和燒結(jié)多孔黏土磚的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于MU10混凝土普通磚，其砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M5。也就是說，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它們應(yīng)達(dá)到某種抗壓抗震的強(qiáng)度。

混凝土普通磚是以水泥為膠結(jié)材料，以砂、石為主要材料，加水?dāng)嚢?、振?dòng)加壓，精心養(yǎng)護(hù)而成的一種新型環(huán)保建筑材料。按其強(qiáng)度等級(jí)分為：MU15、MU10二個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高，隔熱性能好。而水泥砂漿和強(qiáng)度等級(jí)大于或等于M5的水泥混合砂漿，其砂的含泥量不應(yīng)超過5％，強(qiáng)度等級(jí)小于M5的水泥混合砂漿其砂的含泥量不應(yīng)超過10％，所用石灰膏是用生石灰熟化而成，其熟化時(shí)間不得少于7天。

而建筑材料中的鋼材也同樣有強(qiáng)制性的抗震標(biāo)準(zhǔn)。同樣是《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合3個(gè)規(guī)定。一是鋼材的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)小于1.2；二是鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階，且伸長(zhǎng)率應(yīng)大于20％：三是鋼材應(yīng)有良好的可焊性和合格的沖擊韌性。

另一方面，科研人員還在研究解決房屋在地震中倒塌的問題。地震中房屋倒塌的主要原因是由橫波水平擺動(dòng)剪切破壞造成的，破壞作用的關(guān)鍵在于水平擺動(dòng)，如果能解決房屋地震水平擺動(dòng)的問題，也就基本解決了房屋水平剪切破壞問題?，F(xiàn)在，研究人員稱有一種層式濾波隔震墊能徹底解決房屋地震水平擺動(dòng)問題，它通過重疊利用滾動(dòng)摩擦力學(xué)效應(yīng)，讓地震波剪切作用力得以充分釋放達(dá)到濾波隔震效果，可使傳入房屋建筑基底的地震波剪切作用力減小為只剩萬分之一至百萬分之一；因此，房屋建筑在強(qiáng)震時(shí)能保持穩(wěn)定，不發(fā)生水平擺動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞力，也就不會(huì)發(fā)生破壞坍塌。

當(dāng)然，具體如何還需要實(shí)踐檢驗(yàn)。但是，只要人類通過科學(xué)研究一步步了解房屋在地震中倒塌的原因和原理，并研究和設(shè)計(jì)出多種實(shí)用的抗震設(shè)防的措施和裝置，就有可能解決地震最重大的傷害——房屋倒塌的難題。

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