試論房屋建筑的抗震能力
——以“5.12”汶川大地震中的學校為例

莊建鋼 新世紀建設集團有限公司 321001

試論房屋建筑的抗震能力
——以“5.12”汶川大地震中的學校為例

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文中主要對四川汶川地區的學校的磚混結構房屋和框架結構房屋的震害進行了調查和分析，并提出了相應的抗震設防要求及建議，為汶川地區及附近地域災后重建積累了經驗，從而增強房屋建筑的抗震性能。

房屋建筑 ; 抗震能力 ; 學校

在四川省政府召開“5.12”汶川大地震周年新聞發布會上獲悉，在這次汶川特大地震當中，倒塌的幼兒園和中小學33所，遇難和失蹤的學生一共是5335人。這個數據是經過學校和四川教育部門反復的核對得出的，如此大的死亡人數是前所未有的。

一、造成大量學校房屋倒塌、學生死亡的主要原因

首先是地震強度的原因，這次地震能量巨大，方式特殊，震動持續時間長，地震破裂長度大，震害廣，震源深度為1.9公里。地震產生的高強度影響區域達到了5563平方公里，9度區是7738平方公里，8度區是27786平方公里，大面積的房屋倒塌主要發生在8度區以上的強震區域。在不同的地質構造區域或者相同區域，由于地震波傳播的方式、方向，地震波波峰值的原因導致不同區域的房屋損害不一樣，以及波的損害一致的時候會加劇房屋損害。地震的振動傳播頻率相近，會產生共鳴效應。因此，在低度區也會造成房屋倒塌和嚴重破壞的現象。

其次是本身房屋結構形式原因。不同的結構類型和建筑形式在這次地震中體現明顯不同，比如跨度大、骨架重、大開間、打開窗、外走廊這種磚混結構建筑較嚴重，垮塌的比例也較高。這次重災區中間，除松潘、石棉、九寨溝以外，在災區內最大的設防是7度設防，而在這個區域內，汶川地震實際影響達到了8到11度，地震實際影響烈度普遍超過極重災區建筑設防力度的1.5到4度。從超越概率計算，當實際設防超過1.5度的時候，主要構架的強度變形就無法承受，那么倒塌在所難免。

最后是建材材料、建筑工藝落后，房屋年久失修。90年代中期以前，空心板大量的使用。以及在農村建房中，大量使用，由泥、沙和架，其抗震性較差，這次地震中倒塌較多。專家組的最后結論是，重災區房屋建筑抗震設防很難抵御此次特大地震的破壞，重災區房屋的倒塌是不可抗的。

二、汶川大地震中倒塌學校房屋的特征

1、砌體－木屋架結構

汶川大地震中農村學校大部分都是砌體－木屋架結構的建筑物，并且在這次地震中受損最為嚴重，主要有兩個原因:第一，對于磚混結構而言，本身抗震能力較差。第二，由于這種結構使用年限也較短。如圖一所示，紅白鎮中學單層教室，建于1983年，破壞特點為個別承重墻體有嚴重裂縫，部分墻體有明顯裂縫。

圖一 紅白鎮中學單層教室

這次破壞特點為多數承重墻體明顯裂縫，部分墻體嚴重裂縫，學校房屋屋頂塌落，在抗震驗算中，單層磚混房屋底層往往不容易滿足抗震要求，即使有時在適當部位加設構造柱也不能完全滿足抗震承力驗算。為了提高墻體的抗震能力，可在抗震力不夠的承重墻段內配置水平鋼筋，使地震力由砌體及水平鋼筋共同承擔。多層磚混結構房屋可以通過建筑上的合理布局，結構上的構造措施等多種方法來彌補砌體房屋脆性材料在抗震方面的不足，從而滿足抗震要求。在抗震設計時體現以預防為主的設計思想達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設防目標。

2、磚混結構

地震區村鎮的教學樓，城市的一些舊的居民樓、辦公樓、小型廠房多采用磚混結構。這類結構在地震區數量最多，震害也比較嚴重，倒塌的結構具有以下典型特點:結構抗震體系單薄，未設置構造柱，也有未設置圈梁，預制樓板未拉結。圖二為磚混結構震害情況。

鎣華中學教學樓右段倒塌

磚混結構是混合結構的一種，由鋼筋混凝土梁柱板等構件構成的混合結構體系。磚混結構的承重構件主要是墻，傳力方式是:樓板傳力給墻，墻以線荷載的形式傳給基礎。適合開間進深較小，房間面積小，多層或低層的建筑。框架結構主要是框架柱子，框架梁承重，傳力方式是:荷載作用在樓板上，樓板傳力給梁，由于梁擱在柱子上，所以力傳至柱子，柱子再傳給基礎。墻體只是起分隔和圍護作用。適合房間開問進深大，房間形狀自由的建筑，造價比磚結構高。在相互比較上，框架結構無論從抗震，穩定性，房屋堅韌性等都優于磚混結構，抗震設計概念一定要做到“強柱弱梁，強剪弱彎，強大節點”。框架結構體系的剛度和強度都比較好，是柔性結構，而磚混中砌體自重大，使砌體結構所承受的地震力也相對增大，而且是由脆性材料組成，抗拉抗剪強度較差，延性差，抗變形能力小。

3、框架－砌體混合結構

這類結構形式有多種，如底框磚混結構（底部框架－上部磚混，豎向混合），底層部分框架、部分砌體－上部磚混，以及部分框架－部分磚混（水平混合）。這類結構的體系大多比較混亂，由于經濟原因，大多盡可能少用混凝土框架，框架和砌體承重墻抗側力構件的承載力和變形能力很不協調，平面抗側剛度極不均勻。這類結構的震害主要有:底部框架由于變形集中而破壞，或上部砌體結構破壞。圖三為框架－砌體混合結構的震害情況。

汶川某教學樓

三、汶川大地震后學校重建的幾點建議

一是要科學設計教學樓舍。學校教學樓由于教學工作需求，往往對于基本框架設計比較簡單，樓體的支撐體較少，為校舍安全埋下了隱患。同時，學生的主要活動場所“教室”，由于數十名學生集中一起，往往設計面積過大，但大都是除了四周墻壁，就沒有了其它支撐結構，雖然達到了“寬敞明亮”的效果，但是在遇到特殊情況時，往往顯得安全系數比較低。從“5.12”震災的情況來看，不得不讓建筑專家們在如何提高校舍抗災防災方面進行思考，從提高校舍安全、保護學生的角度，進行科學的設計。

二是要在學校教育中設立安全“公共課”。各級學校應把安全教育工作放在高于一切的位置來抓，把安全教育列入日常教學工作安排，采取專職教師授課或聘請專職安全工作人員為校外輔導員等形式，對學生進行安全教育，向學生傳授安全知識，教給學生在緊急情況下或是災害發生時應具備的自救、互救知識和逃生方法。同時，教育部門以及每個學校都要制訂應急預案，以備在遇到特殊情況時，有條不紊地組織實施抗災搶險工作，最大限度降低災情。在此基礎上，學校要定期組織學校生進行防災演習，以增強廣大學生的自我保護意識和應急能力。

三是要對班級進行定額編制。隨著改革開放的進一步深化，大量農民工涌入城市務工，其子女就地入學，為城市教學工作提出了新的要求。同時，隨著鄉村城市化進程進一步加快，生活小區逐漸增多，但與之相適應的教育條件并沒有隨其而上，大部分學生就近入學，以及擇校生的增多，導致某些學校班級編制有所膨脹，有的重點學校班級編制達到了六、七十人，甚至近百人，從以往學校發生的事故來看，這種做法對學生安全是極為不利的。因此，學校班級編制必須明確數額，有條件的地方必須實行小班制設置，以此增強學校抵御災害風險的能力。

通過這次關于“5·12地震”給我們提供了許多抗震防災方面經驗。我們發現有許多結構的破壞有相同之處，在選擇適合的抗震能力強的結構體系，特別是學校、醫院等重要建筑。對于建設上程只有在抗震設防，抗震設計和施工質鼉這三方面都符合要求，才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.027