建筑學(xué)對于中小學(xué)校舍抗震的重要性

郭偕行 雷振東 郁立強(qiáng)

摘要：汶川地震中中小學(xué)校舍震損嚴(yán)重，在校人員傷亡慘重。中小學(xué)校舍的安全問題引起的全社會的關(guān)注，中小學(xué)校舍的抗震能力涉及到多個方面，作為建筑學(xué)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員，對保證建筑的使用安全有著不可推卸的責(zé)任。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)校舍、建筑學(xué)、抗震性能、人員安全

1研究背景

汶川地震中教學(xué)樓破壞最為嚴(yán)重，在震后成為了全社會關(guān)注的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。汶川災(zāi)區(qū)約13779處學(xué)校在本次地震受損,總面積約2119 ×107㎡,其中嚴(yán)重破壞的校舍面積約占38% ，倒塌的校舍面積約占3.18%，震中地區(qū)60%的教學(xué)樓成了危房，需要拆除重建。在災(zāi)區(qū)倒塌的房屋面積4241萬平方米中，教學(xué)樓倒塌的面積約占3.18%。倒塌教學(xué)樓所占比例數(shù)字相對都不算大，但卻造成了相對不小的傷亡。由于地震發(fā)生在上課時間，在校師生死傷慘重。受傷的學(xué)生13768人，災(zāi)區(qū)共死亡學(xué)生4664人。

教學(xué)樓自身功能特點(diǎn)不利于抗震，沒有經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)，施工部合格等原因都存在其中。但是由于教學(xué)樓本身功能特點(diǎn)，本身就不利于抗震。根據(jù)《中小學(xué)校建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ99286)中的規(guī)定，小學(xué)普通教室每間不小于50平方米，中學(xué)普通教室每間不小于56平方米，專用教室要求更大。這種大開間、大采光窗的建筑型式,抗震墻面積少，不利于抗震,開間多在9m以上、進(jìn)深在6m以上。屬于橫墻較少的砌體結(jié)構(gòu)，接近抗震設(shè)計(jì)規(guī)范橫墻最大間距的極限，此外中小學(xué)教室層高高，小學(xué)要求不低于3.1m，中學(xué)要求不低于3.4m，所以相對同樣結(jié)構(gòu)形式的住宅建筑來說，中小學(xué)教學(xué)樓的抗側(cè)剛度小，冗余度低，抗震性能較差。這也是教學(xué)樓比其他的建筑倒塌嚴(yán)重一個原因。在以往的各次地震中，教學(xué)樓倒塌都是最為嚴(yán)重的。

2 影響中小學(xué)校舍抗震性能的各方面因素分析

本文所述中小學(xué)校舍的抗震性能主要為在地震中校舍對人員生命安全保障的能力，并非僅僅針對于建筑物的結(jié)構(gòu)抗震性能。這涉及到中小學(xué)校舍建設(shè)的整個過程，包括項(xiàng)目的立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、勘查、招(議)標(biāo)、施工監(jiān)督、竣工驗(yàn)收等各個環(huán)節(jié)，如下圖（1）所示。

圖1 影響校舍抗震性能的各個因素

1）社會經(jīng)濟(jì)對中小學(xué)校舍抗震性能的影響。

建筑的建造并不是一個簡單的技術(shù)問題，它反映了一個國家的整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，尤其是中小學(xué)教學(xué)樓這種大量性建筑。建筑的建筑結(jié)構(gòu)，構(gòu)造，建筑質(zhì)量，建造組織形式等都受社會經(jīng)濟(jì)條件所限。在歐美等發(fā)達(dá)國家，一般采用木結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能良好的建筑結(jié)構(gòu)形式，而框架結(jié)構(gòu)如今很少被使用。再者，在日本美國等發(fā)達(dá)國家，抗震隔震建筑已經(jīng)大量被使用，且效果良好。而在我國大部分地區(qū)還是以磚混結(jié)構(gòu)為主建造教學(xué)樓，而且有些教學(xué)樓的構(gòu)造柱，圈梁還嚴(yán)重不足。磚混結(jié)構(gòu)的造價要比鋼結(jié)構(gòu)低的多，這一國情是由我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件決定的。

2）地區(qū)抗震標(biāo)準(zhǔn)對中小學(xué)校舍抗震性能的影響。

這次汶川地震之所以破壞嚴(yán)重，除去地震超強(qiáng)這一外在客觀原因，抗震等級設(shè)定不夠應(yīng)該排在首位。此次發(fā)生地震的四川汶川等地，房屋抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)是7度。房屋設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與地震等級不同，7度與震級相對應(yīng)該是5級左右地震。新修訂的汶川地震是8級，烈度達(dá)到11度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了房屋設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)把抗震等級由6級提到7級，建筑造價增加5%-10%，當(dāng)把抗震等級由7級提到8級，建筑造價增加10%-25%，當(dāng)把抗震等級由8級提到9級，建筑造價增加20%-40%。這些從事建筑設(shè)計(jì)的人員都比較清楚，如果一個城市的建筑的抗震等級增加一度，將會是一筆相當(dāng)驚人的資金，這一問題會直接影響國家對每個地區(qū)的建筑抗震等級的設(shè)定。抗震標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)。

3）建設(shè)參與人員的抗震意識和職業(yè)道德

除了經(jīng)濟(jì)的影響外，還有就是參與建設(shè)人員的抗震意識和社會道德對校舍的抗震能力有重要的影響，這包括主管單位，施工單位，設(shè)計(jì)單位和使用者。這些軟件方面內(nèi)容情況在我國更是不為樂觀，除了如唐山，邢臺等這些遭受過嚴(yán)重地震損害的地區(qū)外，其他地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)或管理，規(guī)劃都十分稀少或者是沒有，在這次大地震中，反映出許多因?yàn)槿藗兛拐鹨庾R薄弱和抗震管理不足而造成的震損，其中最為突出的因?yàn)樗烈獾膶ㄖM(jìn)行加建改建而造成建筑主體破壞，從而導(dǎo)致的建筑倒塌。建筑的使用者無論從什么角度考慮，都不應(yīng)該在沒有在建筑設(shè)計(jì)人員允許的情況下改動建筑，這一問題反映了使用者或管理者對抗震安全的不重視。

在汶川地震中因?yàn)槭┕ざ顾慕虒W(xué)樓最多，施工過程中偷工減料，施工質(zhì)量不合格是一個固疾，在以往的建筑倒塌的案例中隨處可見，細(xì)節(jié)雖然不同，但是整體過程都類似，感覺都是歷史的重演。其中反映出建造參與人員的抗震意識和職業(yè)道德薄弱。

3建筑師的責(zé)任和建筑學(xué)對于校舍抗震安全的重要性

1）建筑師的責(zé)任和職業(yè)道德

建筑師在建筑設(shè)計(jì)的過程中往往更注重方案的造型、功能等方面，很少有人從建筑的抗震方面考慮方案。本人在之前也是如此，但是，汶川地震中中小學(xué)大面積破壞，人員損失慘重，沉痛的現(xiàn)實(shí)讓我陷入困惑，到底什么是好的建筑。

“堅(jiān)固、實(shí)用、美觀”——維特魯威

由于時代的進(jìn)步，我們漸漸的忽視了“堅(jiān)固”對于建筑的重要性。日新月異的生活變化帶動了建筑設(shè)計(jì)的變化 ，作為建筑師的我們更注重建筑的外觀是不是足夠新穎和建筑的功能是否能夠滿足人們的使用需要，極少關(guān)注建筑是否堅(jiān)固。汶川地震的中中小學(xué)教學(xué)樓的大面積震損現(xiàn)實(shí)引起了國人的關(guān)注，雖然其中有各種原因，但是我們作為建筑師應(yīng)該怎樣面對這一問題。那些倒塌校舍的設(shè)計(jì)者們現(xiàn)在可能會反思，如果當(dāng)時把4層設(shè)計(jì)成2層，換一種平面布局，它可能就不會倒塌。如果在建筑的局部設(shè)計(jì)中注意下建筑的安全問題，就可能不會引起人員傷亡等等。作為一個建筑師，盡可能保證建筑的堅(jiān)固和使用者的安全是不可推卸的責(zé)任和職業(yè)道德。

2）建筑要是在初布方案階段就能夠進(jìn)行很好的抗震設(shè)計(jì)，能夠避免各種不利于抗震建筑的平面，立面的設(shè)計(jì)，能有效的提高建筑的抗震性能。

近年，建筑界提出了“抗震概念設(shè)計(jì)”的理念。“抗震概念設(shè)計(jì)”是著重以建筑的抗震性能為重點(diǎn)的設(shè)計(jì)理念，從一開始的建筑方案設(shè)計(jì)階段就考慮建筑的抗震能力，著重打造堅(jiān)固持久的建筑。這需要建筑設(shè)計(jì)各個專業(yè)在設(shè)計(jì)階段緊密配合，尤其是建筑師與結(jié)構(gòu)師之間的交流合作。這要求建筑師在建筑的方案設(shè)計(jì)階段就要對建筑的抗震能力有足夠的重視，例如：（1）建筑形體簡潔化。建筑物的形體要盡量簡潔化，建筑物形體的不規(guī)則、平面上凹凸變化、立面上高低不平等均對抗震不利。（2）結(jié)構(gòu)力求對稱。非對稱結(jié)構(gòu)在水平地震力的作用下，會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，造成嚴(yán)重破壞，所以整個建筑或其獨(dú)立單元應(yīng)該力求結(jié)構(gòu)上下對稱，質(zhì)心與重心重合或偏離較少。這些是結(jié)構(gòu)師所不能掌控的，要求建筑師在建筑方案設(shè)計(jì)階段就對建筑抗震能力充分考慮。這樣不僅可以大幅加強(qiáng)建筑的安全性，還可以減少建筑的施工造價。

4 結(jié)語

汶川大地震中，大面積的校舍被毀，在校師生死亡數(shù)據(jù)驚人。學(xué)校廢墟的旁邊孩子的父母在哭泣。聚源中學(xué)1000多名師生被埋，北川中學(xué)1000多名師生被埋，進(jìn)駐市錦竹市800多名師生被埋……。誠然，校舍的倒塌存在各方面的原因，但是作為一名有職業(yè)道德的建筑師都會從認(rèn)真的審視這個問題。為誰設(shè)計(jì)，需要什么樣的設(shè)計(jì)和如何設(shè)計(jì)，家園山崩地裂、城鄉(xiāng)建筑倒塌、人們生離死別的場面，特別是看到中小學(xué)校校舍被“震碎”，無數(shù)稚嫩的生命還沒有生長到成熟的階段即瞬間消逝，而我們該做什么，做了什么。那些倒塌學(xué)校的設(shè)計(jì)師會不會后悔自己的作品。為誰而設(shè)計(jì)，需要什么樣的設(shè)計(jì)。如此慘重的師生傷亡向我們質(zhì)問，他們到底需要什么樣的設(shè)計(jì)。維特魯威在《建筑十書》中提出建筑必須滿足三個要求：堅(jiān)固、實(shí)用、美觀。這是在我們開始學(xué)習(xí)建筑學(xué)的時候就知道的知識。但是歲月流逝，它已經(jīng)被我們遺忘了。建筑的安全性永遠(yuǎn)是排在首位的，保證設(shè)計(jì)的安全是我們建筑師的基本的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)

[1] 林煌斌,曾琦芳. 中小學(xué)教學(xué)樓的特點(diǎn)及地震災(zāi)害控制[J ] . 南方建筑,2006 (12)

[2] GBJ99286 , 中小學(xué)校建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[ S] . 北京:中國計(jì)劃出版社, 1986.

【作者簡介】 姓名郭偕行（1983年12月25日），性別:男，學(xué)歷:碩士，籍貫：內(nèi)蒙古包頭市，現(xiàn)工作或?qū)W習(xí)單位：西安建筑科技大學(xué)，研究方向：建筑設(shè)計(jì)及其理論。

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