南方周末:奪命的是建筑物而不是地震
“奪命的是建筑物,而不是地震”——汶川大地震再次驗證了這句老話。但是,當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)震區(qū)的很多樓房竟然破碎到如此程度時,仍然感到震驚不已。大地震帶來的生命、財產(chǎn)損失是如此嚴(yán)重,使得平時被很多人忽視的抗震設(shè)防問題再次尖銳地擺在國人面前。
預(yù)制板=棺材板?
在這次地震當(dāng)中,倒塌的房屋廢墟中大量的預(yù)制樓板隨處可見,而這些使用預(yù)制樓板的混合結(jié)構(gòu)房屋在地震中是最為脆弱的,許多人正是被它們奪去了生命。
從某種程度上來說,使用預(yù)制板蓋房子就像搭積木一樣,先砌好四面墻,然后把預(yù)制板兩端伸出的鋼筋搭在墻上,接著在樓板上再砌墻,然后再搭一層預(yù)制板……雖然在搭完預(yù)制板之后也會用混凝土澆注,但這并不能把預(yù)制板搭在墻體上的鋼筋與墻體牢牢粘住。由于抗震性能差,預(yù)制板在唐山一度被稱為“棺材板”。
認(rèn)識到預(yù)制板的危害之后,人們開始轉(zhuǎn)而使用“現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板”(簡稱“現(xiàn)澆板”)。現(xiàn)澆板在施工現(xiàn)場完成支模、扎鋼筋、澆灌混凝土等程序,盡管其工序多,施工周期長,但現(xiàn)澆板可以增強(qiáng)房屋的整體性,由此提升抗震能力。
現(xiàn)澆板與預(yù)制板除了工序不完全相同,其使用的鋼筋也有不同。為了減少受力,防止其變形、開裂,預(yù)制板內(nèi)的鋼筋一般使用高強(qiáng)度鋼絲——在工廠里先將鋼筋拉緊,再澆混凝土,待混凝土凝固以后把鋼筋兩端松開,這樣鋼筋之前向外拉的力此時就要往回收縮,從而給混凝土施加一個壓應(yīng)力。這個壓應(yīng)力可以和板的自重以及上面擺放物品所施加的拉應(yīng)力相互抵消一部分,使板的真正受力減小,變形減少。而且當(dāng)預(yù)制板受力將要產(chǎn)生裂縫時,里面的鋼筋會拉住它不讓它裂開。由于預(yù)先進(jìn)行過冷拉,因此預(yù)制板中的鋼筋通常是較細(xì)的光面鋼筋,而現(xiàn)澆板由于是在工地上現(xiàn)場制作,一般沒有條件先拉緊鋼筋,因此更多使用螺紋面鋼筋。
雖然早在30年前就已經(jīng)認(rèn)識到預(yù)制板的危害,但由于各方面原因,我國并沒有明令要求全面停止預(yù)制板的使用,甚至北京、上海等大城市也是直到2000年以后才在市區(qū)內(nèi)停止使用預(yù)制板。在其他地方,預(yù)制板的需求仍然非常旺盛。
構(gòu)造柱和圈梁的作用
“所謂抗震,最主要的就是加強(qiáng)房屋的整體性。”清華大學(xué)土木工程系錢稼茹教授告訴記者。而對于砌體結(jié)構(gòu),要增加建筑物的整體性,一個是使用現(xiàn)澆板,另一個就是使用“構(gòu)造柱”和“圈梁”。
“‘構(gòu)造柱’和‘圈梁’是唐山大地震以后,我國在建筑物抗震方面的一大發(fā)明。”同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院蔣通教授對記者介紹說,“‘構(gòu)造柱’就是在磚房的四角和拐彎等處配上鋼筋,澆上混凝土,做成鋼筋混凝土的柱子,用來約束墻體。而‘圈梁’(沿水平方向的封閉的鋼筋混凝土梁)則是把房子像箍木桶一樣箍起來。簡單地說,在建房子時使用圈梁和構(gòu)造柱就像是用繩子給一個箱子打包,把橫向和縱向都綁住,這樣,房屋的整體性會大大提高,在地震中不會輕易倒塌?!?
對于混合結(jié)構(gòu)來說,無論使用預(yù)制板還是現(xiàn)澆板,圈梁和構(gòu)造柱都是其最主要的抗震結(jié)構(gòu),而在現(xiàn)澆板中,鋼筋混凝土的圈梁與板融為一體,整體性則更加牢固。蔣通遺憾地說:“如果汶川地區(qū)的磚房能夠全部加上構(gòu)造柱和圈梁,絕不會破壞得這么厲害?!?
聚源中學(xué)是問題建筑
在這次地震中,最令人揪心的莫過于學(xué)校校舍的大量倒塌和孩子們的集體死亡。為什么教學(xué)樓會這樣輕易倒塌?
有專家指出,學(xué)校在抗震方面存在幾個先天缺陷:一是房間大——學(xué)校教室、活動室等場所空間都比較大,相對而言墻的面積就比較?。欢谴皯舸蟆虒W(xué)需要良好的光線,大面積的窗戶相應(yīng)使得墻的面積大大縮減;三是走廊設(shè)計問題——一般學(xué)校都采用單面、外廊的走廊設(shè)計,多由柱子支撐,如果教室兩邊都是走廊,在縱向上一間教室就只有前后的兩面墻抗震,兩邊柱子的作用則很弱。
然而盡管如此,“以現(xiàn)在的地震工程的知識來看,教學(xué)樓本身并不應(yīng)該成為抗震的‘特困群體’,只要在設(shè)計時充分考慮校舍在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的先天問題,確實執(zhí)行設(shè)計規(guī)范的規(guī)定,并徹底執(zhí)行施工細(xì)節(jié),校舍的抗震能力絕不會構(gòu)成問題,并沒有科學(xué)技術(shù)上的難題?!迸_灣國家地震工程研究中心簡文郁博士表示,“這就是為什么當(dāng)?shù)匾恍┙陙砼d建且設(shè)計、施工都為優(yōu)良的校舍在此次地震之后并未發(fā)生嚴(yán)重破壞的根本原因?!?
建設(shè)部抗震救災(zāi)專家組成員、同濟(jì)大學(xué)教授陳保勝在勘察了聚源中學(xué)廢墟后告訴記者:“聚源中學(xué)在選址、建筑的構(gòu)造、建筑結(jié)構(gòu)體系、施工和材料方面肯定是有問題的?!标惐僬J(rèn)為,首先是選址問題。聚源中學(xué)教學(xué)樓是南北向,和斷裂帶大致平行,地震波易把它夷為平地。同樣結(jié)構(gòu)形式,實驗樓是東西向,與地震帶垂直,雖已破壞,但沒有倒塌。他還認(rèn)為,聚源中學(xué)的預(yù)制板質(zhì)量也存在問題。陳保勝還測量了倒塌教學(xué)樓的立柱內(nèi)鋼筋,直徑1.2厘米。
他認(rèn)為鋼筋偏細(xì),不合正常要求。
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據(jù)陳保勝介紹,聚源中學(xué)的教學(xué)樓在建筑構(gòu)造上,是配合結(jié)構(gòu),抗震性能差。且鋼筋沒有拉結(jié)筋,柱跟墻的連接沒有拉結(jié)筋。一遇到地震,墻與柱的拉結(jié),梁、板的擱置長度,板與板之間的拉結(jié)等處會遭到嚴(yán)重破壞?!八?,在強(qiáng)震中,這樣的房屋倒塌是正常的,不倒塌才怪?!标惐俑袊@。
抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)定多高才行?
除了設(shè)計和結(jié)構(gòu)問題,許多人將房屋大面積倒塌的原因也歸結(jié)于震區(qū)建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)偏低。
建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)涉及“設(shè)防烈度”,它是根據(jù)建筑物所在地區(qū)的基本烈度及其自身的重要性來確定的。根據(jù)2001年頒布的第四版《中國地震參數(shù)區(qū)劃圖》的劃分,,此次地震震害嚴(yán)重的汶川、北川、綿陽、都江堰等地大多處于7度設(shè)防區(qū)。
在確定了設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上,我國制定了抗震設(shè)防的“三水準(zhǔn)”目標(biāo),通俗來說就是“小震不壞,中震可修,大震不倒”。其中“中震”即是指本地區(qū)設(shè)防烈度的地震;而“小震”指低于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震,其烈度比基本烈度約低1.5度;“大震”則是高于本地區(qū)設(shè)防烈度地震,其烈度比基本烈度約高1度。以汶川地區(qū)為例,當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度為7度,那么在“三水準(zhǔn)”的設(shè)防目標(biāo)之下,當(dāng)遭遇烈度為7度的地震時,建筑物應(yīng)當(dāng)能夠繼續(xù)使用(無需維修或經(jīng)過一般維修),而遭遇烈度為8度的地震時也應(yīng)基本保持屹立不倒。
然而這一次地震的極震區(qū)烈度高達(dá)11度。那么,按照7度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的房屋,即使完全符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》,在如今烈度高達(dá)9度~11度的情況下,大量倒塌也并非是不可預(yù)料的。
但是,“真正符合抗震設(shè)計規(guī)范的房屋,在地震時可以發(fā)生嚴(yán)重變形,但不會立刻倒塌,即使倒塌也不會發(fā)生毀滅性坍塌,這樣還可以給尚未逃跑的人留下一些生存空間?!笔Y通對記者說。因此,烈度高可以是建筑物發(fā)生大面積倒塌的原因,但絕不是建筑物粉碎崩潰,把數(shù)百人徹底活埋的理由。
那么地震之后是否應(yīng)該提高汶川等地的設(shè)防烈度?提高多少才合適?設(shè)防烈度能夠無限提高嗎?
我國對地震烈度分為12度,而抗震設(shè)計規(guī)范最高設(shè)防只到9度,因為一方面超過9度的地區(qū)實際已經(jīng)成為地震危險區(qū),不適宜人類居住;另一方面,9度以上的抗震設(shè)防在設(shè)計上已非常困難。
此外,要提高建筑物的抗震等級,比如將汶川地區(qū)由7度設(shè)防提高到8度設(shè)防,根據(jù)不同的建筑物,其成本投入預(yù)計將整體增加10%~30%。
因此,正如一些專家所說,一味增加土木、水利等工程的抗震系數(shù)并不是一個非常具有操作性的做法,更重要的是要通過一些簡單、經(jīng)濟(jì)的手段,來有效提高工程設(shè)施的防震抗災(zāi)能力。當(dāng)然這里有一個重要前提,就是要嚴(yán)格設(shè)計,規(guī)范施工,杜絕豆腐渣工程。
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