一、綜合分析

　　統(tǒng)計資料表明，建筑物的破壞和倒塌造成的人員傷亡，占地震傷亡人數的95％。汶川地震破壞力之大為世界罕見，震中汶川、北川地區(qū)最大烈度高達11度，大大超出了原有四川省建筑抗震設防7度的標準。但同為中心災區(qū)，有些城鎮(zhèn)受損慘烈，有些相對較輕；同為建筑大樓，有的頃刻間土崩瓦解，造成重大傷亡，有的卻屹立不倒，為身在其中的人們爭取到寶貴的逃生時間。四川汶川大地震使災區(qū)房屋毀壞嚴重，在重災區(qū)之一的綿陽，綿陽九洲體育館屹立不倒，各系統(tǒng)運轉良好，成為綿陽市及周邊災民的避難場所。究其原因，一方面是設計單位在6度設防地區(qū)為保障構造安全度按7度設計，同時，最重要的是該項目實施了科學的結構安全設計。因此，牢固的建筑是最可掌控的救命之根本，重視抗震設計、加強抗震設防至關重要。

　　地震對建筑的損害主要是對結構的損害，地震以“波”的表現形式出現，先到達地表的是縱波，表現形式為上下震動，這樣的震動很容易把房屋結構震松；隨后到達的是橫波，呈現水平晃動，受縱波損害的房屋結構實際已經松散，在水平晃動的剪切作用下很容易倒塌。

　　吸取這次地震的教訓，一方面應適當提高我國部分地區(qū)的抗震設防標準，對抗震等有關規(guī)范作必要的修改，尤其是對人員密集的學校和醫(yī)院建筑，應該采用較好的結構體系，適當提高設防標準。研究表明，大規(guī)模提高大型公共建筑的抗震標準，投入不到該建筑總造價的10％資金，可以將其抗震性能提高一倍以上，而且災害一旦來臨可作為避災疏散點，可見此舉對抗震防災的作用是事半功倍的。另一方面，應加強對抗震新技術的研究和應用。目前，我國國際比較流行的抗震新技術，一種是建筑物下方隔震技術，另一種是利用阻尼器吸收部分地震能量、降低建筑結構本身的受力等。從20世紀70年代后，這些技術已逐步應用到建筑、橋梁等結構工程中，其發(fā)展十分迅速。

　　在經濟高速發(fā)展的現代社會，人類居住的城市已經成為人口高度密集、地面高樓如林、空間大跨度橋梁眾多，地下電力、通訊、燃氣、供水、污水管網密布的一個龐大系統(tǒng)。越是龐大的系統(tǒng)本身越是脆弱，某一個環(huán)節(jié)出現問題就會形成連鎖反應，造成巨大的損失和危害。因此，如何應對自然災害，國際上已經形成一個共識，就是預防為主，防抗救避相結合，即在災害來臨前做好各種預防措施，在災害來臨時，為應急救災提供支撐，將損失降低到最低限度。就建設領域而言，對城市道路、建筑物、水電等基礎設施做好抗震設防和規(guī)劃建設等預防工作乃重中之重。

　　二、見證災害

　　汶川大地震，各種媒體全方位地報導災情以及救援、重建工作進展，以下是從眾多的信息中提取的兩個有關建筑方面的典型事實：

　　公建工程，尤其是學?？逅鷩乐?，造成巨大生命損失

　　大地震造成了校舍嚴重倒塌和師生重大傷亡，令人痛惜。專家指出，學校建筑垮塌嚴重，是由于大部分學校建筑是不利于抗震的單跨結構，而且空間跨度大，墻與梁、柱之間的相互約束較弱，門窗面積較大。但到都江堰市聚源中學現場的專家也注意到一個現象，教學樓兩邊的教室全部倒塌了，而中間現澆的鋼筋混凝土樓梯板由于鋼筋的支撐以及梯板與梁、柱的結合而依然矗立，事實上無延性的混凝土梁柱以及無筋砌體成為垮塌的主因。

　　實際上，這一問題在國際上早有慘重教訓以及應對方案。日本在1923年關東大地震后，確立“學生生命維系著國家未來”的最高原則，強制性規(guī)定所有學校教學樓必須使用鋼筋混凝土結構。從此，學校便成為日本最牢固的建筑，同時也成為地震后災民的第一避難場所。

　　村鎮(zhèn)建筑毀損嚴重，亟待提高抗災安全標準和技術支撐

　　此次地震災區(qū)農房建筑損毀比較嚴重。從我國的村鎮(zhèn)建設來看，主要是磚木砌體房屋，墻體是由磚、石、土坯等材料壘起來的。比如四川羌族聚集居住地房屋結構主要為石砌墻體或土墻體，由于組成這種房屋的各部分連接較差，組成房屋的各個構件連接不牢，外墻墻體間的連接、墻體與房頂的連接都是薄弱環(huán)節(jié)。另一方面，農民建房一直以自建為主，從規(guī)劃、設計、施工到災害保險等常常處于無人監(jiān)督的狀況，農村建筑呈現出整體上的“不設防”格局。

　　為此，在災后重建過程中，要加強對農民住宅建設的監(jiān)管，統(tǒng)一規(guī)劃、設計并嚴格施工管理，所以，制定農房建設質量安全標準和提供抗災技術支持已迫在眉睫。一方面要從目前農村的經濟情況出發(fā)，在尊重當地文化習俗的前提下，通過對磚木房屋等傳統(tǒng)結構進行合理抗震改造，以提高抗震能力，減輕地震災害；另一方面，應確保村鎮(zhèn)住宅更新、改造沿著安全、健康、舒適、生態(tài)、具有地域及文脈特征的道路發(fā)展，在逐步完善村鎮(zhèn)住宅功能的前提下，提高村鎮(zhèn)住宅結構的整體性、構件連接節(jié)點的強度，確保住宅結構抗震安全和適用性。

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　　三、現有建筑結構體系抗震簡析

　　“地震本身不會傷害人類，傷人的是在震中被破壞的建筑”。從抗震角度，建筑結構設計最重要。實現的途徑一是賦予建筑足夠的強度、剛度和延性以抵御地震作用于建筑上的破壞力；另一方面是采用新技術和設備，抵消或減少地震作用于建筑上的破壞力。

　　一個建筑是否抗震更多地取決于結構設計而不是用什么材料建造。因此從理論上講，各種建筑結構無論是木結構、磚混結構、鋼筋混凝土結構或鋼結構，只要嚴格按照抗震要求進行規(guī)劃、設計、選材、施工和維護，均可起到抵御一定烈度地震的作用，但不同結構形式的建筑抗震能力仍有差別。

　　木結構建筑是以被公認的具有良好延性的木材作為主體結構材料，墻體和屋架體系一般是由結構木方、板材、保溫棉填充而成，是目前國際上尤其是北美、新西蘭以及日本等國家低層和多層住宅采用的主要結構形式。木結構建筑具有自身質量輕、強度高以及結構的柔韌性高等特性，表現出良好的抗震性能。加拿大國家林產業(yè)技術研究院通過對過去40余年世界上主要的7次地震中將近50萬棟木結構建筑的情況分析發(fā)現，總共只有34人因平臺框架建筑損壞而喪生。相比之下，1999年的土耳其地震摧毀了在建筑中廣泛使用磚石和混凝土的區(qū)域，造成了40，000人喪生。但也必須指出，1995年1月日本神戶地震的傷亡損失主要來自傳統(tǒng)的一、二層木質結構建筑，災后引起的大火加劇了災害的損失。災后的調查顯示，只有很小橫向承載力的以傳統(tǒng)日本式梁柱風格建造的舊房屋受到很大破壞。這些建筑主要采用木質梁、柱，竹質或薄木板墻和自重大的陶瓷瓦屋面，其間的連接主要依靠木質結構搭接，沒有用釘子或其他方式加強。結果還表明，采用鋼筋混凝土結構和鋼結構建筑的倒塌比例基本相當，分別是4.9%和5.3%。

　　磚混結構多為城市郊區(qū)、村鎮(zhèn)建筑所采用，主要建筑材料包括磚、砌塊、水泥、砂石等，這些砌體材料均屬脆性材料，抗折強度低。磚混結構一般以多層 （24米以下，住宅10層以下）或者跨度不大的建筑為主。這種砌體結構的特點是具有良好的受壓能力，但抵御剪切應力的能力弱，易在地震引起的剪切力的作用下發(fā)生脆性破壞。按一定原則增加圈梁和承重柱的韌性，同時采用鋼筋加固砌體墻體以及墻體與基層的連接，可以有效地提高結構的抗震能力。美國加州自1977年舊金山地震后，1981年以法令形式強制要求房主必須對老舊磚混結構房屋加固，主要采用鋼筋鎖固山墻，增強抗震能力。1994年1月洛杉磯發(fā)生6.7級地震后，美國砌體協會立即在震后數小時內組織專家對140個砌體建筑進行評估。結果表明，1981年后采用現代增強技術加固的砌體建筑結構只有很小破壞甚至未被破壞。而許多傳統(tǒng)的未經加固的砌體結構建筑垮塌或嚴重毀損。據調查，出于同樣的原因，2003年發(fā)生在土耳其和伊朗的地震雖然不足7級，但數千人由于磚結構建筑倒塌失去生命。

　　鋼筋混凝土結構是我國目前城市建筑的主導建筑形式。我國抗震設計對鋼筋混凝土結構提出的是“高延性要求”，即要求結構在較大的屈服后塑性變形狀態(tài)下仍保持其豎向荷載和抗水平力的能力，因此這是一種安全、持久的復合結構，主要應用于高層建筑（10層及10層以上的居住建筑或高度超過24米的建筑。鋼筋混凝土結構主要有框架結構、剪力墻結構及框剪混合結構?？蚣芙Y構由鋼筋混凝土澆灌成的承重梁柱組成骨架，再用空心磚或預制的加氣混凝土、陶粒等輕質板材作非承重墻體圍護和隔離分戶裝配而成，目前最為普遍采用。框架結構延性設計原則是“強剪弱彎，弱梁強柱，更強節(jié)點”；剪力墻結構是由鋼筋混凝土澆筑成墻體，即剪力墻，用以承受豎向和水平作用力；框剪結構是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合，吸取了二者的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗震性能?；炷林饕憩F為脆性材料，其抗壓強度遠大于砌體結構材料，但抗拉強度低，且混凝土性能對用水量非常敏感，必須嚴格控制，在復合結構中混凝土主要承受壓力載荷；增強鋼筋具有優(yōu)良的承受壓、拉多種載荷能力的韌性材料。鋼筋、混凝土二者互補受力，從而賦予建筑良好的剛度、強度以及延性，以抵御地震產生的破壞力。鋼筋增強的原則是在混凝土受壓破壞之前其中的鋼筋由于達到受拉極限發(fā)生破壞。

　　鋼結構是以鋼材為主要結構材料。鋼材的特點是強度高、重量輕，具有高的強度和良好的延性，同時由于鋼材料的勻質性和強韌性，可有較大變形，能很好地承受動力荷載，具有很好的抗震能力。其中，屈強比是衡量鋼的加工硬化能力的一個重要參數。屈強比越低，鋼結構抵抗強震的能力就越強。歐洲建筑鋼要求屈強比小于0.91,而日本要求建筑鋼屈強比小于0.80。由于鋼結構建筑具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環(huán)境污染少等綜合優(yōu)勢，但造價相對較高，目前應用不是非常普遍。 一般的超高層建筑（100米以上）或者跨度較大的建筑通常應用鋼結構。用鋼結構代替鋼筋混凝土結構具有多方面的優(yōu)勢，特別是在日本阪神大地震中，鋼結構的抗震性能得到了充分的體現。根據日本阪神大地震資料，鋼結構建筑在地震中的受損率遠低于混凝土結構建筑。目前，鋼結構建筑代替鋼筋混凝土結構已成為發(fā)達國家高層建筑的發(fā)展趨勢。鋼結構在美國發(fā)展最快，1965年鋼結構在美國僅占建筑市場的15％，到2000年就上升到75％。日本鋼結構已達到總建筑面積的40%以上，美國、西歐新建的工業(yè)與民用建筑也以鋼結構為主。

　　四、建筑材料的抗震思考

　　綜合以上分析不難得出，從建筑材料的角度分析抗震要求，一方面材料應具有足夠的強度，雖然強度高并不等于高抗震，但對于具有脆性材料特征的建筑材料，其抗折、抗拉強度更為重要；另一方面是材料應具有優(yōu)異的耐久性和安全可靠性，用以抵御不同使役環(huán)境下、不同介質對材料產生的各種不利影響，以提高材料使役中的安全性和延長使役壽命。

　　水泥、混凝土目前作為人類使用量最大的建筑材料，自1824年誕生至今，在人類社會經濟與文明發(fā)展的過程中起到非常重要的作用。但從抗震的角度，水泥混凝土由于屬于脆性材料，這對于作為結構材料尤其是有高抗震要求的地區(qū)建筑的結構材料是不利的。這一問題既可以在混凝土工程中通過結構設計或采用鋼筋增強等途徑得到解決，也可以通過對水泥混凝土自身的改性進行應對。

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　　從提高水泥混凝土抗震性能而言，對水泥混凝土自身的改性途徑很多，一般可以包括（但不限于）以下幾個方面或它們的組合：

　　首要的是要嚴格控制混凝土拌合用水量?；炷恋墓ぷ餍浴姸?、耐久性各項性能均對用水量非常敏感，水膠比從0.5降低到0.3以下可使混凝土的強度至少提高一倍，其主要途徑摻加高效減水劑，不僅大大改善混凝土的工作性，而且能夠通過降低混凝土用水量而大幅度提高混凝土強度，進而提高混凝土結構的致密性、耐久性和可靠性；但必須指出，強度不是萬能的方案，混凝土強度越高，極限壓應變越小，混凝土破壞時脆性特征越明顯，這對于抗震來說是不利的，必須復合采用增韌技術。

　　采用聚合物改性，可以顯著提高混凝土的抗?jié)B性、抗侵蝕能力，改善漿體與集料界面的結合，而且摻加達到一定量時，脆性的混凝土開始呈現聚合物良好的延性特征，在國際上已經開發(fā)成功的超高強水泥彈簧，即是該應用的一個極端例證；

　　摻加聚合物纖維可有效地提高混凝土的早期抗裂能力，混凝土的延性也可得到提高。研究結果表明：摻加體積份數2%的PVA 纖維，可提高混凝土的3-7%的拉應變，而不引起試件的強度損失或折斷，目前該技術已在日本的新建大型建筑中應用；

　　摻加鋼纖維可以顯著提高混凝土的機械性能。由于鋼纖維阻止混凝土的開裂和裂縫擴展，從而使其抗拉、抗彎、抗剪強度等較普通混凝土顯著提高，其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也有較大改善，因此鋼纖維混凝土是一種性能良好的新型復合材料。鋼纖維對基體混凝土的增強作用隨著纖維的體積含量、長徑比的增大而增大，但在工程實際中，纖維含量有一定限值，超過這一限值，用一般方法攪拌、成型就有困難。對于一般常用的鋼纖維混凝土，其體積含量建議取1.0%-2.0%，長徑比建議取值。應用于一些結構部位，如柱梁節(jié)點、柱子、扁梁柱節(jié)點、樁基承臺、屋面板、轉換梁、筏形基礎等。采用鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點的框架與普通鋼筋混凝土框架相比，結構的延性提高57%，耗能能力提高130%，荷載循環(huán)次數提高了15%，在框架梁柱節(jié)點采用鋼纖維混凝土可代替部分箍筋，既改善了節(jié)點區(qū)的抗震性能，又解決了鋼筋過密、施工困難等問題。

　　在保證混凝土足夠的堿度防止鋼筋銹蝕破壞以及碳化破壞的同時，適宜摻加摻合料可降低混凝土結構中主要存在于孔隙和漿體與集料界面的氫氧化鈣的含量，改善界面結構，提高混凝土的抗?jié)B性；

　　集料質量也是影響混凝土質量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。例如，用堿活性集料或含有害組分的集料制備的混凝土不僅可導致混凝土耐久性的降低和壽命的縮短，而且可能在突發(fā)災害中加速破壞而導致巨大損失。2003年土耳其地震后對倒塌建筑調查的結果表明，由于不當使用含氯離子高的海砂作為集料制備混凝土是導致增強鋼筋加速銹蝕而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

　　當然，從通用水泥自身也可提出許多有益于提高混凝土耐久性的要求，如降低熟料礦物組成的C3A含量、適宜控制水泥比表面積和水化熱、降低水泥中氯離子含量、堿含量等；

　　此外，還可以從根本上調整水泥品種，例如選用低水化放熱、高后期強度、尤其是抗折強度高、抗侵蝕性好的低熱硅酸鹽水泥，即高貝利特水泥，對于重點工程建設是一種更好的技術途徑。高貝利特水泥低熱高強的特性表明，它是配制高強高性能混凝土的理想的膠凝材料，所配制的高貝利特大體積混凝土抗裂性優(yōu)越、且具有良好的體積穩(wěn)定性和優(yōu)越耐久性，已在國家重點工程應用中得到證明。

　　五、結束語

　　“往者不可諫，來者猶可追”。告慰逝者最好的方式是立即行動起來，以尊重生命為最高原則，以科學技術為支持手段，嚴肅認真做好震后調研分析，制定合理、有效、安全的應對體系，積極投入重建和未來發(fā)展中。