第一篇：汶川地震中小學(xué)教學(xué)樓倒塌原因分析與日本學(xué)?？拐鹪O(shè)計(jì)的啟發(fā)

汶川地震中小學(xué)教學(xué)樓倒塌原因分析與日本學(xué)?？拐鹪O(shè)計(jì)啟發(fā)

吳羽 環(huán)81 2008010340

摘要

北京時(shí)間5月12日14時(shí)28分，在四川汶川縣發(fā)生7.8級(jí)地震，造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，眾多中小學(xué)教學(xué)樓倒塌，難以修復(fù)。通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度綜合分析了教學(xué)樓大量損壞、倒塌的原因；并與日本的建筑抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，從中獲得啟示，為我國(guó)的中小學(xué)教學(xué)樓抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：地震；中小學(xué)教學(xué)樓；砌體結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；混凝土框架結(jié)構(gòu) 引言

5.12汶川大地震突襲而來(lái)，造成了大量人員的傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失。其中，許多中小學(xué)教學(xué)樓(以下簡(jiǎn)稱教學(xué)樓)倒塌，眾多學(xué)生遇難，未倒塌的教學(xué)樓也都受到了不本同程度的破壞，震中60%以上的教學(xué)樓成了危房，需要拆除重建。倒塌的教學(xué)樓或未倒塌的危樓幾乎都是砌體結(jié)構(gòu)。教學(xué)樓倒塌原因

2.1 教學(xué)樓結(jié)構(gòu)特性

汶川地震中倒塌的教學(xué)樓或未倒塌的危樓幾乎是砌體結(jié)構(gòu)。用磚砌體、石砌體或砌塊砌體建造的結(jié)構(gòu)，又稱磚石結(jié)構(gòu)。由于砌體的抗壓強(qiáng)度較高而抗拉強(qiáng)度很低，因此，砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要承受軸心或小偏心壓力，而很少受拉或受彎，一般民用和工業(yè)建筑的墻、柱和基礎(chǔ)都可采用砌體結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用很廣泛，這是因?yàn)樗梢跃偷厝〔?，具有很好的耐久性及較好的化學(xué)穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性，有較好的保溫隔熱性能。

砌體結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：①容易就地取材。磚主要用粘土燒制；石材的原料是天然石；砌塊可以用工業(yè)廢料──礦渣制作，來(lái)源方便，價(jià)格低廉。②磚、石或砌塊砌體具有良好的耐火性和較好的耐久性。③砌體砌筑時(shí)不需要模板和特殊的施工設(shè)備。在寒冷地區(qū)，冬季可用凍結(jié)法砌筑，不需特殊的保溫措施。④磚墻和砌塊墻體能夠隔熱和保溫，所以既是較好的承重結(jié)構(gòu)，也是較好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：①與鋼和混凝土相比，砌體的強(qiáng)度較低，因而構(gòu)件的截面尺寸較大，材料用量多，自重大。②砌體的砌筑基本上是手工方式，施工勞動(dòng)量大。③砌體的抗拉和抗剪強(qiáng)度都很低，因而抗震性能較差，在使用上受到一定限制；磚、石的抗壓強(qiáng)度也不能充分發(fā)揮。④粘土磚需用粘土制造，在某些地區(qū)過(guò)多占用農(nóng)田，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

汶川特大地震倒塌或損壞嚴(yán)重的教學(xué)樓一般都是砌體結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)是一種脆性結(jié)構(gòu)，其抗拉抗剪能力低，而教學(xué)樓多為兩道縱墻，一道橫墻，另加一外挑走廊。橫墻間距為教室的長(zhǎng)，縱墻間距為教室的寬，縱墻因采光需要，開(kāi)洞較多，而且不均勻，在強(qiáng)烈地震作用下，這種砌體結(jié)構(gòu)更易發(fā)生脆性剪切破壞，導(dǎo)致房屋的整體破壞和倒塌。

圖1 教學(xué)樓平面

2.2 抗震構(gòu)造措施 2.2.1 磚混結(jié)構(gòu)

磚混結(jié)構(gòu)中，以大開(kāi)間、大開(kāi)窗、外走廊等建筑形式的震害最為嚴(yán)重。震區(qū)倒塌的房屋大多是80年代或者更早的建筑，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低，抗震構(gòu)造措施嚴(yán)重不足，絕大多數(shù)是磚砌體加預(yù)制混凝土樓板結(jié)構(gòu)，圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置數(shù)量嚴(yán)重匱乏。在強(qiáng)烈地震中，房屋的砌體結(jié)構(gòu)使得墻體的脆性受剪切變形，預(yù)制樓板因與墻體圈梁缺少連接而坍塌，造成教學(xué)樓整體倒塌。2.2.2 框架-砌體混合結(jié)構(gòu)

框架-砌體混合結(jié)構(gòu)形式，在重災(zāi)區(qū)普遍受到重創(chuàng)。

無(wú)論是底部框架上部磚混的豎向混合結(jié)構(gòu)還是部分框架部分磚混的水平混合結(jié)構(gòu)，由于剛度突變、傳力途徑復(fù)雜和變形能力不協(xié)調(diào)等因素，大量此類建筑破壞嚴(yán)重。震害調(diào)查顯示，此次災(zāi)區(qū)一些框架結(jié)構(gòu)的破壞體現(xiàn)為框架柱先于框架梁破壞。規(guī)范中考慮框架的抗震作用主要是抵抗水平振動(dòng)、水平荷載的作用，但此次地震的豎向作用十分強(qiáng)大，震中區(qū)域的框架柱出現(xiàn)了(水平、豎向疊加作用的)粉碎性壓縮破壞，導(dǎo)致房屋嚴(yán)重破壞甚至垮塌。日本學(xué)校建筑抗震設(shè)計(jì)

日本是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，每年發(fā)生有感地震約1000多次，全球10%的地震均發(fā)生在日本及其周邊地區(qū)。近年來(lái)，日本不斷加大城市防震減災(zāi)的新技術(shù)開(kāi)發(fā)，探索城市綜合減災(zāi)的新思路。不僅如此，日本在建筑抗震、防火等安全性方面的規(guī)定復(fù)雜而嚴(yán)格。

日本防震有一個(gè)基本原則，就是“學(xué)校是第一避難所”，所有的房子都可以倒，學(xué)校的房子不能倒。

日本會(huì)把學(xué)校作為第一避難場(chǎng)所要從1923年的那一場(chǎng)關(guān)東大地震說(shuō)起。當(dāng)時(shí)的日本學(xué)校建筑，大多是木結(jié)構(gòu)或磚瓦結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)在中國(guó)部分農(nóng)村學(xué)校的情況相似。但是，關(guān)東大地震導(dǎo)致不少學(xué)校教學(xué)樓倒塌，學(xué)生集體遇難。當(dāng)時(shí)的日本政府從中吸取了教訓(xùn)，以“學(xué)生的生命維系著國(guó)家未來(lái)”為最高原則，規(guī)定學(xué)校教學(xué)樓必須使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而在1923年，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最新的建筑模式。從那時(shí)開(kāi)始，學(xué)校便成為每一個(gè)地方最牢固的建筑，自然也成為了地震后災(zāi)民的第一避難場(chǎng)所。3.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是用鋼筋和混凝土建造的一種結(jié)構(gòu)，鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。具有堅(jiān)固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，因而素混凝土結(jié)構(gòu)不能用于受有拉應(yīng)力的梁和板。如果在混凝土梁、板的受拉區(qū)內(nèi)配置鋼筋，則混凝土開(kāi)裂后的拉力即可由鋼筋承擔(dān)，這樣就可充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度較高和鋼筋抗拉強(qiáng)度較高的優(yōu)勢(shì)，共同抵抗外力的作用，提高混凝土梁、板的承載能力

圖2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋與混凝土兩種不同性質(zhì)的材料能有效地共同工作，是由于混凝土硬化后混凝土與鋼筋之間產(chǎn)生了粘結(jié)力。它由分子力（膠合力）、摩阻力和機(jī)械咬合力三部分組成。其中起決定性作用的是機(jī)械咬合力，約占總粘結(jié)力的一半以上。3.2 抗震加固特點(diǎn)

日本抗震加固的特點(diǎn)是從整體著眼，找出最薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加固，與我國(guó)通常的整體加固不同，更能體現(xiàn)其效率與可操作性。另一方面，我國(guó)的結(jié)構(gòu)計(jì)算通常只考慮彈性階段，而日本在防震抗災(zāi)的設(shè)計(jì)中還做了塑性階段的計(jì)算，因此抗震加固的程度相比我國(guó)更高一些。

3.3 重視法律法規(guī)，嚴(yán)格審查建筑抗震性能 在日本，不論學(xué)校、一般建筑物或其他用途建筑物在建造時(shí)都必須統(tǒng)一遵守建筑物抗震標(biāo)準(zhǔn)。日本的建筑物抗震標(biāo)準(zhǔn)是為應(yīng)對(duì)地震帶來(lái)的損害，不斷從歷次地震中汲取教訓(xùn)并及時(shí)進(jìn)行多次修改后形成的。

事實(shí)證明抗震標(biāo)準(zhǔn)的不斷修訂對(duì)提高建筑物抗震性能起到了關(guān)鍵的作用。日本的建筑物以1981年建筑標(biāo)準(zhǔn)法實(shí)施令的修訂為界，這是因?yàn)?995年坂神大地震時(shí)，按照1981年以前舊法規(guī)所建造的房屋受損嚴(yán)重，而遵照之后的法規(guī)建造的房屋所受損害相對(duì)較小。

建筑標(biāo)準(zhǔn)法的抗震標(biāo)準(zhǔn)是以如下兩點(diǎn)為基礎(chǔ)制定的：第一，建筑物遭遇多次地震，即使受到一定損害，但在修復(fù)之后依然能夠滿足繼續(xù)使用的要求：第二，不管建筑物是否會(huì)遭遇地震，即使建筑物被破壞無(wú)法繼續(xù)使用，也不至于在地震時(shí)頃刻間倒塌。

在日本，新建建筑物之前，要前往政府相關(guān)部門(mén)進(jìn)行申請(qǐng)，審查建筑物的設(shè)計(jì)是否符合抗震標(biāo)準(zhǔn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的建筑物是不允許建造的，這樣就確保了新建筑物的抗震性能（圖3）。

圖3

表1 3.4對(duì)于中小學(xué)校現(xiàn)狀調(diào)查非常重視，定期進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)和評(píng)估

日本對(duì)于地震的預(yù)防工作很重視。由于1981年前后房屋建造遵循不同的抗震標(biāo)準(zhǔn)，因此1981年前建造的房屋日本政府規(guī)定必須要進(jìn)行抗震檢測(cè)，如上圖。對(duì)我國(guó)中小學(xué)教學(xué)樓構(gòu)建的啟示

4.1確立防震減災(zāi)工作以預(yù)防為主

由于地震地質(zhì)的復(fù)雜性、人類認(rèn)識(shí)的局限性等因素，要進(jìn)一步加強(qiáng)地震危險(xiǎn)性和地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)科學(xué)研究，以及房屋結(jié)構(gòu)震害機(jī)理的分析研究。要堅(jiān)持把震災(zāi)預(yù)防放在應(yīng)急救援、過(guò)渡性安置、恢復(fù)重建等各項(xiàng)工作的首位，確立“防范勝于救災(zāi)”的指導(dǎo)思想，從提高城鎮(zhèn)綜合抗震防災(zāi)能力這一根本點(diǎn)入手。4.2嚴(yán)格規(guī)劃選址，避免場(chǎng)地對(duì)房屋的不利影響

工程項(xiàng)目選址要考慮從地形地貌上盡可能避開(kāi)非巖質(zhì)的陡坡、高聳的山丘、河岸和邊坡的邊緣等不利地段；從場(chǎng)地條件上要盡量避開(kāi)飽和砂層、軟弱土層、液化土、軟弱不均土層等；如無(wú)法避開(kāi)，則應(yīng)采取工程措施處理。要考慮進(jìn)行必要的工程地質(zhì)、水文條件及自然災(zāi)害影響評(píng)估，要避開(kāi)地震斷裂帶、滑坡、泥石流、山洪、河洪等自然災(zāi)害危險(xiǎn)地段，預(yù)防和減輕地震可能引發(fā)的次生災(zāi)害。4.3嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行抗震技術(shù)規(guī)范，堅(jiān)持抗震審查制度

汶川地震后，國(guó)家修訂頒布了《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第1號(hào)修改單、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)(2008局部修訂版)和《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB50223-2008)，提高了汶川地震災(zāi)區(qū)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃和部分工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。要真正把抗震設(shè)防貫穿于工程選址、規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、審查、施工、監(jiān)理、驗(yàn)收、使用、管理的全過(guò)程。4.4加強(qiáng)房屋抗震設(shè)計(jì)，注重房屋結(jié)構(gòu)選型

良好的抗震設(shè)計(jì)是房屋抗震的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，要協(xié)調(diào)好建筑創(chuàng)作與結(jié)構(gòu)抗震的關(guān)系,房屋設(shè)計(jì)體型力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、質(zhì)量和剛度變化均勻；薄弱部位加強(qiáng)；構(gòu)件要考慮具有必要的強(qiáng)度和變形能力(或延性)，并具有可靠的連接，支撐系統(tǒng)穩(wěn)定；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(圍護(hù)墻、隔墻、填充墻)要合理設(shè)置。

要注重房屋結(jié)構(gòu)選型。要優(yōu)先采用抗震性能好的結(jié)構(gòu)形式。要堅(jiān)持選用已被地震實(shí)踐證明且廣泛適用的框架、框剪、剪力墻結(jié)構(gòu)形式，適當(dāng)鼓勵(lì)選用鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等抗震性能好的建筑結(jié)構(gòu)形式。要限制使用石木結(jié)構(gòu)、土石結(jié)構(gòu)等。

4.5未達(dá)到現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的既有建筑要制定抗震加固計(jì)劃

抗震加固是提高現(xiàn)有建筑抗震防災(zāi)能力的有效措施。對(duì)達(dá)不到抗震設(shè)防要求的既有建筑，結(jié)合城市規(guī)劃，制定分類、分期抗震加固計(jì)劃，區(qū)分輕重緩急逐步加以實(shí)施。

與此同時(shí)，應(yīng)積極推動(dòng)抗震防災(zāi)新技術(shù)、新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，提高重建工程科技含量，增強(qiáng)工程抗震防災(zāi)能力。重點(diǎn)推廣運(yùn)用輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等技術(shù)。

結(jié)語(yǔ)

汶川大地震至今提起，依然是全中國(guó)人民心頭的痛。地震的破壞力之大，瞬間給人們難以想象的災(zāi)難。人們對(duì)地震造成重大災(zāi)害的機(jī)理還缺乏足夠的研究和科學(xué)的知識(shí)，有必要從地震特點(diǎn)、場(chǎng)地條件、建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和建筑材料等方面開(kāi)展進(jìn)一步的深入研究，完善和發(fā)展防災(zāi)減災(zāi)理論；同時(shí)政府也需要加大工程項(xiàng)目審查與學(xué)校建筑定期評(píng)估的制度。

日本不僅建立了完善的抗震法規(guī)為學(xué)校建筑安全提供保障，而且定期對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)不同部位的建筑構(gòu)件采取不同的加固措施，用最少的投入得到最安全的建筑，同時(shí)學(xué)校發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，肩負(fù)起社區(qū)避難場(chǎng)所責(zé)任，在災(zāi)后恢復(fù)重建中起到了重要作用。從日本學(xué)校建筑的抗震設(shè)計(jì)我們可以借鑒許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)不同地方的實(shí)際情況，我們可以對(duì)防震減災(zāi)理論有進(jìn)一步的完善。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：從汶川地震震害分析看概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的重要性

5.12汶川大地震，最明顯的災(zāi)情就是建筑倒塌、道路破壞、人員傷亡。汶川等震中烈度要超過(guò)10度。本次地震是繼唐山大地震以來(lái)，我國(guó)發(fā)生的最為嚴(yán)重的一次。從這次地震的震害資料中不難看出，很多房屋的破壞程度跟結(jié)構(gòu)體系及抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)的合理性是密切相關(guān)的，作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，認(rèn)真總結(jié)震害經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、分析研究建筑結(jié)構(gòu)破壞的原因、提出改進(jìn)設(shè)計(jì)與施工的方法是義不容辭的職責(zé)。

概念設(shè)計(jì)就是以工程概念為依據(jù)從有利于提高結(jié)構(gòu)抗震力的概念上 ,用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法 ,對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象作宏觀的控制。1990年以來(lái) ,結(jié)構(gòu)工程師將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際工程中取得了很好的效果。同時(shí)隨著建筑業(yè)的發(fā)展 ,建筑的體型、功能的日新月異的變化與要求 2002年 1月實(shí)施的ＧＢ50 011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱新抗震規(guī)范)對(duì)概念設(shè)計(jì)的要求作了更全面、更符合實(shí)際的規(guī)定 ,尤其是增加了“不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)” ,使得概念設(shè)計(jì)在工程中的應(yīng)用更具體更明確地落到實(shí)處 ,切實(shí)提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力?！案拍钤O(shè)計(jì)”愈來(lái)愈受到國(guó)內(nèi)外工程界的普遍重視。

建筑抗震概念設(shè)計(jì)是廣大科技人員通過(guò)對(duì)大量建筑地震震害實(shí)例進(jìn)行分析，歸納總結(jié)出來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。建筑抗震概念設(shè)計(jì)在地震區(qū)的建筑抗震設(shè)計(jì)中是非常重要的貫穿于抗震設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，大多數(shù)結(jié)構(gòu)是用抗震概念設(shè)計(jì)與抗震構(gòu)造措施共回來(lái)保證抗震設(shè)防第三水準(zhǔn)目標(biāo)（即大震不倒）的?？梢哉f(shuō)，未經(jīng)抗震概念設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不能稱其為抗震結(jié)構(gòu)。

建筑抗震概念設(shè)計(jì)主要有以下幾方面的內(nèi)客:1.房屋平立面規(guī)則性要求。2.抗震結(jié)構(gòu)體系要求。3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件要求。4.結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接要求。5.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件要求等

地震是一種自然現(xiàn)象 ,為保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠性而對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)做的概念設(shè)計(jì)主要考慮以下因素：場(chǎng)地條件和場(chǎng)地土的穩(wěn)定性，建筑物的平、立面圖布置及其外形尺寸、抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、抗側(cè)力構(gòu)件的布置以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的分布、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系等，同時(shí)為了避免它給人類帶來(lái)大的災(zāi)難 ,要求建筑師、結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)新抗震規(guī)范運(yùn)用好抗震概念設(shè)計(jì)。做到:結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致；充分發(fā)展先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念；發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)；更好地解決構(gòu)造處理；利用定量的計(jì)算進(jìn)行抗震分析；用概念來(lái)判斷計(jì)算的合理性。