汶川地震建筑震害分析及设计对策
清华大学
西南交通大学
重庆大学
中国建筑西南设计研究院有限公司
北京市建筑设计研究院
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汶川地震建筑震害分析及设计对策 清华大学 |
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内容简介 本书由清华大学、西南交通大学、重庆大学、中国建筑西南设计研究院有限公司和北京市建筑设计研究院联合编写。按结构形式分类，包括砌体-木屋架建筑、砖混建筑、钢筋混凝土-砌体混合建筑、钢筋混凝土框架建筑、框架-剪力墙建筑、单层工业长发、大跨钢结构、特种结构、其他震害和文物建筑等，从震害特征、典型案例、震害分析等方面对汶川地震中各种建筑的表现进行详细展现和剖析，在此基础上提出相应的设计对策。 |
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2008年5月12日四川省汶川县发生8.0级特大地震，波及四川、甘肃、陕西等10个省市，近50万平方公里面积受灾，遇难和失踪人数分别近7万和1.8万，对全社会造成巨大冲击。温家宝总理提出，我们要"收集这次地震中倒塌的重要公共建筑，包括学校、医院、机关等的建筑资料，从这次地震灾害中总结经验，为日后重建提供科学依据"。 汶川地震造成数百万间房屋倒塌，其中主要是砌体-木屋架建筑和砖混建筑，还有钢筋混凝土框架建筑。房屋倒塌是造成人员伤亡的最主要原因。提高房屋建筑的抗地震倒塌能力、避免特大地震下房屋建筑整体倒塌或快速倒塌，已成为建筑结构抗震设计急需解决的课题，其中尤为重要的是加强建筑结构的整体牢固性，即地震作用下结构发生局部破坏或损伤时，应具有不会引发?quot;多米诺骨牌"似的大范围连续倒塌的能力。 本书《汶川地震建筑震害分析及设计对策》，由清华大学、西南交通大学、重庆大学、中国建筑西南建筑设计院有限公司和北京市建筑设计研究院的有关人员联合编写完成，编写人员曾在汶川地震后的第一时间到达灾区参与抗震救灾并进行震害调查，此后又多次深入灾区，考察和收集各类建筑的震害，开展深入的震害分析和计算模拟。在这些工作的基础上，编写成本书。书中重点总结了砖混建筑、钢筋混凝土框架建筑和工业厂房的震害特征；针对地震灾区不同类型的房屋建筑，选取典型案例进行分析；提出了不同类型建筑抗地震倒塌的设计建议。这些叙述和建议定将有助于人们更全面地从汶川地震的震害中吸取经验教训，对于今后制订地震作用下房屋建筑的抗倒塌设计标准以及工程设计人员从事建筑的安全性设计均具有重要参考价值。 我国是一个多地震国家，上世纪以来共发生6级以上地震800余次。20世纪，全球大陆35％的7.0级以上的地震发生在我国；全球发生3次8.5级以上的特大地震，其中两次在我国。20世纪全球死于地震的人数120万，我国占59万人，接近一半。20世纪全球发生两次超过20万人死亡的特大地震也都在我国，即1920年的宁夏海原地震和1976年的河北唐山地震，死亡人数分别超过23万和24万。自1949年建国至汶川地震前，我国地震死亡为各种自然灾害死亡人数总和的54%，超过半数。 由于地震发生的具体时间、具体地域和震级大小均很难预测，按当前的科学水平，也很难在可预见的将来做出可靠的地震预报。为了尽量减轻地震造成的损失，目前能够采取的最现实和有效的途径，只能是通过设计和施工使建筑物与各种重要基础设施具有足够大的抗震能力。对于房屋建筑，可通过采用规则的建筑体形、规则的结构布置和适当的抗震构造措施，在仅增加少量造价的前提下，提高建筑物的抗震能力，防止强震作用下房屋建筑倒塌，或不至于粉碎性倒塌以提供一定的生存空间，或不至于很快倒塌以提供足够的逃生时间。万一遭遇不可预见的特大地震，也能将倒塌的房屋数量和生命财产损失降到最低，将被动救灾的费用降到最少。以上这些对于建筑物的抗震来说，似乎要比只是死板地根据"设防烈度"进行设计更为重要。 我国房屋建筑的抗震设防目标是"小震不坏，中震可修，大震不倒"。一个地区的"中震"即设防烈度，是由国家颁布的有关文件确定的；所谓"大震"也就是比设防烈度高1度，仍属于国家规定的量值范畴而不是难以预估的重大不测之灾。地震的最大特点是其复杂性，正确地规定一个地区的设防烈度，除了考虑当地历史上曾有过的地震大小外，还要照顾到当地的经济条件、人口密度、震害后果等多种因素。历史经验表明，房屋建筑完全可能遭遇比设防烈度对应的大震更大的地震袭击。1966年邢台地震，此前按7度设防，实际遭遇10度；1975年海城地震，此前按6度设防，实际遭遇9～11度；1976年唐山地震，此前也按6度设防，实际11度；2008年汶川地震，此前按7度设防的地区实际达到9～11度（都江堰市、青川县等9度，龙门山镇等10度，映秀、北川等11度）。国外也有类似情况，1995年日本阪神发生7.2级地震，当地设计大震的地面运动加速度为400gal，实际最大加速度达818gal。所以，房屋建筑的抗震设计必须考虑到万一遭到比当地"大震"更大的地震袭击，发生严重破坏的情况下不倒塌，这才是一种明智的减灾策略。对于砌体-木屋架建筑和砖混建筑，加强整体牢固性，是实现这个目标的重要手段；对于钢筋混凝土框架建筑，可以采用多种技术措施，提高其抗倒塌能力。采用隔震、消能等减震技术，也是房屋建筑抗倒塌的有效途径，并有可能使建筑物保持完好，无损其正常使用功能。 我国因地震死亡的人数远超其他国家。其原因除了我国人口众多和农村建筑事实上并无抗震设防的强制要求外，主要在于对地震预防的认识不足和措施不力。一般来说，地方行政领导在各种灾害发生后，能够全力动员各种力量轰轰烈烈地进行抢险救灾，但对将来可能遭受的地震则较少关心。也可能前者人人都能看到，关乎政绩；而后者在短短的三、五年任期内，发生地震的概率实在太低；如果像有的国家那样，对于可能发生大震的城市进行不定期的群众性演习以提高人们对地震灾害的警惕，这在我国又会引起人心惶惶不利于社会稳定的顾虑。 对地震预防的措施不足，还反映在我国的建筑抗震设计标准跟不上社会经济发展和对民生的更加重视而与时俱进。改革开放以来，我国的经济快速发展，物资丰富，重视民生，住房和室内财产都已基本私有。因此，国家规定的设计标准和要求，理应回归到保障民生"最低限度要求"的地位。至于一个建筑物应该有怎样的抗震标准和要求，可以由设计人员根据业主的具体需要共同商定。按规范的最低要求进行抗震设计，无疑会损失工程建筑质量并埋下隐患。不过形成这样的局面也不能归咎于设计人员，因为建设部和国家计委1989年发布的《新建工程抗震设防暂行规定》明确提出："各部门、团体和个人不得随意提高或降低"规定的设防烈度。这一规定"暂?quot;到今天仍未见明文废除。如果设计人只能按强制规定的设防烈度设计，而业主要求更高的安全标准不被允许，万一发生强度超过设防烈度的地震，个人房产损失了，"暂行规定"的主管和制订部门是否从法律和道义上都应承担责任？令人百思不得其解的是，规范的主管部门总是不肯明示规范的规定是最低要求，业主和设计人员应按照工程的实际情况和需要，决定是否按高于规范的标准进行设计。 设防烈度的制订部门和规范的制订部门可能会辩称，他们制订的设防要求还是合适或基本合适的。但问题在于"中震可修，大震不倒"都是比较模糊的概念。所谓"不倒"是一个都不能倒，还是允许少到多大比例就可算不倒？房子已经塌了，是施工质量问题、设计问题或是规范对抗震能力的低标准问题，往往很难说清楚。作为相关单位，除非牵涉到的问题实在太大而难以掩饰，则为维护本部门的权威或声誉，不免自以为正确。可是无法否认的事实是，我国按规范要求正规设计的建筑物，地震作用下的倒塌比例大于日本、美国等发达国家。即使有施工质量缺陷的原因，那么设计规范的主管部门在制订安全标准和要求时，是否就可以完全不考虑在当今社会和经济的历史转型期内所产生的管理上欠缺，还有现场施工的广大工人其实是农民兄弟。 在总结汶川地震灾害的经验和进行灾后重建的同时，我们也许要花同样的精力，以前车之鉴关注我国其他地区今后可能发生的大震，并有计划有步骤地在政策、管理和设防标准上做好预防工作。 国外的"Discovery"电视频道曾放映专业人士完成的一部片子，模拟美国纽约遭受大震的惨状。我们的政府部门是否也可赞助设立一个研究项目，模拟现在的北京如果重遇1679年康熙统治时曾遭受过的那样8级特大地震会成为什么样子？类似CCTV那样花了巨额费用建成的病态怪楼又会变成怎样？据记载：那次大震的震中离北京城中心仅40公里，城垣坍毁无数，宫殿民居十倒八九。这个问题或许并非妄想，因为上次特大地震距今已300多年，谁也无法证明地震能量的积累不可能再次爆发。这种科学的形象模拟情景或许可以提高我们和决策领导部门对地震预防重要性的认识，能够更多地着眼未来，不囿于眼前个人和部门得失。对待地震应象对待疾病一样重在预防。当然，预防和救灾两者都要做好，不能偏废。 清华大学土木工程系教授 陈肇元 |
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目 录
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第一章 汶川地震概况 第二章 地质灾害 第三章 砌体-木屋架建筑 第四章 砖混建筑 第五章 钢筋混凝土-砌体混合建筑 第六章 钢筋混凝土框架建筑 |
第四节 典型震害分析 第七章 框架-剪力墙建筑 第八章 单层工业厂房 第九章 大跨钢结构 第十章 特种结构 第十一章 其他震害 第十二章 文物建筑 |