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汶川地震的启示—建筑应以人为本(一)

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[提要]  汶川地震给我国造成巨大人员伤亡、经济损失和精神创伤,震害暴露出我国在普通建筑层面抗震安全性认识不足。建筑物的抗震性能不仅取决于结构设计因素,总体规划时就应注意避免在发震断裂带上建设城镇,减少地质灾害产生重大损失的概率;单体建筑设计应注意特殊造型会加剧地震作用影响;施工中质量、过程管理是保证结构抗震安全的重要手段。

[关键词] 汶川地震 断裂带 建筑造型 震害表现 学校建筑 抗震性能

The Revelation form WenChuan earthquake, People Foremost buildings /Xu Ke,Chen Chuncai(Beijing THCA Architectural Design & Consulting Institute, Beijing 100083,China)

AbstractWenChuan earthquake has brought tremendous destruction to peoples’livings and economics and huge mental hurt. Earthquake disaster discovered consciousness shortages in earthquake resistant designs for the general buildings. The buildings’earthquake resistant performance are not the only factor which effected by the structural design, but also, the overall plan should avoid constructing the cities in the fault zones, which can reduce the probability of heavy loss in the geological disasters; in single building design, complicated schemes should be increasing the earthquake functions; In the course of construction, the quality control and the process management are more important factors to assure the structural earthquake resistant security.

Keywords: Wenchuan earthquake; fault zone; architectural form; earthquake disaster; school architectures; earthquake resistant performance


0   前言

随着我国经济水平逐年提高,各种高层及特种建筑不断涌现,这些高水平的建筑充分体现了我国的建筑水平及抗震设计能力。但2008512日发生在四川汶川县的里氏8.0级地震中,有大量人员伤亡和房屋倒塌,给社会各界造成严重的经济损失和精神创伤,暴露出我国在普通建筑层面上仍存在很多问题,非结构因素严重影响建筑物抗震安全,在一定程度上还加剧了震害影响,值得深思和讨论。

1   人员密集的城镇应避免设立在发震断裂带上

按照我国防震减灾法要求,为减轻地震破坏,抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑,必须进行抗震设计。单纯从这个强制性规定来看,房屋经过必要的抗震设计后,就可以有效的减少地震带来的损坏,在本次地震中众多灾害也表明这个规定是正确的,如1978年以前的建筑物破坏的情况最严重,在此之后因为“唐山地震”的警示作用,我国开始加强抗震设防要求,至今为止出台了TJ11-78[1]GBJ11-89[2]GB50011-2001[3]版抗震设计规范,使得抗震内容不断充实,相关抗震设计不断完善,汶川地震中 2002年以后建造的房屋严重破坏及倒塌的比例大为减少,通过这个对比确实证明了抗震设计的必要性。

但是我们应该注意到,中国大陆近百年发生7.0级以上地震有十次以上,为什么唐山地震和汶川地震带来了巨大生命和财产损失?这是因为除海城地震成功预测报警外,其它的地震多发生在人口密度较低的地区,震级虽高也不会产生过多的损失。通过这个对比,我们可以得出让人员密集城镇远离发震断裂带更为重要。

以汶川地震为例,地震发生在著名的龙门山断裂带上,见图1。该发震断裂带在最近几百年里一直处于活动状态,历史上发生过多次大地震。该断裂带的形成是由于地壳中印度板块向亚洲板块移动,在地质上形成青藏高原不断抬升趋势,其边缘沿龙门山断裂带向东挤压,与四川盆地的刚性地块不断形成阻挡积累能量、然后摩擦释放能量的过程。


1 龙门山断裂带平面图

      龙门山断裂带主要由三条断裂组成:从西向东分别为汶川-茂县断裂、北川-映秀断裂和安县-灌县断裂(灌县为都江堰旧称),见图2。汶川地震的发震点即震中位于北川-映秀断裂。将上述断裂带与实际相对应,映秀镇、北川县、茂县、汶川县、青川县、都江堰市等地区基本上位于发震断裂带上,这些地区的城镇在地震中损失最为严重。


2 龙门山断裂带剖面图

汶川地震在能量传递方向上,西南-东北方向(即断裂带分布方向)地震能量传递衰减不明显,造成相应地区发生里氏5.0~6.0级以上余震震,如西安距离汶川700公里,抗震设防烈度为8度,依然有建筑物发生结构破坏的情况;而在东西方向仅造成四川省内地震灾害,涉及距离较短,如成都市区距离汶川90公里,抗震设防烈度为7度,仅少量建筑物发生结构破坏,比例较低,由此可以看出发震断裂带对城镇安全的影响

发震断裂带是个比较宽泛的地质工程概念,在地震中可能会形成很多地面位错,当地面位错超过基础允许变形时,直接会导致建筑物倒塌,图3拍摄于四川白鹿镇中学附近,地震前该地面为平缓坡地,地震造成后部地面向上整体抬升2~4米,形成前后有高差的台地,图片中部原为一座变电站建筑物,由于巨大的地面位错导致粉碎性倒塌,其破坏表现没有常见的震害特征。对于这座建筑物,抗震设计和安全构造可能推迟了房屋倒塌的时间,但并不能改变最终结果。

3 地面位错造成房屋损毁

4 地面位错造成房屋倾斜

4是白鹿中学学生宿舍在地面错动中的表现,该建筑主要部分位于地面位错未抬升一侧,由于另一侧地面抬升高度较大,造成建筑物整体倾斜,墙体多处变形裂缝,局部墙体坍塌,按照危房鉴定标准属于D级严重受损房屋,已失去维修加固的价值。除此以外因地震引起的地质灾害,如山体滑坡、岩石崩落、地面沉陷都会直接造成建筑物失去承载、抗震性能。

从上面的例子可以看出,城镇的选址对建筑的抗震安全性更具重要性。龙门山断裂带地区上一次发生大地震距今不过百年,1933825日在茂县叠溪镇发生震级为7.5级的大地震,直接导致6000多人死亡,地震造成当地数十公里山河改观,叠溪古羌镇在地震中全部陷落从此消失。其后由于山体堵塞形成堰塞湖,一个月后坝体突然溃决水淹数百里,造成较大的次生灾害。汶川地震与叠溪地震表现有相似之处,且两者震中距离不过50公里,那么在灾后重建中,我们是否应从中总结出一些经验教训?

单纯依靠结构抗震能力只能在一定程度上保证建筑物的安全性。如我国抗震规范主要针对设防烈度为6度到9度的建筑进行设计指导,对超过9度的抗震设计,仍然处于探索、研究阶段,而汶川地震中极震区的烈度已经达到11度,远远超越常规结构设计能力,这些地区原抗震设防烈度一般为7度,按照“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设计原则,地震作用达到9度时,建筑物如果倒塌就属于结构正常失效范畴,人员和财产安全只能依靠偶然的幸运来保障了。

地震能量等级与地震烈度的关系一般按下列公式初步估算:

震中(10公里以内)烈度:      

I=0.24+1.29M

周边地区烈度随震中距(R)的增大而衰减:

I=0.92+1.63M-3.49LogR

式中:

 M为地震里氏等级,表示一次地震释放能量的度量值,震级每相差1级,所释放的能量约相差32倍,汶川地震的能量为里氏8.0级;

 I为地震设防烈度,表示一个地区的建筑物受到地震作用的的影响指标;

按照上式估算,汶川震中的地震烈度约为10.5度,与实际烈度11度相差半度。

一般情况下,建筑物离震中越远,受到的地震作用越小,因此城镇布局远离发震断裂带应是灾后重建首要思考的问题,城镇发展远景应综合考虑未来地震可能产生的后果,不能简单依靠抗震设计应对未知的大级别地震。上述公式只是作为一般情况下的概算,真正的烈度不能一概而论。

Tags: 结构 讨论

发布: 徐珂建筑结构设计 分类: 发表结构论文 评论: 2 浏览: 502
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Histruct
Histruct 看来田工是个excel的高手了,不过地震应该有正负号才是.[REVERT=徐珂 于 2009-10-12 12:56:36 回复]我门知道这个情况,用EXCEL表时只需要将系数表中地震系数修改一下,就可以生成了,因为太长了,没必要在这继续写了。我们发现的问题是,分区活荷载还少了几种,简直要崩溃了,又要增加1000到2000种组合。[/REVERT]
cui
cui 有必要这么多吗?我在做世博轴阳光谷分析的时候也只用了499个组合。用到2000个组合是比较吓人啊。如果用sap2000、midas、etabs等软件校核的话,估计校核一遍会花费太多的时间。
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