试论房屋建筑的抗震能力——以“5.12”汶川大地震中的学校为例

庄建钢 新世纪建设集团有限公司 321001

试论房屋建筑的抗震能力
——以“5.12”汶川大地震中的学校为例

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文中主要对四川汶川地区的学校的砖混结构房屋和框架结构房屋的震害进行了调查和分析，并提出了相应的抗震设防要求及建议，为汶川地区及附近地域灾后重建积累了经验，从而增强房屋建筑的抗震性能。

房屋建筑 ; 抗震能力 ; 学校

在四川省政府召开“5.12”汶川大地震周年新闻发布会上获悉，在这次汶川特大地震当中，倒塌的幼儿园和中小学33所，遇难和失踪的学生一共是5335人。这个数据是经过学校和四川教育部门反复的核对得出的，如此大的死亡人数是前所未有的。

一、造成大量学校房屋倒塌、学生死亡的主要原因

首先是地震强度的原因，这次地震能量巨大，方式特殊，震动持续时间长，地震破裂长度大，震害广，震源深度为1.9公里。地震产生的高强度影响区域达到了5563平方公里，9度区是7738平方公里，8度区是27786平方公里，大面积的房屋倒塌主要发生在8度区以上的强震区域。在不同的地质构造区域或者相同区域，由于地震波传播的方式、方向，地震波波峰值的原因导致不同区域的房屋损害不一样，以及波的损害一致的时候会加剧房屋损害。地震的振动传播频率相近，会产生共鸣效应。因此，在低度区也会造成房屋倒塌和严重破坏的现象。

其次是本身房屋结构形式原因。不同的结构类型和建筑形式在这次地震中体现明显不同，比如跨度大、骨架重、大开间、打开窗、外走廊这种砖混结构建筑较严重，垮塌的比例也较高。这次重灾区中间，除松潘、石棉、九寨沟以外，在灾区内最大的设防是7度设防，而在这个区域内，汶川地震实际影响达到了8到11度，地震实际影响烈度普遍超过极重灾区建筑设防力度的1.5到4度。从超越概率计算，当实际设防超过1.5度的时候，主要构架的强度变形就无法承受，那么倒塌在所难免。

最后是建材材料、建筑工艺落后，房屋年久失修。90年代中期以前，空心板大量的使用。以及在农村建房中，大量使用，由泥、沙和架，其抗震性较差，这次地震中倒塌较多。专家组的最后结论是，重灾区房屋建筑抗震设防很难抵御此次特大地震的破坏，重灾区房屋的倒塌是不可抗的。

二、汶川大地震中倒塌学校房屋的特征

1、砌体－木屋架结构

汶川大地震中农村学校大部分都是砌体－木屋架结构的建筑物，并且在这次地震中受损最为严重，主要有两个原因:第一，对于砖混结构而言，本身抗震能力较差。第二，由于这种结构使用年限也较短。如图一所示，红白镇中学单层教室，建于1983年，破坏特点为个别承重墙体有严重裂缝，部分墙体有明显裂缝。

图一 红白镇中学单层教室

这次破坏特点为多数承重墙体明显裂缝，部分墙体严重裂缝，学校房屋屋顶塌落，在抗震验算中，单层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求，即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足抗震承力验算。为了提高墙体的抗震能力，可在抗震力不够的承重墙段内配置水平钢筋，使地震力由砌体及水平钢筋共同承担。多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局，结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足，从而满足抗震要求。在抗震设计时体现以预防为主的设计思想达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。

2、砖混结构

地震区村镇的教学楼，城市的一些旧的居民楼、办公楼、小型厂房多采用砖混结构。这类结构在地震区数量最多，震害也比较严重，倒塌的结构具有以下典型特点:结构抗震体系单薄，未设置构造柱，也有未设置圈梁，预制楼板未拉结。图二为砖混结构震害情况。

蓥华中学教学楼右段倒塌

砖混结构是混合结构的一种，由钢筋混凝土梁柱板等构件构成的混合结构体系。砖混结构的承重构件主要是墙，传力方式是:楼板传力给墙，墙以线荷载的形式传给基础。适合开间进深较小，房间面积小，多层或低层的建筑。框架结构主要是框架柱子，框架梁承重，传力方式是:荷载作用在楼板上，楼板传力给梁，由于梁搁在柱子上，所以力传至柱子，柱子再传给基础。墙体只是起分隔和围护作用。适合房间开问进深大，房间形状自由的建筑，造价比砖结构高。在相互比较上，框架结构无论从抗震，稳定性，房屋坚韧性等都优于砖混结构，抗震设计概念一定要做到“强柱弱梁，强剪弱弯，强大节点”。框架结构体系的刚度和强度都比较好，是柔性结构，而砖混中砌体自重大，使砌体结构所承受的地震力也相对增大，而且是由脆性材料组成，抗拉抗剪强度较差，延性差，抗变形能力小。

3、框架－砌体混合结构

这类结构形式有多种，如底框砖混结构（底部框架－上部砖混，竖向混合），底层部分框架、部分砌体－上部砖混，以及部分框架－部分砖混（水平混合）。这类结构的体系大多比较混乱，由于经济原因，大多尽可能少用混凝土框架，框架和砌体承重墙抗侧力构件的承载力和变形能力很不协调，平面抗侧刚度极不均匀。这类结构的震害主要有:底部框架由于变形集中而破坏，或上部砌体结构破坏。图三为框架－砌体混合结构的震害情况。

汶川某教学楼

三、汶川大地震后学校重建的几点建议

一是要科学设计教学楼舍。学校教学楼由于教学工作需求，往往对于基本框架设计比较简单，楼体的支撑体较少，为校舍安全埋下了隐患。同时，学生的主要活动场所“教室”，由于数十名学生集中一起，往往设计面积过大，但大都是除了四周墙壁，就没有了其它支撑结构，虽然达到了“宽敞明亮”的效果，但是在遇到特殊情况时，往往显得安全系数比较低。从“5.12”震灾的情况来看，不得不让建筑专家们在如何提高校舍抗灾防灾方面进行思考，从提高校舍安全、保护学生的角度，进行科学的设计。

二是要在学校教育中设立安全“公共课”。各级学校应把安全教育工作放在高于一切的位置来抓，把安全教育列入日常教学工作安排，采取专职教师授课或聘请专职安全工作人员为校外辅导员等形式，对学生进行安全教育，向学生传授安全知识，教给学生在紧急情况下或是灾害发生时应具备的自救、互救知识和逃生方法。同时，教育部门以及每个学校都要制订应急预案，以备在遇到特殊情况时，有条不紊地组织实施抗灾抢险工作，最大限度降低灾情。在此基础上，学校要定期组织学校生进行防灾演习，以增强广大学生的自我保护意识和应急能力。

三是要对班级进行定额编制。随着改革开放的进一步深化，大量农民工涌入城市务工，其子女就地入学，为城市教学工作提出了新的要求。同时，随着乡村城市化进程进一步加快，生活小区逐渐增多，但与之相适应的教育条件并没有随其而上，大部分学生就近入学，以及择校生的增多，导致某些学校班级编制有所膨胀，有的重点学校班级编制达到了六、七十人，甚至近百人，从以往学校发生的事故来看，这种做法对学生安全是极为不利的。因此，学校班级编制必须明确数额，有条件的地方必须实行小班制设置，以此增强学校抵御灾害风险的能力。

通过这次关于“5·12地震”给我们提供了许多抗震防灾方面经验。我们发现有许多结构的破坏有相同之处，在选择适合的抗震能力强的结构体系，特别是学校、医院等重要建筑。对于建设上程只有在抗震设防，抗震设计和施工质鼍这三方面都符合要求，才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.027