以汶川地震十周年祭反思教学楼抗震设计

魏 乐

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037006)

0 引言

时间永是流逝，街市依旧太平,十年已经过去了，而十年前那场突如其来的大地震将多少亲人阴阳两隔，将多少孩子的笑容定格在2008年5月12日14时28分04秒。这是一个永远留在我们心里的痛。也必将引发我们长久的哀思和反思。在汶川地震十年后的今天，我们这些结构设计工程师，从这场大地震中，吸取了那些教训，明白了那些道理。我们不能像媒体报道者和不明真相的群众一样，一言以概之“豆腐渣工程”，十年后的今天，我们需要的是冷静、客观的分析，需要的是严谨，认真的设计，我们更需要的是结构人的担当和探索。反思过去，就是为了更好的服务明天，就是为了让明天的设计更合理，更科学。

1 教学楼成了重灾区的原因

1.1 教学楼特点

我们传统教室一般为矩形，也有正方形，六边形的，不过绝大数是长8 m～9 m，宽6 m～7 m，高3.3 m～3.6 m的矩形教室。这样的平面布局有利于两侧均开窗通风采光；教学楼以教室为主，在小型教学点，一般没有专门的办公楼，教师办公室同样放在教学楼内。办公室根据教师办公特点，也同样以集体办公为主，所以，办公室同样是大开间。这样组合起来的教学楼必然是横墙较少，层高较高的多层房屋。

1.2 结构形式的探讨

倒塌的农村教学楼，多为20世纪80年代末，90年代初的建筑，结构形式以砖混结构为主，层数为3层～4层，以砖墙作为主要竖向承力构件，水平楼板大多是预制空心板。为了解决竖向交通，又不浪费建筑使用面积，通常在建筑的两端设置楼梯。这样的结构形式，当地震发生时会出现如下几点抗震不利因素。

1.2.1墙体太少的不利影响

作为既要承受竖向荷载也要承受水平地震作用的构件，教学楼这种平面布局，较大的空间，较少的墙体就必然要承担高过自身抗力的荷载。且会受到平面内，平面外的地震作用，当主要承受平面外的水平地震作用时，就会处于弯曲抗拉状态。尤其是底层墙，因门窗开洞过多而受到严重削弱，脆性的砖墙，抗拉强度较低的砂浆，必然会沿受力方向迅速开裂，直至倒塌。部分墙体失去强度会增加底层剩余竖向构件的负担，这就会形成连锁反应，全楼会在地震初起时即发生大面积破坏。

1.2.2整体结构形式不稳固

前面已经说过，教学楼开间大，跨度大，楼盖一般通过设置花篮梁将预制空心板托住，而大梁简支在240厚单薄墙体上。这种强梁—弱墙的结构形式，整体稳固性很差，难以承受水平地震作用。位于教学楼尽端的楼梯，又彻底打断了边跨与整体的连接。整个建筑，有效地连接太少，整体性严重不足，设有多余的约束，必然难以抵御强震的作用，倒塌也就不足为奇。

1.2.3传力体系不合理

GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)第3.5.3条明确提出：1)宜有多道抗震防线；2)宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。

再反观倒塌的建筑，就像前面我们讲过的，墙体太少，导致传力体系缺乏冗余约束，全部荷载都传递给底层墙体，加上底层开洞太多，必然造成应力集中，且又设有其他扶持，缺少备用传力途径，整个体系太过脆弱，遇强震会引发连续倒塌。

1.2.4施工、材料方面的质量缺陷

无论设计、施工，规范都有明确的构造规定。除极少数山区建筑外，学校建筑均为正规设计，正规施工的单位。但在倒塌的现场，也确实看到了状如“豆腐渣”的混凝土。许多混凝土里的粗骨料为河卵石，混凝土配合比也是经验配比。不止混凝土质量有问题，混凝土在遭受地震的反复作用后，以及倒塌时的坠落撞击，人员抢救时的翻到。准确评定已非易事。但是存档文件里的设计、施工、验收等资料，均存在不同程度的问题。加上20世纪早期施工的主力军为农建队伍。举个例子，混凝土空心板的端部构造连接有严格的要求。国家图集也明确了相关做法。但在现场发现，空心板端部做法远远达不到要求。这就为日后使用留下了隐患。也给本来脆弱的教学楼结构造成更不利的抗震条件。

2 现在新建的教学楼的抗震不利因素

2.1 连接两到三座教学楼的单排框架走廊设计

现在又出现一种现象，许多教学楼平面布置成“E”字形，通过一道连廊，将两到三栋独立的教学楼连接成一个整体，方便师生平面交通和竖向交通，但这种形式又在结构设计人员与施工图审查人员之间发生了不小的纠纷。因为走廊宽度一般2 m～3 m，建筑设计通长设计成单排框架，结构设计人员也就按单排框架设计。结构设计人员认为，第一，这种交通分部工程，使用频率不高，作为单独的一个构件应定性为丙类建筑，且根据规范条文解释可以通过采取措施设计成单排框架，并且设计成双排框架，基本不能满足使用要求。图审人员认为，根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)第6.1.5条，明确不能设计成单排框架。这个问题应成为一个明确的规定，来指导设计和图审的工作。

2.2 减隔震要避免一窝蜂现象

国家教育部，以及部分省市教育系统明确发文，要求中小学，幼儿园建筑必须设置减隔震。这样的行政命令，有时又会弄巧成拙。因为GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)第12.1.2条12.1.3条明确提出：建筑结构隔震设计和消能减震设计确定方案时，除应符合本规范第3.5.1条的规定外，尚应与采用抗震设计的方案进行对比分析。12.1.3条更是规定了诸多设置条件。而我们的设计一窝蜂上，减隔震厂家一窝蜂上，在国家还没有具体操作规程，没有具体制作标准出台以前，产品难免会鱼龙混杂，良莠不齐，那么，再遇到5月12日那样的大震，我们的教学楼是否经得起考验。

3 放眼未来

1)通过对震区震后教学楼统计结果分析，绝大多数按正规设计，正规施工的教学楼，完全经得起考验。“普九工程”在震区的教学楼表现就非常好，无一倒塌，且都基本完好。这种情况对设计，施工应该是最大的鼓舞。证明我们国家的设计规范是可靠的，我们的施工质量是可靠的。我们有信心建设美丽校园，安全校园，平安校园。我们也有信心成为建设强国。

2)未来我们的努力方向。

a.继续加大教学楼科研的力度。在现有规范的支持下，科研机构，高等院校，要继续加强基础理论研究，要继续加大教学楼的建筑材料研发，材料继续向高强、质轻、韧性好方向努力。同时继续加大抗倒塌，尤其是连续倒塌的研究。

b.做好已有建筑的改造。再过15年，我国将首次出现人口负增长，届时，不再是人多楼少，而是人去楼空。在我们对某县农村的教学楼摸底调查中，也已经出现这种现象，有楼无学生的现象让不少基层教育工作者感叹无奈，下一步，即使全部学生接受高等教育，也同样会出现楼多人少的状况，那么，我们再建设更多的教学楼就是在浪费。做好已有建筑的改造会成为将来的主旋律。改造不仅仅是结构加固，还将涉及功能重新区划，设施与时俱进，这是我们需要研究的。

4 结语

汶川地震已经整整过去十年了，触摸那片废墟上的断壁残垣，留给我们的将是永恒的反思和思念。但俯瞰新的县城，新的建筑，新的教学楼拔地而起，我们有理由相信，经过科学救灾，科学重建，科学发展，汶川地震灾区城乡面貌，基础设施，生态环境等方面都发生了巨大变化。鳞次栉比的新民居，山清水秀的新农村，再造了一个锦绣巴蜀。