地震为何对建筑物破坏力巨大？——访清华大学建筑设计研究院副总工程师马宝民、贺小岗|地震工程『抗震』

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2010-04-29

    地震为何对建筑物破坏力巨大？——访清华大学建筑设计研究院副总工程师马宝民、贺小岗
    ５月１２日１４时２８分，我国四川汶川发生了一次历史罕见的大地震，震级达到里氏８级，最大烈度达到１１度。
    强烈地震突如其来，顷刻间，房屋大面积倒塌，造成人员伤亡惨重。截至目前，这次地震已造成６５０多万间房屋倒塌，２３００多万间房屋损坏，北川县城、汶川县映秀镇等部分城镇夷为平地。
    地震对于建筑物为何会拥有如此巨大的破坏力？地震中决定房屋损毁的因素究竟有哪些？灾区新建房屋应当注意哪些问题？记者带着这些问题，采访了我国建筑领域的专家——清华大学建筑设计研究院副总工程师马宝民、贺小岗。
    记者：人们常说，地震来袭时地动山摇，房屋随之倒塌。那么，地震到底是以什么方式来破坏建筑的？
    专家：用“地动山摇”“山崩地裂”来描述地震到来时的情形一点也不过分。由于建筑物依附在地球表面，建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响。简单地说建筑物破坏有三种方式：上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。多数时候，还是三种方式的复合作用。
    地震波传播方式有纵波、横波、面波，由于地球表层岩性的复杂性，传播过程中也会出现像激流中“漩涡”的复杂情况。
    纵波使建筑物上下颠簸，力量非常大，建筑物来不及跟着运动，使底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压力，若超出底层柱、墙的承载能力，柱、墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，又使第二层压坏，发生连续倒塌，整个建筑直接“坐”下来，原来的第三层瞬间变为“第一层”。
    面波使建筑物水平摇摆，相当于对建筑物沿水平方向施加了一个来回反复的作用力，若底部柱、墙的强度或变形能力不够，就会使整栋建筑物向同一方向歪斜或倾倒，在震区常常看到这种现象。
    第三种作用是扭转。引起扭转的原因是有的地震波本身就是打着“旋儿”过来的，也有的情况是因为面波到达建筑物两端早晚的时间差引起的。这种情况引起建筑物扭动。建筑物一般抗扭能力较差，很容易扭坏。震区有的房子角部坍塌，多属这种情况。
    一旦碰到上下颠、左右摇、扭转，三种方式共同发生，破坏力就更加可怕。在离震中较近的范围，往往三种方式交织作用，所以破坏力很大。
    此外，每个建筑物都有自己特定的自振频率，如果这个频率与地震作用的频率接近，还会引起类似共振的效应，那样带来的破坏力就更可怕了。
    还有一种破坏形式叫“液化”。如果建筑物基底是粉细沙，房子建在上面，当大地摇动时，沙粒向旁边跑，房子就会往下沉，引起倾斜甚至倒塌。唐山地震时，很多房子就是这样损毁的。这次汶川地震没有出现“液化现象”，但由于山体不稳引发的滑坡却很多，许多建在山坡上或山脚下的房子就是这样损坏的。
    记者：在这次地震中，大量建筑物受到毁灭性破坏，这究竟与地震的震级有关系呢？还是与烈度有关系？
    专家：我们先要搞清震级和烈度两个概念，不少人弄不清楚。震级和烈度是两个不同的概念。震级是用来衡量一次地震释放能量的大小，烈度是描述地震引起的破坏程度。一次地震只有一个震级，但烈度不止一个，一般情况下离震中越近破坏越大，烈度就越高，远离震中烈度减小。例如唐山地震，震中区烈度是１１度，影响天津是８度，影响北京是６度。
    有的人说某建筑能抗几级地震，这个说法是不对的。应该说，某建筑物的设防烈度是多少度。
    建筑物的受损情况除了与震级作用大小有关外，还跟场地条件、设计、施工等多种因素有关。
    记者：您刚才谈到建筑物的设防烈度。那么，我国对建筑物的抗震设防标准是如何规定的？四川地震灾区执行的是什么标准？
    专家：我国１９８９年以后制订的《建筑抗震设计规范》的设防目标要求建筑物做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。所谓“大震不倒”是指地震发生时，实际地震烈度比抗震设防烈度高１度到１．５度时，建筑物应当不倒塌。汶川和都江堰按现行规范的设防烈度都是７度。这次地震对这两个地方的影响都超过了７度。我看到过一个资料说都江堰达到了９度，汶川更高，映秀达到１１度，超过“大震”设防烈度很多。震中附近的映秀、北川的烈度高达１１度，建筑物倒塌很难避免。也有少数房子没有倒塌，很可贵，这少数房子很有研究价值，可以学习不倒的理由。大自然是人类的无言师，人类的知识都是不断从大自然学来的。
    我国建筑物的抗震设防标准一般设在６度到９度。因为地震发生时，烈度达到１０度的范围不是很大，达到１１度的只有震中及附近地区。一般地震在什么地方发生并不知道。而多数房子的使用寿命是５０年，全国大部分地区５０年内多数并不发生地震，但又不能不设防，若设防标准过高，又不地震，投入的财力就是浪费，我们还没有那么大的财力。目前，北京的建筑设防烈度是８度，四川绝大部分地区是７度。全国有一个烈度区划图，是根据历史记载经反复研究作出的。全国抗震设防都依据同一规范，是同一个标准。
    另外，我国根据建筑物功能的重要性将抗震设防标准分成甲、乙、丙、丁４个类别。一般房屋都是丙类，超过６０００座的体育馆、超过１２００座的剧场、超过１００００人居住或办公的高层建筑，还有桥梁、机场、医院、小学、幼儿园以及若建筑发生破坏会引起严重次生灾害的工程，例如核电站、危险品仓库等，其抗震设防标准都比周围建筑要高出至少一个级别。
    记者：在地震灾区，我们看到同一地区有些建筑物全部垮塌，有些建筑只是局部损坏，这是什么原因？
    专家：刚才讲过，在地震面前，建筑物是否垮塌，或者损坏情况怎样，与房子本身的抵抗力密切相关。
    决定房子抗震能力的主要因素有许多方面：
    一、房子的体形。体形规则、均匀、对称的房子抗震能力强。上大下小头重脚轻的房屋体形叫竖向不规则，平面局部凸出的Ｌ形、“丁”字形体形叫平面不规则，一头沉一头轻的叫扭转不规则，不规则建筑抗震能力都较差。
    二、房子的结构形式。砖混结构的抗震能力要比钢筋混凝土框架、框架－剪力墙弱。底层框架上部砖混、带转换层的房子、底层空旷的房子、板柱体系的房子抗震能力都比较差。底层弱容易“坐”下来。
    三、房子的施工质量。照图施工、技术到位，房屋质量就好。否则设计再好，施工质量差也会出问题。
    四、房子的建筑材料。混凝土标号够不够，钢筋是否合格，有没有偷工减料等都很重要。
    五、房子的建设年代。较早的房子依据的抗震设防标准相对较低。由于认识水平和财力的增长，后建的房子抗震能力相对较强。
    记者：目前，灾区的恢复重建工作已经排上重要日程。作为建筑设计方面的专家，对于灾区新建房屋有什么建议？
    专家：对于灾区的恢复重建，不久前刚刚出台的《汶川地震灾后恢复重建条例》已经有了明确规定。
    具体到新建房屋，应当注意以下几点：
    一是选址要好。重新选址时，应当避开地震活动断层或者生态脆弱和可能发生洪灾、山体滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等灾害的区域以及传染病自然疫源地。
    二是设计施工水平要高。要选择有资质的设计单位和施工队伍，加强施工队伍技术能力培训。
    三是建筑材料的质量要控制好。要从正规厂家购进建筑材料。
    四是要加强工程监理。
    总之，规划、设计、施工、监理四大环节很重要，都要严格把关。