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1、5.12汶川地震建筑物破壞原因淺析摘要：2008年我國四川汶川5月12日下午14時28分發生7.8級特大地震，北京、重慶、湖南、湖北、山西、陜西、河北、合肥等多地有震感。這是建國以來，發生在我國境內的震級最大的一次地震。 關鍵詞：5.12汶川地震 建筑物破壞原因 抗震設防 5.12汶川地震發生后，筆者曾經多次深入到地震重災區的汶川、北川、青川、都江堰、理縣、漢旺、安縣等地從事抗震救災工作。在抗震救災工作期間，筆者對地震災區震后建筑物破壞情況進行了調查，查閱了部分破壞建筑物的設計文件、施工資料，收集了大量建筑物破壞的圖片資料和影像資料等。同時，筆者對地震災區震后未破壞建筑物或破壞較輕建筑物也進行2、了調查，并將未破壞建筑物或破壞較輕建筑物與同地段、同結構形式的倒塌、破壞嚴重的建筑物進行了對比、分析，從中尋找地震造成建筑物破壞的規律和原因。下面筆者就5.12汶川地震造成建筑物破壞的主要原因作一些簡要分析： 5.12汶川地震建筑物破壞的主要原因，首先是建筑物所在地區的地震烈度，地震烈度越高對建筑物的破壞越嚴重。比如5.12汶川地震的震中映秀鎮的地震烈度達到11度，而汶川縣城的地震烈度為9度左右，因此映秀鎮的建筑物破壞就比汶川縣城的建筑物破壞更為嚴重。 5.12汶川地震之所以造成地震重災區建筑物極其嚴重的破壞，主要是由于這次地震的烈度遠遠超過了當地的抗震設防烈度。我國長期以來經濟欠發達，屬于發3、展中國家，目前我國對建筑物的抗震設防原則是“小震不壞、中震可修、大震不倒”。一般情況下，大于、等于7級的地震（約為9度左右）為大地震，大于、等于8級的地震即為巨大地震。每次地震只有一個震級，在震中的地方用震級表示，地震向四周擴散影響到的地方就用地震烈度表示。每次地震的震中地震烈度最高，從震中向四周擴散，地震烈度逐漸減小。這次5.12汶川地震的震級為8級，屬于巨大地震，所以大部分地震重災區的地震烈度都達到了9度以上。一般超過9度的地震或者地震烈度超過設防烈度兩度以上時就可以造成房屋大量倒塌。在5.12汶川地震前，5.12汶川地震重災區的建筑物抗震設防烈度都為6度和7度，而此次5.12汶川地震重災4、區地震烈度達到9度11度，遠遠超過了當地建筑物的設防烈度，5.12汶川地震造成了地震重災區的建筑物嚴重破壞也就在所難免了。因此，地震烈度是造成建筑物破壞的主要原因。 其次，建筑物所處地段是決定建筑物地震破壞的重要因素。 地震波是波形傳遞的，地震波分為橫波和縱波，橫波產生水平震動，縱波產生豎向震動。由于縱波傳播速度快于橫波，因此縱波先于橫波到達。處于波峰地段的建筑物比處于波谷地段的建筑物破壞嚴重。此次5.12汶川地震是多點多組強烈地震的同時爆發，由于各組地震的地震波傳播速度不一樣，橫波與縱波的傳播速度也不一樣，因此就有可能產生波的疊加或疊減。如果兩個波的波峰重疊就會產生波的疊加效應，就會對建筑物5、造成更大的毀壞。在波的傳播過程中，傳播路程的地質條件不一樣，各種土層對地震波的作用不一樣，波的疊加也會不一樣，對建筑物的損毀程度也會不一樣。有時不同方向傳遞的波疊加還會形成扭轉，地震波到達建筑物兩端的時間差異，也會造成建筑物的扭轉破壞，扭轉會造成建筑物更為嚴重的破壞。這就是為什么有的地區距震中距離較遠，但建筑物破壞程度卻比距震中距離近的建筑物破壞更嚴重的一個主要原因；也是為什么同一地區有時相距很近的兩個建筑物但破壞程度卻相差很大的一個重要原因。 每個建筑物都有自己特定的自振頻率，如果這個自振頻率與地震的作用頻率接近，會引起共振效應，會帶來更大的破壞力。 建筑物所處地段越高，地震的“鞭梢效應”越6、嚴重，所以山頂建筑物破壞較山腳建筑物更嚴重。其次，處于邊坡地段的建筑物，由于其受邊坡穩定的影響較大，建筑物往往由于邊坡的失穩而造成破壞。 三是建筑物所在場地及周邊環境的地質構造對建筑物地震破壞起著重要的作用。 5.12汶川地震中，建在地震的發震帶、地震的斷裂帶上的建筑物破壞很嚴重。建在容易失穩的邊坡上或建在容易失穩的邊坡附近的建筑物，由于地震容易誘發滑坡、崩塌、泥石流等次生災害，因此對建筑物的危害也很大。比如說5.12汶川地震災區的北川老縣城、彭州市的銀廠溝、平武縣的南壩鎮、青川縣的木魚鎮等地都處在地震斷裂帶上，所以這些地方建筑物受地震的危害就較大。其次，北川老縣城和彭州市的銀廠溝周邊山體陡峭7、巖石破碎，或者在傾斜的巖石表面覆蓋著松散的土層，其受滑坡、泥石流等次生災害的危害就較大。5.12汶川地震后，在從都江堰到汶川、理縣的沿途，可以看到原來青山翠綠的山體已經變的滿目瘡傷，山體到處都裸露出白色的巖石，就像山上纏繞著無數白色的繃帶。這是因為這些地方距震中距離較近，地震的烈度高，而且這些地方的山體陡峭、巖石破碎，或者在傾斜的巖石表面覆蓋著松散的土層，在地震作用下山體極易失去穩定而引起滑坡、崩塌等。 在對理縣桃坪羌寨震后建筑物應急評估中，靠近河床邊的建筑物受到的損害較其他位置的建筑物損害輕。究其原因，河床邊的建筑物地基多為砂卵石土，砂卵石土對地震波具有一定的吸收作用，因此此類地段的建筑物8、損害就較輕。同樣，成都距5.12汶川地震的震中的直線距離較近，但由于成都地區的建筑物地基也多以砂卵石土為主，因此5.12汶川地震對成都的危害也較小。這就是為什么山區建筑物的地基多以巖石為主，而山區建筑物的破壞反而嚴重于溝谷地帶建筑物的一個重要原因。 四是房屋的建造年代和房屋的勘察設計、施工質量對建筑物的抗震極為重要。 在5.12汶川地震中，廣大農村地區大量農房受到了毀滅性破壞，而城市房屋的損毀程度明顯較農房損毀程度輕。究其原因，我國長期以來農村農房無抗震設防的強制性規定，農村農房質量也一直是政府部門監管的盲區。5.12汶川地震前，農村農房一般都由當地工匠或農戶自行修建，政府部門較少提供技術支持9、或技術指導，農村農房一般都自生自滅，很少有人去過問。當然這主要是因為我國廣大農村地區多處山區，長期以來交通不便、經濟發展極不均衡，還存在許多極端貧困地區，廣大農民朋友的主要精力還主要停留在解決溫飽問題上。因此，廣大農村地區目前還存在著大量的生土建筑和石砌建筑，這些生土建筑和石砌建筑抗震性能差，有的使用時間還很長，維護也較差。因此，在5.12汶川地震中這些生土建筑和石砌建筑損毀也最為嚴重。其次廣大農民朋友的整體文化素質也不高，修建房屋時首先考慮的時經濟、實用和美觀，很少把建筑物的質量和抗震設防放在房屋修建的首位。由于大地震發生周期都比較長，年輕一代普遍缺少大地震的經歷，農村地區地震知識又不普及，10、年輕一代不知道本地區歷史上曾經發生過的大地震及危害，錯誤地認為本地區將來不會發生毀滅性大地震。因此農村建房時抗震意識就比較低，如果有了多余的錢，農民朋友會追求大、追求氣派、追求豪華，不會充分重視建筑物的抗震。5.12汶川地震前，政府部門未向農民免費提供過技術標準、標準設計圖集等。由于擔心多花錢，農村地區修建的磚混結構、底框結構等結構形式的房屋普遍未委托正規設計單位進行設計，也沒有委托正規施工單位進行施工。5.12汶川地震前，農房修建，一般在批準土地，計劃好修建的面積、層數后，就聘請工匠修建或自行修建，因此，5.12汶川地震前農村地區修建的農房普遍存在質量安全隱患，農村地區修建的農房也普遍缺乏抗11、震性能。 從5.12汶川地震災區的綿陽、成都、德陽、廣元、阿壩等地區農村修建的磚混結構、底框結構房屋來看，農村修建的磚混結構、底框結構房屋普遍存在較大的質量安全隱患，大部分磚混結構、底框結構房屋抗震性能較差。如5.12汶川地震災區農村修建的磚混結構、底框結構房屋普遍存在以下問題：底框結構房屋的底層結構是既有梁柱承重又有磚墻承重的混合承重體系，梁柱板等承重構件的截面尺寸、配筋、混凝土強度等級等均憑經驗進行施工，底框結構房屋的底層未設置抗震墻等；為擴大房屋使用面積，農村房屋大量采用二層以上懸挑房屋的梁挑房結構；磚混結構房屋使用12墻、18墻、空斗墻作為承重墻也較為普遍；另外，磚混結構房屋的鋼筋混凝12、土圈梁、構造柱設置也很不規范。如有的磚混結構農房根本就沒有設置鋼筋混凝土圈梁、構造柱；有的磚混結構農房底層、頂層未設置圈梁，中間某層卻設置有圈梁；有的磚混結構農房的房屋四大角、樓梯間、錯層處、大房間的四角未設置構造柱，其他部位卻設置有構造柱；再有就是農村房屋的屋面女兒墻（欄桿）、陽臺、外走廊欄板（欄桿）設置也很不規范。如屋面女兒墻（欄桿）、陽臺、外走廊欄板（欄桿）采用與主體結構無可靠連接的預制花瓶欄桿，采用未設置鋼筋混凝土構造柱、鋼筋混凝土壓頂的磚砌12墻欄板，磚砌12墻欄板也未與主體結構可靠拉（連）結等。由于以上原因，在5.12汶川地震中，這部分房屋和房屋的附屬構件都受到了極大的破壞。 在農13、村地區農房修建時，還有一個因素應值得關注，就是農房修建時的建筑材料質量問題。農房修建一般以戶為單位進行修建，由于單戶農房建設的規模一般都不大，所以其使用的鋼材、水泥等主材一般都是在分銷商處購買。由于對分銷商銷售的建筑材料質量缺乏監管，因此在分銷商處購買的鋼材、水泥等主材質量往往難以保障，有時還容易購買到“地條鋼”或者購買到過期水泥等。對磚、瓦、砂、石等地方材料，由于缺少檢測手段或判斷經驗，農房修建時一般采取在確定了所需數量和價格后就直接購買進行使用。農房修建一般很少對進場建筑材料進行復檢，因此農房修建時很容易購買到不合格的建筑材料，如果將這些不合格建筑材料用到工程中，就形成了重大質量安全隱患。14、其次，在農村地區農房修建時，還普遍存在著使用舊的建筑材料和舊的建筑構件等問題，如農房修建時使用房屋拆遷后留下的舊磚、舊鋼筋、舊預制板等。筆者并不是反對使用舊的建筑材料和舊的建筑構件等，而是認為使用舊的建筑材料和舊的建筑構件一定要慎重。比如說對于使用舊磚問題，由于舊磚可能是從不同的樓層上甚至可能是從不同的房屋上拆下來的，對舊磚的強度等級就較難檢驗和判斷，因此舊磚最好不要用于修建樓房、不要用于修建承重墻體等。另外還要注意舊磚中的斷磚很多，使用舊磚砌筑墻體時不要集中使用斷磚。對于舊鋼筋、舊預制板，不但對舊鋼筋的強度較難判斷，對舊預制板的荷載等級也較難判斷。而且舊鋼筋、舊預制板在原建筑使用過程中或拆除15、過程中可能已經產生了某些損傷，如鋼筋可能已經產生了疲勞和屈服，預制板可能已經產生了斷裂等，另外鋼筋在拆除過程中反復彎曲也極易造成損傷，這些損傷往往靠肉眼是很難發現的。一旦將這些受到損傷的舊鋼筋、舊預制板用到新建房屋的承重結構上，極易發生工程質量事故，更不要談建筑物的抗震了。 通過以上的分析不難看出，5.12汶川地震農村地區的農房受損嚴重，主要是因為農村地區農房勘察設計、施工的缺失以及對建筑材料的把關不嚴造成的。 5.12汶川地震受損嚴重的北川、都江堰、漢旺等城市房屋，除由于其所在地區距震中距離近、地震烈度高，北川、漢旺等城市處在地震的發震帶、地震的斷裂帶上或附近，北川縣城受到滑坡毀壞等因素外，16、建筑物的建造年代和房屋的勘察設計、施工質量也起了很大的作用。如都江堰垮塌的大部分是老舊的教學樓、醫院等，老舊的教學樓、醫院的建造時間都比較長。受經濟發展水平影響，我國的抗震設防水平是按年代逐步提高的，因此老舊房屋的抗震設防水平明顯趕不上現在新修建房屋的抗震設防水平；其次，一般教學樓的房屋開間、進深尺寸都比較大，老舊的教學樓、醫院又多采用單跨外走廊結構和內走廊磚混結構，單跨外走廊結構的抗震性能較差；內走廊磚混結構的內橫墻在內縱墻處不能貫通，老舊建筑物在未貫通的磚橫墻與內縱墻交接處設置的鋼筋混凝土構造柱又較少；一般老舊的教學樓、醫院等房屋未層層設置鋼筋混凝土圈梁，又多采用預應力空心樓板，有的房屋還17、以縱墻承重，房屋的整體性和整體剛度都較差。因此這部分房屋的抗震性能自然也很差，這部分房屋在5.12汶川地震中倒塌也最為嚴重。 再如5.12汶川地震某地區垮塌的大部分商品房都是在房價低迷的90年代或90年代以前修建的。當時當地商品房價格僅幾百元錢一個平方米，扣除土地成本、施工成本等，已經所剩無幾了。為追求經濟利益，開發商不得不在設計、施工上打注意，由于當時未要求強制性施工圖審查，也未實行強制性施工過程監理，決定了不能從根本上完全杜絕開發商和施工單位的不法行為，造成了同時期修建的商品房抗震水平低。經筆者調查，該地區在5.12汶川地震中垮塌或損毀的大部分底框結構商品房中，底層框架的鋼筋混凝土柱子截面18、尺寸均較小，鋼筋混凝土柱的配筋也較小，梁柱節點的柱箍筋又多未加密或梁柱節點混凝土不密實，底層又多未設置抗震墻，施工質量也存在混凝土強度低、混凝土密實度差等問題，因此該地區90年代或90年代以前修建的底框結構商品房損毀、倒塌較嚴重。在該地區期間，當地一位市民曾委托筆者對其購買的處于不同地段的兩套位于頂樓的新購買的商品房作了檢查，兩套新購買的商品房均為基本完好，不需進行加固即可直接進行使用。據筆者調查，5.12汶川地震后，該地區大部分新建商品房和部分老舊的與前述90年代或90年代以前修建的商品房同地段的磚混結構、框架結構房屋并未倒塌或損毀，這也進一步驗證了勘察設計質量和施工質量對建筑物抗震的重要性19、。 影響建筑物抗震的勘察設計、施工方面的因素還很多，如建筑物修建場地的選擇、建筑物的結構形式、建筑物的體形、建筑物的高度、建筑物的尺寸以及建筑物所使用的建筑材料質量等。由于這些因素都屬于勘察設計和施工管理范疇，可以通過勘察、設計、施工的措施加以解決，本文不再一一進行論述。 通過筆者的調查和以上分析，不難看出勘察設計、施工質量對建筑物的抗震至關重要。 最后，建筑物的使用、改造和維護對建筑物的抗震也極其重要。這主要體現在以下幾個方面：一是體現在對建筑物的不合理裝修和改造上。如隨意在原有建筑物上增加樓層，或者裝修時隨意拆除建筑物的承重墻體和承重梁柱，隨意損傷梁板柱等鋼筋混凝土承重構件，隨意割斷梁板柱20、等鋼筋混凝土承重構件的受力鋼筋，隨意在承重墻體上開洞、鑿槽等，這些不合理裝修和改造，改變了原房屋的受力結構和體系，降低了原有結構體系的承載能力和抗震性能。在5.12汶川地震災區中，對建筑物進行了不合理裝修和改造的建筑物，受損程度均較重。二是體現在建筑物的使用環境上，如果建筑物長期處于潮濕環境或長期處于腐蝕環境中，則建筑物的磚體極易風化、粉化，建筑物的混凝土極易碳化、脫落，混凝土碳化、脫落后，混凝土中的鋼筋極易銹蝕，從而降低建筑物的整體承載能力，降低建筑物的抗震能力。三是體現在對建筑物的維護上。大家知道，一幢建筑物長期使用后，必然會出現一些諸如屋面漏水、廁所漏水、排水堵塞、墻體開裂、混凝土裂縫、21、受力鋼筋銹蝕、抹灰脫落、電氣短路、防雷裝置失效等問題，如果這些問題長期得不到處理，必然會惡化建筑物的使用環境，或者會將非結構問題演化成為影響結構安全的結構問題，從而降低建筑物的抗震性能。在前面的論述中，已經談到在5.12汶川地震中，老舊建筑物損毀比較嚴重，這和老舊建筑物使用、改造和維護也有一定關系。因此，建筑物的使用、改造和維護對建筑物的抗震也至關重要。 對建筑物地震破壞的原因進行了分析，就可以針對建筑物地震破壞的原因，探尋提高建筑物的抗震性能的手段和方法，指導抗震救災和災后重建工作，指導對建筑物的抗震設計和指導對施工質量進行控制等。 地震等自然災害是無法防止、無法回避的，但我們可以通過對修建建筑物的場地選址來避開抗震的不利地段，也可以對修建房屋場地的不良地質作用、不良地質環境進行治理，還可以從勘察設計技術、施工質量管理上提高建筑物的抗震性能，以此來減輕地震對建筑物的破壞，減輕地震造成的人員和財產損失。因此，作為建筑人，我們應該擔負起提高建筑物抗震性能的使命，通過我們的不懈努力，共同提高我國建筑物的抗震設防水平和抗震性能。