1、中小學(xué)學(xué)校建筑抗震性能新視點(diǎn)【摘要】2008年5月12日，四川省發(fā)生了舉世震驚的汶川地震。這次地震中，中小學(xué)建筑物坍塌嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。為了減輕地震災(zāi)害，研究中小學(xué)一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震能力，采取措施改善其抗震性能是必要的。文中首先分析了以下結(jié)構(gòu)地震破壞的原因：框架結(jié)構(gòu)、樓梯間、庇護(hù)空間、區(qū)域道路狀況。其次，比較國內(nèi)外中小學(xué)校建筑研究，主要分析日本中小學(xué)建筑的抗震能力。最后，提出了框架結(jié)構(gòu)的抗震能力的改進(jìn)措施，給出了學(xué)校建筑規(guī)劃的一些建議。 /2/view-13090955.htm【關(guān)鍵詞】汶川地震；中小學(xué)建筑；建筑破壞；抗震性能1 汶川地震與中小學(xué)建筑災(zāi)害的教訓(xùn)與啟示

2、2008年5月12日，我國四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級(jí)強(qiáng)烈地震，其釋放的巨大能量波及數(shù)千公里。這次地震，無論是在震級(jí)還是在破壞程度上，都超過了1976年唐山大地震，給汶川及周邊的綿竹、綿陽、都江堰等市縣造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)四川省建設(shè)廳的數(shù)據(jù)顯示，在此次地震中，重災(zāi)區(qū)學(xué)校倒塌面積為199.7228萬m2，倒塌房屋總面積為14889.3萬m2，倒塌學(xué)校面積占倒塌房屋總面積的1.3?G。震害調(diào)查表明，90年代后，有嚴(yán)格按抗震規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的，且施工質(zhì)量好的學(xué)校建筑，基本可做到大震不倒。特別是經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)院專門進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)、并達(dá)到抗震要求的房屋，破壞較輕。采用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)體系的房屋，破

3、壞也較輕。除個(gè)別位于斷裂帶上的建筑物外,絕大多數(shù)建筑受到中等至嚴(yán)重破壞，但不倒塌，達(dá)到了“小震不壞，中震可修，大震不倒”三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)；而沒有按照設(shè)防要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的教學(xué)用房，多數(shù)遭到破壞，甚至倒塌。此次地震中，中小學(xué)校由于空間大、橫墻少、層高較高、構(gòu)造柱不足、門窗洞多、窗間墻小、預(yù)制板建筑、整體性差等原因?qū)е缕茐膰?yán)重。圖1、圖2為實(shí)際地震烈度基本與設(shè)防烈度相符合的甘肅成縣災(zāi)區(qū)的小學(xué)校破壞狀況以及災(zāi)后的學(xué)生在臨時(shí)帳篷內(nèi)授課情況(圖3)。學(xué)校的防災(zāi)問題已成為今后我國城鄉(xiāng)建設(shè)與規(guī)劃的重要問題。圖1震害后校園關(guān)閉圖2教室結(jié)構(gòu)破壞圖3災(zāi)后學(xué)生在臨時(shí)帳篷內(nèi)上課2 中小學(xué)建筑震害原因新視點(diǎn)2.

4、1 對(duì)校舍建筑重視不夠，抗震設(shè)防過低。在我國的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，將建筑劃分為甲、乙、丙、丁四類，前兩類為標(biāo)志性建筑或指揮性建筑，抗震設(shè)防要求較高，而中小學(xué)校舍多按普通建筑劃分為丙類建筑，只能基本滿足當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度，一旦遇到類似此次汶川8.0級(jí)的偶遇地震時(shí)，抗震性能明顯不足。中小學(xué)校舍作為少年兒童的聚集場所，其安全與否關(guān)系到千家萬戶的幸福，在國外多是按照避難所標(biāo)準(zhǔn)修建的。因此，我國的校舍抗震設(shè)防明顯過低。2.2 校舍選址不科學(xué)。建筑的走向與地裂帶的走向是否一致，在地震時(shí)受破壞的程度是不盡相同的。以同在震中的聚源中學(xué)為例，其南北向的教學(xué)樓與地裂帶大致平行，地震來臨時(shí)受力最大倒塌，而東西向的實(shí)驗(yàn)樓由

5、于與地震帶垂直，雖已破壞，但未倒塌。2.3 樓梯間破壞嚴(yán)重。樓梯間既是人們上下的通道，又是突發(fā)事件發(fā)生時(shí)人們逃生的要道。樓梯間是房屋的薄弱部位，開間小，剛度大，吸收的地震能量多，墻體容易出現(xiàn)裂縫而破壞；樓梯間梯段和休息平臺(tái)與樓層未在同一水平面上，水平地震力在此部位發(fā)生了轉(zhuǎn)折，地震時(shí)容易使休息平臺(tái)部位的墻體發(fā)生破壞，尤其是底層。樓梯間頂層，休息平臺(tái)部位的橫墻一層半高，沒有橫向支撐，此部位橫墻也容易發(fā)生破壞。樓梯間在房屋端部時(shí)，樓梯對(duì)山墻的支撐作用較弱，地震時(shí)山墻轉(zhuǎn)角處容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，這次地震發(fā)現(xiàn)樓梯間在端部的房屋底下兩層山墻轉(zhuǎn)角處發(fā)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)破壞。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范局部修訂根據(jù)這次地震的調(diào)查情

6、況增加了“樓梯段上下端對(duì)應(yīng)的墻體處應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱”的條文，加強(qiáng)樓梯間橫墻的抗震能力，使樓梯間形成應(yīng)急疏散安全島，在地震發(fā)生時(shí)人們能夠迅速逃生。2.4 結(jié)構(gòu)選型不合理。中小學(xué)校舍作為特殊建筑，具有內(nèi)部空間跨度大；荷載高，且長期處于動(dòng)、靜荷載的反復(fù)作用之下；人員密集，疏散時(shí)間長等特點(diǎn)。這就要求校舍建筑必須滿足耐久度高、柔性佳、抗倒塌能力強(qiáng)的要求。而目前我國校舍所大量采用的磚混承重墻加預(yù)制樓板的結(jié)構(gòu)形式，明顯不符合上述要求。這些隱患在平時(shí)單純豎向荷載作用下尚不明顯，一旦遇到地震、風(fēng)暴等外界破壞力，極易誘發(fā)瞬間整體垮塌。3 中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)建議3.1 加大對(duì)地震地質(zhì)災(zāi)害普查力度,合理制訂各地區(qū)的抗震設(shè)防烈

7、度。這次的512汶川地震震中烈度達(dá)到11度,而當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度才7度;唐山大地震地震烈度達(dá)到11度,而當(dāng)時(shí)唐山是不設(shè)防的6度區(qū),顯然抗震設(shè)防烈度定低了。因此建議在全國范圍內(nèi)根據(jù)我們經(jīng)歷過的地震或者根據(jù)地下的地質(zhì)構(gòu)造,加大對(duì)地震地質(zhì)災(zāi)害普查力度,合理制訂各地區(qū)的抗震設(shè)防烈度,重新修訂全國地震烈度區(qū)劃圖。3.2 提高新建校舍的抗震設(shè)防類別按照日本的防震規(guī)劃,學(xué)校建筑防震級(jí)別最高,各級(jí)政府都把學(xué)校辟為臨時(shí)避難所。地震發(fā)生時(shí),政府會(huì)組織居民搬出自己的房子,到附近的學(xué)校集中避難。結(jié)合國外經(jīng)驗(yàn)建議,我國在新規(guī)范的修訂中規(guī)定:“教育建筑中,人數(shù)較多的幼兒園、中小學(xué)的低層教學(xué)樓抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為甲類。地震作

8、用應(yīng)比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高1度,當(dāng)為9度時(shí),應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求,抗震級(jí)別列為當(dāng)?shù)亟ㄖ罡呒?jí)。處于地震設(shè)防地區(qū)的中小學(xué)教學(xué)樓強(qiáng)制采用現(xiàn)澆框架或框架-剪力墻結(jié)構(gòu),不允許再采用磚混結(jié)構(gòu)。3.3 重視校址選擇。新建教學(xué)樓校址必須經(jīng)過詳細(xì)的地震安全性評(píng)價(jià),只有這樣才能保證建造出“震不垮的學(xué)校”,才能使學(xué)校在突發(fā)自然災(zāi)害時(shí)真正成為避難所,人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全才能得到保證。3.4 建立中小學(xué)教學(xué)樓定期檢驗(yàn)制度。目前基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)壽命一般為100年,房屋建筑的合理使用年限一般為50年,但許多建筑達(dá)不到設(shè)計(jì)合理使用年限。建議在新的設(shè)計(jì)規(guī)范中注明要對(duì)中小學(xué)教學(xué)樓定期進(jìn)行檢查(可為每3年一次)并在設(shè)

9、計(jì)圖紙中注明,費(fèi)用由施工單位負(fù)責(zé)”。以便隨時(shí)掌握情況,保證它們的安全服役。4 中小學(xué)建筑規(guī)劃建議4.1 規(guī)劃選址時(shí)進(jìn)行地震安全評(píng)價(jià)。在規(guī)劃選址時(shí)，條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣基巖外露的地段，高坡上的建筑震害比較明顯，應(yīng)盡量選擇地勢開闊平坦，土層堅(jiān)硬厚實(shí)，地質(zhì)均勻等地質(zhì)條件。同時(shí)注意避開對(duì)地震不利地段。4.2 中小學(xué)建筑在校園規(guī)劃中應(yīng)將安全疏散作為首選考慮因素。校園的整體規(guī)劃，應(yīng)特別注意充分利用學(xué)校操場作為防災(zāi)疏散的主要場所。就像城市規(guī)劃中將城市公園、綠地、體育場作為防災(zāi)場所一樣。當(dāng)災(zāi)難(火災(zāi)、地震)發(fā)生時(shí)，學(xué)生應(yīng)能從教室通過較短的空曠的安全通道，迅速地疏散到大操

10、場這一安全地帶。校園規(guī)劃中教學(xué)樓建筑的空間組成與操場位置關(guān)系的確定，其首要原則是確保有利于師生安全疏散。4.3 根據(jù)學(xué)生心理特點(diǎn)設(shè)計(jì)疏散方案。根椐中小學(xué)生的避難心理，選擇切實(shí)有效的樓梯走道設(shè)計(jì)方案和疏散方案。首先，由于中小學(xué)生的思維還不成熟，在短時(shí)間內(nèi)很難做出理智的分析和判斷，所以災(zāi)害發(fā)生時(shí)他們會(huì)下意識(shí)地向自己最熟悉的出入口跑；其次，當(dāng)災(zāi)難來臨時(shí)，學(xué)生們往往會(huì)向著有光亮的地方跑，無論是自然光和人工光，這就是通常所說的“向光性”。此外，中小學(xué)生的避難行為還有從眾性和排他性的特點(diǎn)。因此，樓梯間應(yīng)具有良好的采光；盡量不要把樓梯間布置在建筑平面的盡端，而最好是在中間；內(nèi)廊式教學(xué)樓在滿足建筑功能和規(guī)范要

11、求的前提下應(yīng)適當(dāng)增加樓梯間的數(shù)量，如從兩部樓梯增加到3部，這樣就可以提高疏散速度，減少疏散時(shí)間。另外，轉(zhuǎn)折處是最容易產(chǎn)生擁堵的地方，所以應(yīng)適當(dāng)加寬休息平臺(tái)，走道的寬度也應(yīng)該在不影響功能和結(jié)構(gòu)安全的前提下適當(dāng)加寬，相應(yīng)地，出入口的寬度也可以適當(dāng)增加，從而達(dá)到迅速疏散人群的目的。 4.4 提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。中小學(xué)建筑的抗震構(gòu)造沒防標(biāo)準(zhǔn)從目前的7度設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)提高到8度。通過提高圈梁、構(gòu)造柱的截面尺寸及配筋標(biāo)準(zhǔn)以提高中小學(xué)建筑的抗震能力。根椐各種建筑結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)及我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，最適宜的結(jié)構(gòu)形式仍然旨選磚混結(jié)構(gòu)(砌體結(jié)構(gòu))。嚴(yán)格按照抗震規(guī)范的設(shè)防要求進(jìn)行沒計(jì)與施工，磚混結(jié)構(gòu)的抗震能力完全能滿足要

12、求。而在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，也可以考慮采用框架結(jié)構(gòu)的類型。避免采用全部預(yù)制裝配式的鋼筋混凝土樓板結(jié)構(gòu)，若采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或者磚混結(jié)構(gòu)，其中的鋼筋混凝土樓板結(jié)構(gòu)應(yīng)采用全現(xiàn)澆的方式施工建造。4.5 可考慮將學(xué)校建成緊急避難場所。由于強(qiáng)烈地震是小概率事件，提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)需要增加基建投入，抗震烈度每增加一度，結(jié)構(gòu)的成本可能要增加510左右。怎么樣才能不花錢又抗震，是長久以來工程師力圖攻克的難題。但是目前看來還做不到。我們的努力目標(biāo)是研究和開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的抗震措施。為了保護(hù)人的生命安全。對(duì)學(xué)校、醫(yī)院等人口密集、人群自救能力差的地方要提高標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加強(qiáng)其抗震能力，特別是像學(xué)校這樣的公共建筑還可以賦予

13、其作為緊急避難場所的功能。這樣，在發(fā)生地震和其他突發(fā)災(zāi)害的時(shí)候，不僅能確保師生的安全，在災(zāi)難發(fā)生期間，學(xué)校可以放假，騰出地方來，作為避難場所和防災(zāi)據(jù)點(diǎn)。5 提高中小學(xué)建筑防災(zāi)力的新視點(diǎn)結(jié)合對(duì)近年來災(zāi)害現(xiàn)場的考察研究，和對(duì)國內(nèi)外的城區(qū)改建重建狀況分析，提高中小學(xué)建筑防災(zāi)力的視點(diǎn)和提案概括為以下幾個(gè)方面：5.1 逐步建立以區(qū)域防災(zāi)梯級(jí)公園、小學(xué)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)、社區(qū)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)為主體的防災(zāi)網(wǎng)狀新體系。在新城區(qū)建設(shè)與舊城區(qū)改造過程中，根據(jù)所在區(qū)域的自然特性，過去的災(zāi)害歷史，區(qū)域防災(zāi)計(jì)劃的內(nèi)容，區(qū)域的狀況，區(qū)域及轄區(qū)人口數(shù)，避難設(shè)施的分布，關(guān)聯(lián)設(shè)施的分布，危險(xiǎn)性分析，道路及生命線分布，地形地質(zhì)條件合理的進(jìn)行規(guī)劃，

14、充分考慮防災(zāi)的需要。規(guī)劃設(shè)置以區(qū)域防災(zāi)梯級(jí)公園、小學(xué)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)、社區(qū)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)為主體的防災(zāi)網(wǎng)狀體系，如圖4所示。以1983年完成的江東改造計(jì)劃中的東京都墨田區(qū)防災(zāi)規(guī)劃的布局為例（圖5），從場地條件上看，建設(shè)避開了近鄰川邊的軟弱土層、硬軟不均的土層，將兩岸的大部地區(qū)設(shè)計(jì)成為防災(zāi)綠地（公園）。圖4防災(zāi)規(guī)劃圖圖5綜合機(jī)能防災(zāi)公園與綠地5.2 加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)教育的宣傳，提高公民防災(zāi)意識(shí)，完善區(qū)域防災(zāi)體系。在完善區(qū)域規(guī)劃的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)教育的宣傳，提高公民防災(zāi)意識(shí)。開展專門的綜合防災(zāi)教育，加大專業(yè)人才的培養(yǎng)力度；做好城市公眾的安全文化宣傳教育，傳授災(zāi)害的知識(shí)，最大限度地提高城市公眾防災(zāi)的自覺行為；加強(qiáng)對(duì)

15、低年齡層災(zāi)害教育的重視；傳授應(yīng)對(duì)、處理災(zāi)害問題的實(shí)際技能，定期進(jìn)行防災(zāi)演練，提高公眾的自救與互救能力；通過各種媒體手段開展減災(zāi)宣傳教育（圖6、圖7）。從軟硬件幾個(gè)方面為提高城市的綜合防災(zāi)力奠定基礎(chǔ)。圖6地震體驗(yàn)臺(tái)圖7 防災(zāi)體驗(yàn)館鳥瞰圖6 結(jié)論本文基于對(duì)汶川地震對(duì)中小學(xué)建筑的震害調(diào)查，研究分析了中小學(xué)建筑災(zāi)害的原因與規(guī)律，結(jié)合對(duì)目前我國防災(zāi)規(guī)劃的發(fā)展與應(yīng)用狀況，在防災(zāi)規(guī)劃、防災(zāi)避難公園、學(xué)校避難防災(zāi)據(jù)點(diǎn)、社區(qū)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)的建設(shè)方面進(jìn)行了相對(duì)具體的提案：6.1 提高中小學(xué)建筑抗震設(shè)防等級(jí)，合理選擇學(xué)校地址，限制使用預(yù)制板，并重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6.2 在新城區(qū)建設(shè)與舊城區(qū)改造過程中，根據(jù)所在區(qū)域

16、的自然特性，過去的災(zāi)害歷史，區(qū)域防災(zāi)計(jì)劃的內(nèi)容，區(qū)域的狀況，區(qū)域及轄區(qū)人口數(shù)，避難設(shè)施的分布，關(guān)聯(lián)設(shè)施的分布，危險(xiǎn)性分析，道路及生命線分布，地形地質(zhì)條件合理的進(jìn)行規(guī)劃，充分考慮防災(zāi)的需要。規(guī)劃設(shè)置以區(qū)域防災(zāi)梯級(jí)公園、小學(xué)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)、社區(qū)防災(zāi)據(jù)點(diǎn)為主體的防災(zāi)網(wǎng)狀新體系。6.3 實(shí)施中小學(xué)建筑防災(zāi)梯級(jí)公園新體系，建設(shè)多功能防災(zāi)避難場所。此外，今后圍繞構(gòu)建與重大突發(fā)性災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展、結(jié)束整個(gè)過程相適應(yīng)的，多災(zāi)種、多物資、動(dòng)態(tài)的應(yīng)急資源配置研究及基于城市發(fā)展的防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃理論，把中小學(xué)建筑納入城市防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃的范圍，最終達(dá)到減輕自然災(zāi)害的目的。參考文獻(xiàn)：1宋波，北京科技大學(xué),現(xiàn)代城市災(zāi)害特點(diǎn)與防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策新視點(diǎn)，四川會(huì)議2趙西平，郭華，楊鵬，西安建筑科技大學(xué)，綿竹市中小學(xué)校舍震害破壞特征分析及抗震對(duì)策研究，西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008年10月，VOL.40 NO.53車四林，胡南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑系，從震害談中小學(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)理念和防震措施4邵蓮芬，李勇，申功偉，黃淮學(xué)院建筑工程系，從汶川地震之影響談我國“中小學(xué)教學(xué)樓的加固與設(shè)計(jì)”，工程抗震與加固改造，2008年8月，VOL.30 NO.4