攀枝花地震后的思考:要建不怕地震的房子
繼汶川大地震千萬座建筑倒塌后,9月1日攀枝花6.1級地震,又造成四川、云南兩省一萬五千多間受損或倒塌。當(dāng)我們從倒塌的亂石中找到遇難的同胞,我們悲痛欲絕之后,一定要認(rèn)真面對這樣的問題:提高建筑質(zhì)量,提高房屋的抗震性......
怎么樣才能造出不怕地震的房子?近日,一位喜歡“磚”的結(jié)構(gòu)工程師在自己的博客里發(fā)表意見,其建筑理論與個(gè)人見地頗有意義,值得共賞......
怎么樣才能造出不怕地震的房子?
也許有人說,專業(yè)上應(yīng)該叫抗震設(shè)計(jì)吧?其實(shí)設(shè)計(jì)雖然極為重要,但只是其中一個(gè)環(huán)節(jié),況且抗震的抗字也不準(zhǔn)確。和大自然一味抵抗的思路是錯(cuò)誤的,應(yīng)該和自然討價(jià)還價(jià),和睦相處。所以要采用耐震這類詞語。我們的設(shè)計(jì)原則是“小震不壞,大震不倒”。就是說在汶川唐山這么大的地震下,建筑物不倒塌或者坍塌,讓人可以不死少傷,把傷亡率降到最低。無限抗震的房子在經(jīng)濟(jì)上是不存在的。
第一,選址。這次的山體滑坡的照片大家都看到了,地址錯(cuò)誤是致命的。即使建筑物再完整,也可能被整體掩埋,或被外物撞擊毀壞,或者整體滑入泯江。這只是從結(jié)構(gòu)上考慮,而選址牽涉交通政治經(jīng)濟(jì)各個(gè)層面,此不多述。
第二,結(jié)構(gòu)形式。剛才讀到一篇文章,建議中國淘汰磚混結(jié)構(gòu)。也許作者是學(xué)建筑學(xué)的,不是學(xué)建筑結(jié)構(gòu)的,說得有點(diǎn)偏差。中國的磚混結(jié)構(gòu)主要用在多層,一般是六七層以下的建筑,大量的是住宅。而稍大跨度,低高層,中高層等,采用的是框架。再往上的高層,超高層就采用框筒,剪力墻,筒中筒等其他結(jié)構(gòu)形式。至于淘汰,可以欣慰地告訴各位,隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,中國近年來已經(jīng)逐步禁止使用預(yù)制板建筑,特別是那種在汶川廢墟中看到的空心板。比如四川省建設(shè)廳2003年頒布的“政策文件:關(guān)于在民用建筑中禁止使用預(yù)制混凝土板的通知”:
遺憾的是,對于全中國已建的大量預(yù)制板建筑,我們要花幾十甚至上百年來淘汰重建。中國的經(jīng)濟(jì)還沒有發(fā)展得那么快。個(gè)人覺得,磚混作為一種結(jié)構(gòu)形式,不可能,也沒有必要淘汰。隨著圈梁構(gòu)造柱的增多完善,百分之百的磚結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步不存在,和框架結(jié)構(gòu)的界限越來越模糊。(術(shù)語,這里磚結(jié)構(gòu)指靠磚墻承重)。當(dāng)然,美國的獨(dú)立住宅大都是木結(jié)構(gòu),外面的磚墻或者文化石只是圍護(hù)和建筑要求,不承重。
第三,基礎(chǔ)。建筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工是極難控制也是極其重要的。不均勻的沉降導(dǎo)致整個(gè)建筑失穩(wěn),加劇了地震損失。不要忘記建筑物是造在地上的,而地震就是大地的水平垂直等綜合變形移動。
第四,上部結(jié)構(gòu)。學(xué)結(jié)構(gòu)的都知道,抗震有個(gè)“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的諺語。解釋一下:中國用不起大量的木材甚至鋼材,鋼筋混凝土還是主導(dǎo)。而混凝土抗壓不抗拉,鋼材就起著抗拉的角色。地震來時(shí),有橫波縱波兩種基本波動。橫波導(dǎo)致大地上下振動,對建筑物并不可怕,因?yàn)橹袊闹拥目箟簬缀醪皇窃O(shè)計(jì)控制。(上下振動對構(gòu)筑物,橋梁等則可能有同等危害。)而可怕的是縱向波,也叫疏密波,導(dǎo)致建筑物橫向振動,這次汶川地震的房屋橫向振動變形以米計(jì)算!(振動,不是震動)。柱子的強(qiáng)度和側(cè)向剛度受到致命的摧殘。而梁的跨度相對于建筑物高度一般較小,又幾乎是受彎構(gòu)件,必須比相應(yīng)的柱子要弱些。一些不學(xué)結(jié)構(gòu)的抱怨廢墟中的梁太細(xì)小,我看了覺得不見得是壞事。
也許講得太深了,簡單地說,梁斷了,死半個(gè)房間的人,柱斷了,死一樓的人。我曾經(jīng)做了一個(gè)1米6高的28層樓模型作為我的論文,放在地震臺上晃動。結(jié)果最下面兩層完全粉碎性坍塌,柱子全部破壞,然后導(dǎo)致整棟28層樓倒塌。這種破壞在臺灣921大地震和這次汶川地震中都得到了證實(shí)。所以很多高樓的人地震時(shí)往下跑,結(jié)果壓死在底樓,而留在樓上的反而只是受傷。
至于“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”則容易理解一些。學(xué)過焊接的知道,破鏡重圓,怎么也沒有原來的結(jié)實(shí)。梁和柱,柱和板的連接總是最薄弱部位。如果節(jié)點(diǎn)破壞,真?zhèn)€建筑就是一堆積木。當(dāng)然,節(jié)點(diǎn)是人工連接的,這也是為什么中國開始淘汰預(yù)制建筑。而不作抗震設(shè)計(jì)的地方如新加坡,仍然大量采用預(yù)制建筑。
第五,施工質(zhì)量。混凝土的標(biāo)號,鋼筋的正確等級,數(shù)量,位置,施工方法與過程的正確。這個(gè)屬于監(jiān)理和建筑商的良心。不多述。
第六,裝潢。過渡的裝潢導(dǎo)致原來結(jié)構(gòu)的削弱,或者掛裝物本省的不穩(wěn)固,不經(jīng)結(jié)構(gòu)工程師的簽字的裝潢,都是地震中的殺手。
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第七,抗震思路。一個(gè)基本原理就是耗能。讓房子能夠變形、移動,能多晃一會兒,彎彎扁擔(dān),但是不倒。你看一下路過的汽車,在坑坑洼洼的路上,輪子上下直顛,但車?yán)锶瞬挥X得什么,因?yàn)橛昧藴p震系統(tǒng)。如果你愛運(yùn)動,你見過一個(gè)摩托車手或者滑雪者從高速狀態(tài)跌下來,那種翻滾十幾圈的可能還活著,而一跌到位的十有九死。抗震設(shè)計(jì),要求構(gòu)件有耗能措施,比如墻板中不怎么受力的部位要故意做薄,地震一來墻碎了,但房子不倒。
中國以前的木結(jié)構(gòu)房屋是很抗震的,地震來時(shí),大地移動,但木柱子是架在地面的石板上的,地動房不動。而且木結(jié)構(gòu)本身也允許更多的各向變形。后來農(nóng)村富裕了,開始大量用磚頭做樓房,也就是上面說的磚混結(jié)構(gòu),這種抗震優(yōu)勢一下子沒有了。缺少專業(yè)教育的當(dāng)代國人還繼續(xù)在把數(shù)千年的舊房子形式拋棄,連同很多很多千年的智慧都掃進(jìn)了歷史的垃圾堆,很可惜,很可惜。
美國加州的伯克利大學(xué)采用了中國這種古老的抗震原理,在很多高層建筑和超高層建筑物底部加了塑膠墊子,可以錯(cuò)動,并且在屋頂加了減震陀,盡一切可能消耗地震能量。
第八,民眾住宅的管理。美國的每一座建筑物,無論是個(gè)人住宅還是一個(gè)馬房,甚至換一個(gè)窗戶,都要有相關(guān)部門審批。而中國廣大農(nóng)村的千千萬萬個(gè)建筑住宅施工,都是幾個(gè)農(nóng)民師傅在做,不必也沒有鄉(xiāng)里村里的建筑質(zhì)檢部門步步把關(guān)簽字,看著真讓人揪心哪。中國要步入發(fā)達(dá)國家還有漫長的路。
第九,抗震科技。不夸張地說,中國的抗震規(guī)范和地震多發(fā)的日本美國的差距已經(jīng)很小。大學(xué)和研究所都是數(shù)理化出生,牛角尖鉆得很多。但是其他方面的研究,比如監(jiān)理體制,建筑材料,建筑機(jī)械,施工方法這些貌似不上檔次的東西,卻有著大學(xué)問。
第十,國家發(fā)展。牽涉到經(jīng)濟(jì),政治,道德,法制,教育的各個(gè)層面。我很高興地看到中國在這條正確的道路上大踏步地走著。我對中國的未來充滿信心。
房子抗震是個(gè)很大的題目,本文很多地方只能蜻蜓點(diǎn)水,沒有全面的說,說多了也顯枯燥,就這樣吧。讓我們?yōu)榱俗鎳褪澜缛嗣裆偈艿卣鸬目嚯y,各自在自己的行業(yè)盡一份力!
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