[转帖] 一个土木工程师的四川地震灾后思考

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原文有点儿长，摘取部分，专业人士讲专业问题，的确到位。


作者：书剑子

。。。
　　3、 我国建筑管理存在的问题：
　　目前在建筑管理上，我国还是一直是二元化管理。各地建设局只管理公共建
筑、政府建筑和商业建筑。私人业主的，没有经过商业市场的建筑，没有纳入建
设局的管理范围。实际上，各地的建设局与土地局，除了在房价上升上推波助澜
外，对地方的建筑安全，并没有起到多少作用。
　　
    这次地震，县级以上政府的房子绝对经受了考验。四川成都市政府花费数十
亿巨资，由鸟蛋和鸟巢的设计人安德鲁设计的莲花型的建筑群，连玻璃幕墙都没
裂一个；其次就是商品房。商品房虽然都存在不同程度的偷工减料，但是由于都
经过正规的设计，都具备抗震能力和良好的延性。因此，即使发生破坏，也没怎
么造成人员伤亡；再次就是农民自己的房子，虽然一些经济好转的农民，把毕生
的资产都投入了房子上了，也都采用砖头、混凝土等建筑材料，但是由于没有经
过正规的建筑结构设计，完全凭借包工头的经验，而这些包工头的经验根本算不
得经验——这些没有任何结构工程方面的专业知识的包工头，连静力荷载的传递
路径有时候都不合理，别说什么抗震设计了。这些农民也根本没有抗震概念，把
钱都花费在没有用的地方。我都被我哥哥气死了，作为一个土木工程师，我连自
己亲人的观念都无法改变。在他有建造房子的意图之后，我从一个土木工程师和
房产界人士的角度，给了他很多专业意见，但是他就是听不进去。最后在我不知
情的情况下，花费6万元建造了一个200个平方米的2层小楼。结构上存在相当多
的不合理之处。而我的堂哥，作为当地最有名的建筑包工头之一，90年代末建造
自己住宅，几乎犯了所有的结构安全大忌。现在房子几乎成为危房，更别说抗震
了！我们那里农民追求房子的进深( 从大门到“中堂”的距离，即房子的宽度）。
他的房子是9米进深，客厅宽度8米。采用横墙承重方案，4米跨度的预制板。但
是9米跨度的主梁，梁下不但没有“梁托”，而且梁的边缘距离门洞的边缘在水
平上几乎只有20公分的距离，在高度上，也只有半米的距离，1米2的门洞没有过
梁，直接采用砖砌。所以，想都不用想，不到1年，就从梁端发展了一条直达门
洞角的裂缝！9米跨度的主梁，他以前从来没做过。于是也不放心，加大梁高，
增加配筋数量和直径。但是不幸的是，4根直径22毫米的钢筋净距离太小，又因
为我们村没有三相380伏特的电力，没有采用机械振捣，只采用了人工振捣，混
凝土的坍落度、水灰比等指标可能也不合适( 他们搅拌混凝土绝对不会有水灰比
的概念），混凝土的石子无法穿过钢筋间隙，造成很多主受力钢筋外露，而第二
排钢筋又被他配在中性轴的位置，对正截面抗弯完全不起作用。箍筋采用直径为
6的钢筋，且间距达到40公分以上。可见，箍筋配筋相当不足，而由于混凝土密
实性不足，屋面又没做好防水，梁长期处于潮湿环境，钢筋锈蚀严重。更要命的
是，前面的走廊，预制楼板直接放在1米2长的悬臂梁上。而变截面的悬臂梁梁高
不足，混凝土密实度又不够，负弯矩的钢筋又严重不足( 只有2根直径为10的钢
筋），他自己也害怕，于是在预制板上面又浇筑了4-10公分厚度的碎石混凝土。
实际上，这一措施，起反作用——因为碎石混凝土层的存在增加了重量，但是对
负弯矩的抵抗能力没有一点增加( 这需要工程力学和混凝土结构学方面的知识才
能理解），然后他又对梁进行加固，在跨中增加一个砖头砌筑的柱子，把9米跨
度的梁变成一个4米5跨度的两跨连续梁。学过力学的人都知道，如果梁不发生一
定的挠度，他后期砌筑的柱子不受力。假设梁发生大挠度，但是这样在柱子上面
会产生负弯矩，而他的梁在上层只有2根很细的架立钢筋，根本没有主受力钢筋，
所以主梁如果真的产生大挠度以后，柱子顶部位置，梁肯定会裂。还有一大堆其
他问题。这就是一个接受过高中教育，有多年工程队经验的农村建筑包工头的水
平。所以可想而知没有经过任何专业设计的，由这些包工头和农民设计建造的房
子，安全性如何。
　　
    最差的就是学校建筑。这又由多种原因决定。
　　
    首先资金不足。在贫困山区的学校，教育拨款很少，又不能象城市学校那样
可以收取大额度的各种借读费等费用，所以资金十分紧张。在建造过程中，再加
上政府部门主管官员，教育局主管官员，学校主管官员，包工头等层层剥削，可
以想象最后能花费在教学楼上的钱还能有多少。
　　
    当一个地区抗震设防等级提高以后，政府部门，重要的企业等都会对房屋进
行鉴定、加固。但是这些学校，70年代设计建造的房子也不会有人管。所以，学
校的老房子设防不足，学校的新房子偷工减料。学校的房子没几个好的。从大量
的描述和照片上可以看到，发生整体垮塌，伤亡最大的，都是采用预制板的教学
楼。预制板建造方便，省钱，平时使用也没大问题，但是对抗震十分不利！我简
单给大家解释一下：你用四个砖头在桌子上围成一个边框，上面放一个小石板，
小石板的两端分别压在两侧的砖头上( 前后的砖头仅仅起到围护作用），这个时
候你前后摇晃桌子，你会发现，不那么容易把这个简易的房子摇倒塌。但是你再
试试左右摇晃，保证稍稍一用力，被承受小石板重量的左右两个砖头就剧烈摇晃
起来。要是你摇晃的频率恰好接近它自己的自振频率，则很快就倒塌了。这个时
候虽然前后两个砖头不容易晃动，但是它“帮不上忙”。从这个小实验中可以看
到——墙体被横着摇晃的时候，如果上面再有大的质量，很容易倒塌。但是如果
是顺着墙的平面内晃动，则不容易倒塌。在工程力学上，这叫做“平面内刚度远
远大于出平面刚度”。而如果是采用半框架结构，现浇板作为楼板，则相当于用
胶水把小石板的四周与四个砖头都粘接上。这样无论从哪个方向摇晃，四个砖头
都能起到作用。总有一个方向的砖头能起到强大的作用( 面内刚度大）。这也解
释了为什么灾区有的房子不倒塌有的倒塌了，这不仅仅取决于房子的质量，也跟
房子的朝向、承重方案等有关，非专业人士不是那么容易理解的。所以仅仅根据
房子是否倒塌就直接下武断的论断说没倒塌的房子好，倒塌的房子都差，是不严
谨的。
　　
    而对于框架结构，则墙体全部是起围护作用( 尽管也对抗震起很多作用，但
是在结构计算分析中都忽略，这样使得结果更偏向安全），所以框架结构的房子，
窗户大开间大，完全不是伤亡惨重的理由。网上有关于抗震专家、中国科学院院
士周锡元院士( 说起来还是我的师叔呢）的采访，认为“学校校舍的抗震设计是
世界性难题”，我认为很可能是记者为了政治目的刻意扭曲他的原意的。如果他
的原话真的那么说的，真的是那样的观点，那也太无耻了。因为一个合格的土木
工程的本科生都不会那么低水准的。校舍由于开间大、窗户多等因素，确实对抗
震不利，但是并不意味着在技术上设计不出来能抵抗高烈度地震的教学楼！这是
两个完全不同的概念！！！！
　　
    从很多幸存者的描述来看，大部分造成重大伤亡的教学楼都是脆性破坏，在
地震开始的数十秒甚至数秒就倒塌了。并且一旦倒塌，就是粉碎性的倒塌，很难
给幸存者留下多少生存空间。经过正规抗震设计的建筑结构，就是最终倒塌，也
绝对不会是如此快速的脆性破坏。退一万步，就是倒塌的时候人还没来得及跑，
经过良好抗震设计的建筑结构，其倒塌后也不是如此彻底的倒塌，而仅仅是关键
部分的损坏造成的整体侧倾，底层框架柱屈曲等形态的破坏，能保证尚未逃生的
大部分人都能有生存空间。
　　
    所以，如此重大的伤亡，房屋结构的抗震设防不足，施工质量不好等因素是
主要因素，急于用震级过高来辩解，是不科学的，也是不实事求是的！地震正常，
高烈度地区的建筑物发生大面积倒塌也正常，但是如此动辄在地震来临瞬间就彻
底崩溃，把数百上千人活埋，整个建筑变成活地狱式的倒塌，是无论如何辩解，
也是洗刷不了清白的。
　　
    所以，震区应该加强地震知识的宣传教育，加强抗震相关法规的建立和政府
监管的力度！所有新建住宅都纳入建设局的管理之中，建设局切实服务好，提供
一些常规结构农村房屋结构的标准图纸，对建房技术人员实行签字负责制度，并
组织人员进行培训。实行农村房屋建设市场持证上岗。当然，不要又把这些搞成
药监局那样的花钱买证。二是不收费进行服务，经费由政府专向拨款。
　　
    4、 地震烈度来描述建筑质量不合理：
　　
    目前描述地震有两个重要参数，一个是里氏震级，一个是烈度( 中国地震烈
度表http://www.hnccic.com/Web/HTML/oftendata/cysj13.html）。前者是地震
中释放总能量的度量，后者是地震破坏程度的度量，很多普通人对这两个概念区
分不开。一个同样震级的地震，其断裂模式不同，震源深浅不同，不同的震中距，
则烈度也不同。甚至范围很小的地方，由于地质条件不同，也会形成显著的差异。
例如一般孤立山头上烈度会大一些，沉积盆地由于松软土层的滤波、放大作用，
也会造成烈度增加。
　　
    目前描述地震的破坏程度和某个场地的地震剧烈程度，主要依靠这个描述性
指标——烈度。抗震设防也是使用烈度，同时与超越概率以及峰值加速度等关联
起来。譬如平时所通俗说的抗震设防要“小震不坏，中震可修，大震不倒”，这
个小、中、大的分界，就由两级烈度来区分：低于设防烈度的，就叫做小震，介
于设防烈度和“罕遇地震”之间的，叫做中震，超过罕遇地震的，叫做大震。而
“频遇”、“罕遇”的区分，又是由超越概率来决定。各地区的抗震设防标准，
最后与烈度相对应，具体在做抗震计算的时候，又与峰值加速度关联。因此，烈
度相当于是一个过渡量。烈度作为一个描述性指标，无法直接运用来指导抗震设
计，真正的抗震设计，还是使用峰值加速度和一些代表性的地震记录作为计算依
据。而最要命的是，当一个地区的建筑设防采用烈度这一概念，同时，又采用该
地区的建筑的损毁状况作为评价一个地区地震烈度的描述指标，因此构成一个逻
辑上的循环。是极其不合理的！我举个简单的例子：
　　
    假设甲、乙两地的地质状况、地震加速度谱等完全一样，没有任何差别( 这
是不可能的，我们姑且做这个思想试验）。同时两地又采用同一套图纸建造了一
批房子，但是甲地的房子没偷工减料，建造质量很好，乙地偷工减料很严重，房
屋质量比较差。自然地震过后，甲地的房子受损少，乙地房子受损严重。于是灾
后调查的时候，专家根据烈度的描述性指标，就会说“甲地房屋的损毁比较比较
小，烈度较小仅有6 -7度，乙地经过抗震设计的房子多数倒塌，烈度达到9-10度”
然后，乙地房屋的建筑商就会以乙地烈度比甲地高为依据，来为他们的房子损毁
严重辩解：“我们这里的烈度达到9-10度，而我们的设防仅仅是7度，所以大部
分房子损坏了！房子倒塌并非因为我们质量问题，而是由于烈度超过我们的设防
烈度”！而为什么乙地烈度会比甲地高，专家学者们又会找出一大堆专业的理由，
普通百姓自然是不懂！
　　
    所以，从这个例子上可以看出，烈度这个描述指标，是不适宜作为地区抗震
规划时作为设防的指标量的！而仅仅适合用来作为灾后损失估计的量( 不管你房
子的设防是什么样的，根据房屋受损比例和严重状况，加上地区的人口密度等参
数，可以较为准确地估算灾害损失）。我多次跟相关研究人员辩论，希望改变这
一现状，免得烈度这个描述性指标成为不法建筑商的庇护伞！
　　
    烈度这个指标，在真正的抗震设计上并没有直接作为设计依据( 目前一般性
的结构设计，仅仅考虑一个等级的峰值加速度作为地震力的计算指标，同时，在
概念上，进行各种有利于抗震的细节设计及构造设计；重大结构则采用若干条与
场地类型匹配的地震加速度记录时程曲线，进行时程分析。特别重要的结构，采
用基础隔震、耗能减震及主动控制及半主动控制等相关措施），但是在设防上，
却作为设防分级标准，是极其没道理的！

金丝铁线

着帖子很专业，我看了，没敢转，一是怕没人愿看那么长的专业文章，二是这儿高人多，若有人挑出毛病，自己是不够资格参与讨论的。

金丝铁线

关于烈度的说法有意思

金丝铁线

农民盖房子，不懂结构，凭经验照老样子盖，倒还不要紧，就怕他想学的新样子，结构却是将就从前样的，就要出问题了，其实原来的建筑式样可能有不得不如此的原因。贵州干打垒的土抷房，低低的墙，屋檐伸得长长的，压得更低，一副旧社会像。咱干部去了，也打土砖，建干打垒，屋檐高高，很神气，也不伸出那么多，就很现代样了。可住不多久就出了问题：贵州多雨，天无三日晴嘛，没有长长下压的雨檐，雨就打在泥墙上了，泥墙一软，房子也就成危房了。这才明白人家老式样自有它的道理。

菜农

这文章缺少图来配合，一般不专业的无法阅读。

菜农

大部分造成重大伤亡的教学楼都是脆性破坏，在地震开始的数十秒甚至数秒就倒塌了。并且一旦倒塌，就是粉碎性的倒塌，很难给幸存者留下多少生存空间。经过正规抗震设计的建筑结构，就是最终倒塌，也绝对不会是如此快速的脆性破坏。退一万步，就是倒塌的时候人还没来得及跑，
经过良好抗震设计的建筑结构，其倒塌后也不是如此彻底的倒塌，而仅仅是关键
部分的损坏造成的整体侧倾，底层框架柱屈曲等形态的破坏，能保证尚未逃生的
大部分人都能有生存空间。

李大苗

这个文章，技术说明是正确的，可解决方案是一塌糊涂地错误。

没有发育成熟的建筑市场，不能提供健全的建筑服务，这是中国乡镇和村落状态的必然。预制板之所以仍然横行乡里，就是因为现场浇注的经济技术上的不可能。机器混拌的混凝土与人工混拌的混凝土，即使水泥标号一样，石子规格质量一样，但其成品的质量差别巨大。但一个万把人口的乡镇，实话说，是在达不到机制商品混凝土市场最小规模。若是单层住房，复合钢板的房顶可以解决安全问题，虽然价格会稍许贵一些。但若是两层及多层楼房，除却预制板外，则根本无法处理。

老木匠

[原创]关于汶川大地震,谈一点纯技术问题
文章提交者：di1yu0huo3 加帖在 猫眼看人 【凯迪网络】 http://www.kdnet.net

从相关报道的照片上看,这次汶川大地震的实际裂度与三十年前的唐山和海城比还是不算大的.那两座城市震后都被夷为平地,而本次地震震中的汶川还有未受破坏的建筑存在.这说明只要采取抗震措施,震害是可以避免和减轻的.
从照片上看,倒塌的房屋基本上以砖房为主,这里面大量的自建民房(指平房或自用小楼)没有纳入国家建筑法规的管辖范围,责任当然由房主自负,而像学校,医院,居民楼这样的大中型建筑,是受到国家建筑法规管理的.相关管理部门是负有不可推卸的责任的.
从我国主要的构造带和地震区域图上可以看出,成都地区地处华南,西南两大地震带的交叉点上,川西,甘南是我国的地震高发地区.对这样的地震高发地区国家抗震规范是有明确的地震设防要求的.
按工程结构破坏现象震害大致分为以下几种:
1,结构丧失整体性
2,承重结构强度不足引起破坏
3,地基失效.
抗震规范贯彻始终的原则是强调建筑的整体性,保证"大震不倒,小震不坏",引申出的是"强柱弱梁"原则.即:板塌梁不断,梁断柱不倒.这样即使在强震下建筑发生破坏,也应该把破坏限制在局部.
凡在高裂度区幸存的房屋,除场地土,结构布置比较合理外,这些房屋的结构构造措施也是十分突出的原因.目前所采用的以一定的荷载代替地震对房屋的作用,并不能完全反映地震的实际情况,这受到目前的科技水平的限制,所以在结构计算上过分精确意义是不大的.然而,合理的抗震构造措施对房屋的抗震影响却很大,因此在抗震设计上,强度验算与构造措施是应该同样受到重视的.
砖混结构构造措施大致如下:
1,房屋高度应加以限制.
2,加强房屋整体性.
   [1]加强墙体联结
  [2]加强屋盖整体性与刚度
  [3]加强屋盖与砖墙的联结
3,重视圈梁的作用
4,设置钢筋混凝土构造柱
5,注意薄弱环节
6,重视下部结构的作用
7,加强楼梯间的抗震性能
对比抗震规范对结构设计施工的要求,我们只能不无遗憾地说这次震灾中有的灾害是不可避免的,而有的灾害是可以避免的.
大量外墙墙体坍塌[特别是外纵墙]说明外纵墙横隔墙之间没有设置拉结钢筋.
大量窗口开裂,形成45度角斜向裂纹,半座楼倒塌另半座完好都说明这座楼房根本没有圈梁.
墙体倒了而楼板却不断说明墙体的抗剪能力没有达到设计要求,红砖,砂浆,拉结都可能存在问题.而构造柱可能根本没有设置.
楼梯间是整幢建筑中强体最厚,钢筋混凝土结构最集中的区域,楼梯间被挤垮说明楼梯配筋存在明显质量问题.......

国家抗震规范是几代建筑专家心血的结晶,无数鲜活的生命用血的教训写成的!
蔑视国家建筑法规的野蛮施工是犯罪行为!