汶川大地震對工程設計和研究的啟示

高振梅 王衛國

汶川大地震是新中國成立以來破壞性最強、涉及范圍最廣、救災難度最大的一次地震，給四川省造成直接經濟損失超過1萬億元人民幣。綜觀這次大地震，可給地震工程學帶來以下幾點啟示。

1 加深對地震工程知識的了解，工程建設中避開斷層選擇對抗震有利的建筑場地

這次巨大地震的最根本動力來源還是青藏高原和華南地塊之間相對運動在斷裂帶上產生的能量積累和釋放[1，2，4，5]。印度大陸向北推擠，形成了“世界屋脊”青藏高原，其平均海拔高度超過5 000 m，地下的地殼厚度達60 km～70 km，比四川盆地厚40 km的地殼多出20 km～30 km。在這種狀態下，青藏高原不可能再向上升高和向下增厚，高原內部的地殼物質只能向東和向北擴展，導致高原在這兩個方向上的增生。由于強硬四川盆地的阻擋，在青藏高原東部與四川盆地交界地帶就形成了南起瀘定和天全，北達廣元和陜西勉縣、長近500 km、寬 40 km～50 km、北東走向的龍門山脈。構成龍門山脈的重要巖石單元是古老的雜巖體，這種巖石抵抗破壞和斷裂的強度特別大，能夠積累很大的能量在瞬間釋放形成強烈地震。這次地震破壞嚴重的地方無一例外地都坐落在斷裂帶上。北川縣城遭到毀滅性破壞的原因有四條:1)映秀—北川發震斷裂從整個縣城通過;2)縣城附近的地震破裂位移量大，地震在這里釋放的能量也大;3)縣城坐落在河灘松散堆積物之上，場地效應和地基失效使破壞加劇;4)大量的山體滑坡和巖石崩塌使得災害雪上加霜。汶川地震發生在四川龍門山逆沖推覆斷裂帶上。該斷裂帶是青藏高原和華南地塊的邊界構造帶，經歷了長期的地質演化，具有十分復雜的地質結構和演化歷史。

2 工程設計、施工、驗收必須嚴格執行建筑法規，加強抗震設防概念認識

這次大地震中倒塌的房屋，無抗震設防的建筑物遠比抗震設防的多。這主要是:1)某些建筑的設計不符合規范、建筑材料以次充好、施工粗制濫造，例如部分倒塌建筑物所用的鋼材和水泥不符合標準，且工程施工中經常會有未經過專業訓練的人員承擔;2)建設管理部門沒有嚴格履行審批、檢查和監督職責，有的檢查和監督人員收受賄賂，任憑那些不符合標準的住宅進入市場。人們普遍認為，那些惟利是圖的劣質建筑承包商是罪魁禍首，而負責審批、監督建筑的政府主管部門及其官員也負有不可推卸的責任。這說明有法不依，執法不嚴，再好的法律也不過是一紙空文。因此必須加強工程設計、施工、驗收各環節的把關和監督機制。

抗震設防的目標是:當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損失或者不需要修理可繼續使用;當遭受相當于本地區抗震設防烈度的地震影響時，可能損壞，經一般修理或者不需要修理仍然可以繼續使用;當遭受高于本地區抗震設防烈度預計的罕遇地震影響時，不至于倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞。建筑業內俗稱“小震不壞、中震可修、大震不倒”的說法，即由此而來。因此，有些人就會認為，如果按照建筑規劃嚴格施工的建筑，在地震中并不會倒塌。凡是瞬間垮塌的房屋，肯定不符合建筑規劃要求。要么設計不符合，要么施工不符合。作者認為這種看法并不完全正確，這里所說的大震是指設防范圍內的罕遇地震，顯然，5?12汶川大地震已遠超過我們設防中的罕遇地震范圍。但這也說明我們抗震目標中提到的“大震不倒”說法有待商榷。如何定義才能讓非專業人士聽起來更能接受是一個有待研究的問題。

3 在抗震區建筑設計中宜采取規則建筑，加強對陳舊房屋的鑒定和加固

在地震中，由于建筑物承受地震波，規則平面的建筑物，如方形、圓形或其他對稱形狀的建筑物會振動、移動，而不規則平面的建筑物在地震時，不但會振動、移動，而且會扭轉扭曲，這種扭轉扭曲使建筑物在地震中會有復雜的反應，引起地震應力集中造成建筑物破壞。對于豎向不規則的建筑，由于存在剛度突變，在地震中往往會從該層斷裂倒塌或者把該層壓偏，尤其是高樓式公寓住宅樓，倒塌最為嚴重，造成的傷亡最大。

在汶川地震中學校建筑大規模倒塌，盡管有關部門將校舍倒塌的原因歸結為:“1)地震超過了預計強度，學校校舍抗震難以抵御如此強烈的地震;2)災情發生在上課期間，集體傷亡人數比較多;3)教室樓面負荷大，學生疏散時又集中在樓梯間，走廊、樓梯是建筑中比較薄弱的環節，所以造成了一定的損害;4)倒塌的相當多校舍建筑時間比較長，校舍陳舊落后;5)學校建筑在抗震方面本身就存在著設計方面的先天性缺陷”。但汶川地震中學校建筑大規模倒塌也說明在工程設計和鑒定加固方面的機制有待進一步加強和完善。

根據當地建設部門的要求，對尚未倒塌的重要建筑應及時進行評估，包括各類學校、生命線工程等。包括學校、供水、供電、醫院、疾病控制中心、廣播電視中心等生命線工程、銀行、郵局、公安局、派出所、主要政府辦公樓(應急指揮部)等，主要目的是排除在余震中可能存在結構倒塌危險的隱患。對重要房屋的應急評估是很有價值的工作，開展這項工作搶時間很重要，僅針對關系到民生的重要建筑，一般不需要借助于儀器，主要依靠技術人員的專業知識和工程經驗，按照屬于多數結構受力構件出現嚴重的結構缺陷、局部已垮塌且相連的結構構件存在墜落可能性等基本原則確定需要立即拆除或局部拆除的房屋，必要時可以根據鑒定標準的磚房面積率指標做簡便的復核計算。對于其他房屋，則應嚴格按照相關技術標準的要求，在完成現場檢測以后才能進行結構整體評估，并為修復和加固提供依據。

4 采用低層建筑物和先進的工程抗震技術，提高工程抗震能力

地震具有突發、高頻、破壞力巨大等特點，而且不容易預測，同時地震發生機理目前世界上也沒有形成統一的認識，而在抗震設計計算中涉及了大量的非線性問題也是工程地震學上的棘手問題。結合上述這些問題，要想完全解決建筑物在地震作用下的安全問題仍然顯得任重而道遠。我們應該掌握地震的相關知識，深入研究建筑物抗震構造要求以及抗震設計方法。結合模糊數學，采用模糊設計方法進行抗震設計計算。房屋除了上部結構外，地基基礎也是抗震設計中的重要部分，應該格外的關注。可以采用隔震消能等技術提高工程抗震防災能力。

5 地震救災中應注重高科技成分的投入

5?12大地震后的國際救援隊伍中，國內外有些團隊配備有高科技的儀器設備并訓練有素。這些裝備有:探測廢墟的光纖遙控針孔攝影機、偵測生命跡象的雷達、聲波、聲納感應器、紅外線搜尋儀、前端內視鏡后端畫像的組合探索儀、切割鋼筋混凝土的電動鉆石鋸、油壓剪、監測計算震動力與傾斜度的定位儀、衛星電話器材及搜救犬等。這些品類齊全的設備在救災中發揮出優越的功能，在這次大地震中，從廢墟中救出生還者八萬余人，與這些先進的高科技救援儀器設備是密不可分的。可見高科技設備投入和訓練有素的防災救災體系對于震時的應急是多么需要的。

汶川地震，是一次低速率、長周期和高強度的巨大地震。這次地震的特點是能量積累慢、復發周期長、影響范圍大、破壞強度高、次生災害重。由于這種地震發生在大陸內部，對人類社會的破壞性極強，并且難以預測，是一種今后地震工程學者值得重視和深入研究的新的地震類型。如何增強工程抗震防災能力及地震后的綜合應急措施已經成為一個全球面臨和研究的國際化難題。

[1] 呂西林，任曉崧，李 翔，等.四川地震災區房屋應急評估與震害初探[J].建筑學報，2008(7):56-57.

[2] 李建中，呂西林，李 翔，等.汶川地震中鋼筋混凝土框架結構的震害[J].結構工程師，2008(6):211-212.

[3] 朱瑾瑜，羅奇峰.汶川地震后對農村防震減災對策的思考[J].山西建筑，2009，35(6):85-86.

[4] 劉 威，呂西林，李建中，等.汶川地震中屋頂突出物破壞分析[J].結構工程師，2008(6):95-96.

[5] 孫景江，馬 強，石宏彬，等.汶川地震高烈度區城鎮房屋震害簡介[J].地震工程與工程振動，2008(6):101-102.