關于學校、醫院地震作用提高一度要求的探討

黃世敏

目前，我國的抗震設防分四類：標準設防類、適設防類、特殊設防類、重點設防類。其中，特殊設防類，是針對特殊建筑，例如核電站這種災難后果極其嚴重的建筑，要進行專門的設防；重點設防類，是指地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復的與生命線相關建筑，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果的建筑，在標準設防類的基礎上，采取提高一度的抗震措施，這個抗震措施既包括地震作用效用的調整系數，還包括抗震構造措施的調整。建筑設計、建筑物的抗震安全、建筑的抗震設計標準相互配套使用，目前主要采用《建筑抗震設計規范》《抗震設防分類標準》。《抗震設防分類標準》明確規定，對于學校、醫院、重大交通樞紐等建筑，要按照重點設防類進行設防。

我們注意到，相關部門的一些文件要求學校、醫院設計時地震作用提高一度計算，這給很多設計單位、設計人員造成了困惑，原來我們的重點設防是不是不足夠，為什么在這個基礎上還要再提高一度？

世界上所有國家的建筑設計，沒有直接提高地震作用的先例，都是通過建筑物的安全系數、重要性系數，對地震效應如彎力、剪力等地震作用效應進行調整。理論上在同一地區建造的建筑物，遭遇的地震作用相同，所以直接調整地震作用，從理論上來講并不科學。

實際上，房屋建筑的抗震設防要求包括：抗震概念設計、抗震措施（包括抗震構造措施）、地震動參數、施工質量等，需要多方面共同協調保證，遠不是簡單的設計地震作用大小能保證的。工程界的共識是，對于建筑物的抗震安全性，通過災害調查和總結形成的抗震概念設計包括抗震措施，遠比數值計算要重要得多。之所以這樣講，還有一個原因，從我國和全世界的地震情況來看，基于不成熟的地震預報技術的基本烈度地震都存在非常大的不確定性，這是由地震的原理導致的，而且預計在短時間內不會取得突破性的進展。

正是基于這種基本烈度地震設防烈度的不確定性，我國的建筑抗震設計規范才提出“三水準，兩階段”的抗震設計方法，以設防烈度地震為基準，在超出設防烈度地震一定范圍內，預估的罕遇地震作用下，建筑物不倒塌，這是“三水準”設定的基本原則。美國則采用中震折減的設計方法。2014年的“洛杉磯高規”明確提出多級水準設防要求，小震彈性設計，大震控制房屋建筑倒塌概率，可以理解為基于倒塌概率的房屋抗震設計方法。

我們發現一個問題，我們的設計人員，包括一些相關的技術人員，過于強調數值計算的精確性。雷諾曾經說：要求構件計算精準到小數兩位，而外荷載的誤差達到25%以上，這是非常愚昧和荒謬的。所謂的精確解也只能精確到地震力和荷載取值的精確值。目前來講，已經統計出荷載的誤差在25%以上，地震作用誤差就更不用說了。我們再三強調基本烈度地震的不確定性，再精確的計算也只能精確到地震力和荷載取值的精確程度。

抗震措施是抗震設防的重要內容，在地震動參數區劃圖確定的地震動參數不準確的情況下，具有更為重要的防倒塌作用，國外如此，國內亦如此。在汶川地震、廬山地震后，我們做了一些統計，汶川地震以后，都江堰和漢旺兩個城鎮的房屋倒塌率統計結果表明，在地震作用下，嚴格按照抗震設計規范的抗震設防建筑物，倒塌的比例不超過1%。這里有兩點需要強調：第一，汶川地震遭遇烈度比我們預估的罕遇地震高3-4度，也就是比預估的罕遇地震作用強十幾倍、幾十倍的情況下，仍然保持很低的倒塌率；第二，倒塌的房屋中，有相當比例的建筑存在設計和施工上的明顯缺陷，同時還包括一些未經抗震設防的農民自建房。所以，我們的抗震設計規范，雖然講“小震不壞、中震可修、大震不倒”，但是超大震的時候，只要采用合理的抗震措施，建筑物就會有足夠的安全性，而不是一定要倒塌的。合理設計、正規施工、正常使用的建筑物在遭遇遠超出預估的罕遇地震作用的情況下，建筑物的倒塌率也可以控制在非常低的范圍內。

其實，我們重點設防類建筑不僅僅是針對學校和醫院，也不是所有的學校和醫院都是重點設防類，這是有區別的。在實際執行中，征求了教育部和衛生部的意見。二、三級醫院及具有外科手術和急診的鄉鎮醫院列入重點設防，其他的醫院不列入重點設防。之所以這樣做是有充分考慮的，我們重點設防類和特殊設防類的設定，主要是從人的行為能力、建筑物的重要程度以及災害后果三個方面考量、綜合決定的。對于沒有外科手術、沒有急診的鄉鎮衛生院，比如說中醫醫院、皮膚病醫院、牙科診所等，在地震災害發生的時候，人是有完全行為能力人，而且災害以后，它不能作為防災、救災的據點，也不能發揮應急救援的作用，所以這部分建筑沒有必要作為重點設防類建筑。如果不加區分，將所有學校、醫院提高標準，顯然是不合適的，也是不必要的。分析表明，重點設防類建筑抗震設計中要求按提高一度采取抗震措施，其效果已高于單一提高地震加速度的效果。

抗震設計規范也好，所有的規范也好，都是底線標準，在最低標準的前提下，可以提高，但是不能降低，這是基本原則。但是，在缺乏充分依據的情況下，隨意重復提高或者降低標準，是不科學的。

1966年，位于6度區不設防的邢臺發生震中烈度10度的地震，倒塌房屋近120萬間；1976年，位于6度區不設防的唐山發生震中烈度11度的大地震，倒塌房屋320萬間；2008年，位于7度設防的汶川發生震中烈度10～11度的地震，倒塌房屋796.7萬間，這一次次證實我國基本烈度地震有很大的不確定性。在此借用謝禮立院士的一句話作為結束語：“將不成熟的地震預報技術作為防震減災的主要手段，必然使防震減災工作缺乏堅實的基礎。因此，減輕地震災害的根本對策是提高各類建設工程的抗震能力。中外地震經驗無不表明，土木工程方法必然是防震減災最有效的方法。”endprint