通过对唐山、汶川大地震震害分析,提出了建设抗震中小学教学楼的设计要求,如对建筑材料、建筑平面及竖向布置、抗震结构体系、校址选择等的技术要求。对汶川地震区域的抗震基本设计烈度提出了建议值,并要求重视施工图设计审查,选好施工队伍,反对基建中的腐败现象。
一、 废止使用预制空心板楼盖,采用整体性好的现浇楼盖
1976年唐山大地震中松散的预制空心楼板塌落是造成重大伤亡的元凶,是唐山人民的“伤心板”,咒之为“棺材板”。今天,汶川大地震的废墟上又重现这个恐怖的幽灵,血的教训告诫我们,必须坚决废止使用预制空心板作为教室的楼板构件,不能让恶梦再重演。
中小学校教室需采用整体性好的现浇钢筋混凝土楼盖。
二、 淘汰传统的砖墙、砖柱作建筑材料,采用现代的钢筋混凝土材料
地震中教学楼倒塌的主要原因是支撑房屋竖向站立的墙柱很快倒塌,从而使房屋轰然垮塌。砖墙、砖柱是抗震性能极差的建筑材料,在大震中不堪一击,瞬间夷为平地。它与预制空心板联手构成黑色双煞,是地震重大灾害的制造者,废墟的主角。
砖石材料是传统的地方材料,在我们国力还较弱时,是全国中小学校建筑广泛采用的材料。唐山地震后,砖石结构的抗震措施虽已得到加强,但砖石结构自重大、强度低及脆性破坏的致命弱点,不能抗震,汶川大地震中,使学生如花的生命如烟的消失,教训惨痛! 在国力已经强大的今天,用性能较好的钢材、水泥修建中小学校已不是问题。况且,2004年国家建设部第218号公告,对实心粘土砖已列为限制、禁止使用技术(当时出台是出于保护耕土面积的国策)。
国家应高度重视中小学建筑的安全性,以苍生为念下决心淘汰“秦砖汉瓦”式的古老墙体材料,采用现代的钢筋混凝土材料建现代化的学校。
三、 摒弃外挑廊教室的建筑模式,建立多柱式的多道抗震防线
学生集中学习的教室空间大、空旷,横墙较少;教室要求光线明亮,在教室两面墙上开大洞采光,结构纵向刚度也弱;更有甚者,为了节省材料,又砍去了外廊柱子,用悬挑板作走廊;形成了目前常见的单跨外挑廊式教学楼。不言而喻,这种两片墙(柱)的门式结构是很脆弱的,若其中一边墙柱破坏,整个教学楼就会垮塌。若在挑廊下加一根柱子,使房屋横向每个开间有三根柱子落地,教室结构就会多一道抗震防线,多一份安全保障。
四、 楼梯是逃生的生命线,设在房屋两端不抗震
楼梯是房屋的垂直交通要道,是地震和火灾疏散的生命线,是逃生时的安全岛,要修得坚固结实,且应布置在大楼的可靠位置。
楼梯的构造是上下直通的中空过道,楼梯段与两边的维护墙不搭界(象一根中空无节的竹竿),楼梯的侧墙就成了从底到顶的一片高耸的悬墙,稳定性很差,若把它放在房屋端头山墙或外墙处,在地震扭转耦连作用下,很容易造成楼梯间垮塌,会把学生卡死在逃生的路上。因此,楼梯间应放在两边有房间保护的部位,如放在端头的第二开间或教室的中部。
地震时楼梯疏散的人流集中、拥挤,越往下越严重,建议:中小学校教学楼不宜修得太高,以3~4层为宜,10度区只修两层。
五、 修建抗震的教学楼不是坚不可摧,而是大震不倒
把房屋修得坚不可摧,在巨大的自然灾害破坏力面前,几乎是不可能的,也是不可取的。作为对孩子的一片爱心是可以理解的。我们人类可以用智慧去抵御、战胜自然灾害,建一所抗震避灾的教学楼。
避开以刚制刚、硬碰硬的作法,用中国太极拳的以柔克刚的方法,用壁虎断尾求生的思路来设计抗震的房屋。即在房屋结构的次要部位,设置若干耗能机构,让其预损破坏来消耗地震能量,我们只在安全核心部位加强抗震力量,“以弱胜强”来躲过地震灾害。如采用框架结构建教学楼时,在非承重的框架填充墙上让其开裂,出现“X”形的大裂缝来耗能;把框架设计成“强柱弱梁”,让其梁断裂(出现塑性铰)、柱不倒,舍梁保柱再次耗能。在遭到罕遇大地震时,只要柱子不倒,房屋就不致倒塌或发生危及生命的严重破坏,就可给学生留下冲出危楼险境逃生的宝贵时间,达到抗震避难的目的。这就是我们设计抗震教学楼的指导思想。
我国抗震设防思想是三水准设防目标:小震不坏,设防烈度地震可修(如成都市设防烈度为7度),大震不倒。
六、 推荐抗震性能较好的框架结构或框架-剪力墙作教学楼抗震骨架
教室是大空间的空旷房屋,框架柱网布置灵活,可满足使用功能要求,框架结构的梁、柱构件刚性连接,受力性能好,既能承受垂直重力荷载,也能承受地震水平力作用。适合设防烈度为6、7度的抗震教学楼选用。
国内多次地震灾害表明,框架由于侧向刚度小(柱子截面小),在强地震作用下结构的侧向位移过大,非结构破坏比较严重,不仅地震中危及人身安全和财产损失,而且震后修复量和费用也很巨大。为了加强房屋抗侧移刚度,可在教室黑板墙及后排墙两处可封闭的横墙中加入部分钢筋混凝土墙体,并在房屋四大角包上“L”形剪力墙,形成框架-剪力墙结构体系,它具有足够抗侧移刚度和抗弯能力,是优良的抗震结构体系,适合设防烈度为8、9度地区的教学楼选用。
由于10度区抗震设计的建筑,我国目前尚无经验,不在现行规范之列。
汶川大地震发生后,在抗震救灾的命令下,在震区前沿地带用“轻钢结构-钢皮聚苯夹心板”搭建起大量过渡安置房,给我们以启示,在9、10度区可采用高强轻质的钢结构修建抗震教学楼。
七、 提高中小学校建筑抗震设防等级
根据汶川大地震的震害需重新评价中小学校的抗震设防类别。
现行抗震设防分类标准规定:中小学校教学楼建筑的重要性属“丙类建筑”。汶川大地震表明,其地震破坏造成的社会重大影响,应提升为“大型公共建筑”,其抗震设防类别由丙类提高为乙类。设计时其抗震措施应按设防烈度提高一度执行。
八、提高汶川大地震区域抗震设防烈度势在必行
地震震级和烈度已成为人们关心的事,常被谈起,又不甚了然。
地震震级是以震中(地震发生的地方)地震发生时释放的能量大小确定的。一次地震只有一个震级,如汶川大地震为8.0级。震级相差一级释放能量相差31.7倍。1976年唐山大地震7.8级释放的能量相当于日本广岛400颗原子弹的爆炸力,四川“5.12”汶川大地震8.0级是7.8级的1.99倍。在大灾面前,中国人民表现出镇定、坚强、团结、伟大。
地震烈度是地震波及范围内建筑物和构筑物遭受破坏的程度。它是要经过震害调查,根据建筑物、构筑物遭受损坏和破坏情况确定的。由国家颁发文件确定。
汶川地震区域震前的抗震设防烈度基本为7度(松藩为8度),震后急需调整。由于灾区重建时间紧迫,设计中对本地区抗震设防烈度的使用迫在眉睫,在这非常之时,行非常之事。在国家未正式公布之前,个人根据国家已经公布的震级及有关资料,应急提出建议值,供设计参考。(个人观点,仅供参考)
根据汶川地震震级为8.0级,震中(即震源正对着的地面位置)的地震烈度约为震级的1.3倍,则映秀震中的烈度为10度。
媒体已报导,此次汶川大地震最大烈度为11度。北川位于主震带,地震波沿断裂带传播,北川遭受破坏的程度比映秀更为严重,则北川地震烈度为11度。
龙门山脉西边主干断裂带,位于汶川-茂县一带,但并不经过汶川县城,根据汶川县城房屋倒塌、严重损坏、及基本完好各约1/3的情况,汶川县城地震烈度应为8度左右(类比唐山地区)。而茂县、松藩为9度左右(松潘原为8度)。
龙门山脉中间断裂带,位于映秀-北川-青川一线,南延至都江堰,是汶川大地震的主震带。映秀镇、北川县城在这场灾难中,几乎被撕成了碎片,其地震烈度最高(如上述)。则青川县为10度左右,平武县为9度左右,北川县城烈度达11度,已不适合原址建房,应另择址建城。
龙门山脉东边主干断裂带,位于绵竹—江油—广元一线,处于青藏高原边缘与成都平原的交界处,由于东边与成都平原相邻,破坏程度有所减轻,根据地形高低其烈度可分为平坦区与山区两部分,山区破坏严重,山区烈度定为8度、则平地为7度。即绵竹*、什邡*、安县*、江油*、广元*、都江堰*、彭州*、崇州*(下标*号指该城镇在山区部分为8度,平原部分为7度)。
成都市区设防烈度为7度不变,但设计基本地震加速度值由0.1g提高为0.15g(g为重力加速度)。成都周边的温江、郫县与成都保持一致。
九、 注意校区选址,避开地质不利地段
在强震区(一般为6度以上的地震区)选择校址时,要趋利避害。
校址宜选择抗震有利地段。如稳定基岩、坚硬土、或开阔平坦密实的中硬土。
校址宜避开抗震不利地段。如条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质的陡坡,河岸和边缘地带。当无法避免时,应采取有效的抗震措施。
选址应避免危险地段。如可能发生山崩、地裂、滑坡、泥石流等地段,以及地震断裂带上可能发生地表错位的部位。
十、 严格中小学校教学楼的施工图及抗震审查,严把设计质量关
中华人民共和国建设部令第134号《房屋建筑和市政基础设施工程施工图设计审查管理办法》第十一条规定,审查机构应按照有关法律、法规,对施工图涉及公共利益、公共安全和工程建设强制性标准的内容进行审查。
实施中可能因中小学校投资规模小,不够审查的启点线,或因县乡地域分散、边远,往往被漏审、漏查。汶川大地震的灾害令国人触目惊心,再不能被忽视了,必须高度重视中小学建筑的抗震设计质量,把其施工图审查工作纳入基本建设的正常管理程序,狠抓不放。
十一、建立中小学施工准入制度,严禁不法承包与层层转包,杜绝豆腐渣工程
目前县乡级中小学工程施工队伍鱼龙混杂,不能形成施工质量保证体系。应严格规定施工资质准入制度。不准无资质的“桥头部队”承接工程,不能让农村五匠、城镇建筑修缮队、家庭装饰公司等私自承包工程,严禁有照单位卖照挂靠,严禁有资质单位承接工程后层层转包、层层盘剥工程建设资金,最后资金不足、偷工减料、不顾建筑质量与安全、制造豆腐渣工程,危害公共财产及安全,危及学生生命安全。
十二、加大中小学校经费投入,严惩贪腐现象
以前由于国家还不富裕,国家对中小学建设的投入偏少,特别是在广大县乡级学校建设资金还捉襟见肘,特别是要建设一所抗震的中小学校就更不够。以前社会爱心捐献20万元建一所希望小学的起点偏低。
中小学生是生命的花朵,是国家的未来,汶川地震的大灾难唤醒人们要高度关怀他们的生命安全,全国人民从心底发出一个共同的声音:给孩子们修一所抗震的学校。国家和社会一起来加大建校资金的投入,建一所房屋安全的学校。
灾区重建是一项大工程,建设投资热钱滚动,大量的爱心资金要从一些官员、建筑商的手中流过,总有一些人会见钱眼开,向钱伸手,搞权钱交易,贪污孩子们用生命换来的建校费,真是天理不容。要加大反腐监督力度,对贪腐者揪出来严惩。
希望在灾区学校重建中把抗震学校建得优质快速,管理清正廉明。
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作者简介:万恒均 九三学社四川省建筑设计院支社主委。1960年毕业于重庆建筑工程学院工业与民用建筑专业(本科),1960年—1997年在四川省建筑设计院从事结构设计工作37年多,历任技术员、工程师、高级工程师、一级注册结构工程师、主任工程师、分院总工程师,退休后继续执业。