震后汶川学校建筑重建的调研与思考

震后汶川学校建筑重建的调研与思考

吕秋晨，刘希，孙欲顺，张磊

（重庆大学土木工程学院重庆400045）

针对地震后汶川学校建筑的破坏状况和灾后重建工作进行了调研和分析，了解了学校建筑破坏严重的原因，重建工作重视在学校建筑中适当提高抗震设防标准，并广泛采用了先进的隔震效能技术。

汶川地震；学校建筑；隔震；调研；思考

1 引言

汶川地处我国一个大地震带——南北地震带上，中部地区的中轴地震带位于经度100度到105度之间，涉及地区包括从宁夏经甘肃东部、四川西部直至云南，属于我国地震密集带。汶川又在四川龙门山地震带上，是个地震多发区域。2008年发生在汶川的5·12大地震给人们带来了巨大的生命财产损失，尤其是在人流密集度高，人流量大且频繁的学校建筑中，伤亡更加惨重。四川近7000座学校建筑倒塌，大量校舍坍塌，导致学生伤亡近万人。

汶川地震之后，对于如何在地震后给地震区域百姓建设一个安全、适宜居住的家园，尤其是学校建筑在地震时的安全保障性是摆在重建者面前的一道难题。为了解决这些问题，专家学者们重新修订了汶川地震区域的抗震等级，政府与各援建局一起，围绕建设“强震中不倒的安全房屋”的思想为指导，对于学校建筑提高了抗震等级，并引入了先进的隔震减震技术。

目前的建筑物是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震力作用的，震害实践表明，对于特大地震单纯采用“抗”的办法是抗不住的，建筑工程还是免不了要遭到破坏。而隔震技术和抗震思路不同，它不是着眼于工程本身的强度、刚度、柔性，而是企图利用一种装置把建筑物和基础隔开，以达到使建筑物不破坏的目的。作为土木工程专业学生，实地了解地震灾害的破坏性和重建工作中的先进技术，对于专业课程的学习将会有很大的帮助。因此，我们在大学生科研计划项目“学校建筑抗震结构调查与分析”的研究中，针对地震后汶川学校建筑的破坏状况和灾后重建工作，结合专业知识到地震灾区进行实地调研。

2 汶川灾区学校建筑震害分析

地震前，汶川地震区建筑抗震设防烈度在都江堰和汶川都是7度，但震时都江堰地震烈度达到8～9度、汶川地震重灾区映秀镇地震烈度达到10～11度，实际地震烈度已达到或超过了本地区设防水准的罕遇地震。在这次地震中，学校建筑受灾严重，收集到的学校建筑破坏情况的几幅图片示于图1中[1]。

图1 学校建筑破坏情况

查阅相关文献，可知学校建筑的严重破坏主要归结于以下几个因素：

一是工程的选址不当，没有避开地震活动地带和大的地质断裂带。对校舍建筑重视不够，抗震设防过低。我国的结构抗震设计原则是小震不坏，中震不修，大震不倒，在抗震设计规范中，将建筑划分为甲乙丙丁四类，前两类作为标志性建筑，或指挥性建筑，抗震设防要求较高，而在汶川地震前该地区的中小学校舍多按普通建筑划分为两类建筑，只能满足抗震设防烈度，一旦遇到类似此次汶川8.0度的罕遇地震时，抗震性能明显不足。

二是结构造型不合理，学校建筑作为特殊建筑具有内部空间跨度大、荷载高，教学楼墙体高宽比不当，且长期处于动静荷载的反复作用，人员密集，疏散时间长等特点。这就要求校舍建筑必须满足耐久度高柔性佳抗倒塌能力强的要求，而在汶川过去的校舍建筑中大量采用的是砖混承重墙加预置楼板的结构形式，且大多数建筑没有加圈梁。这些隐患在平时单纯竖向荷载作用下不明显，一旦遇到地震、风暴等外界破坏力，极易诱发瞬间整体垮塌，如图1（b）汶川璇口中学的校舍整体倒塌就属于这种情况【3】。

三是施工质量太差。对于此次汶川地震，四川省建设厅出了一份关于校舍大面积垮塌情况的专项分析报告，报告认为导致此次地震的学校大面积垮塌的主要原因有三方面：一是建筑设防标准低，而是地震烈度太大，三是部分建筑结构设计不合理和施工质量控制不合理。而其中一个最为重要的原因是施工质量太差。

3 汶川灾后学校重建工程调研

2009年10月，项目组进行汶川灾后实地考察和调研。先后走访了都江堰光明团结小学，汶川幼儿园，汶川第一小学，汶川第二小学，汶川第一中学。在汶川幼儿园，汶川第一小学，汶川第二小学，亲眼目睹了学校建筑的重建工作和聆听了相关技术人员对重建工作中采用的抗震措施和先进的隔震消能技术的详细介绍。限于篇幅，本文仅介绍几个有特色的重建学校建筑。

首先介绍汶川县幼儿园。汶川幼儿园项目投资2394.00万元，采用了先进的幼儿园设计理念，外墙选择简洁明快的现代风格，五颜六色的“糖果盒子”蕴含童真与意趣，为孩子们创造出天真烂漫的幻想空间。其立面设计简洁大方，更是一座无障碍建筑，儿童通行安全便利。汶川幼儿园裙房三面环绕，楼层不高（仅有三层），彼此相通便于交通和逃生，地板、道路均采用柔性材料。在考虑地震应对措施上，采用了先进的组合基础隔震技术【2】，使用隔震支座32个，包括滑板支座20个，橡胶支座12个，以减小地震作用。在几栋建筑物之间还设置了隔震消能过道板，如图2（b）所示。幼儿园几栋建筑挨在一起，地震发生后，建筑变形互相挤压，可能造成建筑破坏和人员的损失。为解决这一问题，采用了简易可行效果较好的隔震消能过道板。过道板是连接两栋建筑的构件，利用两栋建筑在地震时振动周期的不同，起到相互抵消位移，从而减小每一栋建筑的振幅，减小位移的作用。平时则可以作为连接两栋建筑的通道使用。

图2 汶川幼儿园外观及其细部构造图

图3 汶川一小以及梁廊柱构造

广州建设局援建的汶川一小是汶川县规模最大的小学，造价7200万元，建筑风格为欧式风格，环境色彩活泼自然，校园空间严谨庄重，传承文化又不失现代感。学校设施的先进程度至少20年不会落后。由于工期短未能使用隔震技术，采用框架结构，楼板整体浇筑，梁柱尺寸为非地震带的两倍左右，图3（b）所示，较之以前位于该地区的学校建筑采用预制板结构，从整体抗震性能上来说提高很多。

汶川二小项目投资5480.00万元，是一所伤残无障碍小学，呈现羌族建筑风格，设有书法教室、远程教育教室等，是一间兼有对残疾人进行特殊教育功能的新型小学，如图4（a）所示。汶川二小在建设中采用了橡胶隔震垫、隔震过道板、阻尼器等先进隔震新技术，在建筑物基础上与上部结构之间以及上部建筑层间设置由隔震器、阻尼器等组成的隔震层，减少输入到上部结构的地震能量，降低上部结构的地震反应，达到预期的防震要求。隔震支座安置在首层以下竖向构件的下面，便于维护人员接近的部位，外露预埋件有可靠的防锈措施。汶川二小共采用了隔震支座134个，如图4（b）所示，包括弹性滑板支座46个、叠层橡胶支座88个，使用阻尼器8个，隔震支座专门设置一层，高度两米左右。典型的滑板支座是在基础面上设滑移层。当地震强度达到一定程度时，滑移层受到地震作用大于摩擦力，滑动面通过滑移消耗和阻止地震能量上传，起到隔震作用，达到即使地震强度增大，上部结构内力变形也不增加的目的【4】。隔震垫上方的纵、横梁采用现浇钢筋混凝土结构；隔震层顶部梁板体系的刚度和承载力，大于一般楼面的梁板刚度和承载力；梁、柱在设置隔震垫的位置，考虑冲切和局部承压，加密箍筋根据需要配置成网状钢筋，抗震防震明显有效。通过隔震装置，将减弱或改变地震动对结构的作用，达到减小结构振动的目的，汶川二小的建设打造出地震区精品工程，可抗九级地震。

图4 汶川二小全景及其抗震设计

在汶川二小及幼儿园使用的基础隔震橡胶垫的材料配方中都添加了适量的“抗老化剂”，橡胶垫的耐老化性能大大提高；在夹层橡胶垫的外皮设置了厚度约10mm的“保护层”；在橡胶垫材料配方中加入了“阻燃剂”及其他特殊的掺和剂，又在橡胶垫的外皮“保护层”的外表面涂刷特种涂料层，从而大大提高了橡胶垫的耐火、耐水、耐腐蚀等性能。耐久性好，使用寿命长于100年。汶川二小还采用了滑板支座，其价格只有橡胶隔震支座的1/3。根据广州援建汶川县第二小学项目的经验，大面积的推广使用滑板支座可以降低土建工程造价30～50元/ m2【2】。

4 对抗震和隔震建筑的性能的浅析与思考

汶川一小和汶川二小分别采用了传统的抗震设计和隔震设计，不同的模式达到了殊途同归的效果，两种方法的比较列入表1中。

表1 【5】基础隔震设计和传统抗震设计对比

汶川一小采用传统形式，虽然造价技术相对较低，可是相比汶川二小采用隔震技术来讲，不是去隔离地震的影响，而是依赖结构本身的强度和刚度去抵抗地震作用，就要求结构本身有足够的抗震能力，而不得不加大梁柱截面面积。隔震技术安全可靠，大地震时隔震结构水平方向加速度反应仅为传统抗震结构的1/3～1/8（即安全度提高3～8倍）。采用隔震技术，强震时不仅房屋不会损坏、倒塌，功能系统也不会被损坏；人员可以不必疏散，照常工作。从而使隔震房屋可作为大地震中的“急救中心”和“应急指挥中心”【1】。基础隔震结构体系通过设置隔震层，由隔震层的隔震装置吸收并消耗主要地震能量。隔震层的设置改变了上部结构的自震周期，降低了结构的地震反应，确保上部结构在大地震时仍可处于弹性状态，或保持在弹塑性变形的初期状态，做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，成为大地震中的“避难所”。但是隔震技术仍有它自身的弱点，比如工期延长，造价提高，施工要求高等。最重要的是，目前夹层橡胶隔震支座仅考虑水平隔震，对竖向地震几乎没有减震作用。竖向地震对一般的建筑物影响不大，但对一些大跨度和长悬臂结构，竖向地震作用影响会很大。如何既考虑水平减震，又能在竖向起到减震效果的隔震支座成为重要研究课题。比如一般认为，低层建筑物柱子传来的轴力不大，采用隔震系统后效果明显。以前我国采用隔震技术的建筑大多是多层框架结构或砌体结构，随着经济的发展高层建筑日益增多，如何在高层建筑中采用隔震技术成为一大难题。这就要求我们新一代的土木人今后不断探索不断创新，以改进它的不足【6】。

要在防震减震的同时建设更经济合理的建筑，还需要传统抗震和隔震相结合；在安全性要求不高、人流不密集的辅助房屋可以采取传统抗震形式，在主要的教室寝室采取隔震措施。还应充分考虑地形特点，在基础较好的基岩上可以适当减少隔震技术的利用，并逐步扩大隔震技术的应用范围和完善程度。

5 结语

针对地震后汶川学校建筑的破坏状况和灾后重建工作进行的调研和分析表明，学校人口聚集，建筑破坏严重，人员伤亡惨重，5·12地震前大多抗震设防标准低，抗震措施严重不足，绝大多数教学楼为砖砌体加预制混凝土楼板结构，圈梁构造柱设置不够，整体性不强。在强地震作用下，墙体脆性受剪破坏，预制楼板因与墙体（圈梁）缺少可靠连接，造成倒塌。重建工作重视在学校建筑中适当提高抗震设防标准，房屋建筑设计要实现“强柱弱梁”机制，加强整体性，同时注重学校的选址，并广泛采用了先进的隔震技术。隔震技术是目前最有效的防御地震的技术，它应用于汶川，也将应用于全国各个区域地方，隔震技术将有很好的应用前景。

[1]李英民，刘立平.汶川地震建筑震害与思考[M].重庆大学出版社，2008年10月

[2]杨随新.关于隔震技术在威州重建中应用情况的报告1[R].广州建设局，2009，11:3-4.

[3]杨随新.关于隔震技术在威州重建中应用情况的报告2 [R].广州建设局，2009，11，:4及附件8

[4]王翠昆，杨沈.汶川地震对建筑结构设计的启示[J].震灾防御技术，2008，3(3):233-234.

[5]王永卫，王群伟，杜杰.隔震技术的应用与发展[J].山西建筑，2009，35(27):75.

[6]戴国莹.房屋建筑的隔震设计和消能减震设计[J].建筑科学，2002，18(5):56.

[7]吴兵，冯沛芸.中国隔震技术浅析[J].深圳大学学报（理工版），2003，20(2):81-82.

Investigations and Reflections on Reconstruction of School Buildings in Wenchuan after the Earthquake

Research and analysis of the damages and post-disaster reconstruction work of the school buildings in Wenchuan are conducted to find out the main causes for the severe damages of those school buildings.Great emphasis are attached to the proper elevation of seismic fortification criteria of the school buildings reconstruction work.and advanced seismic isolation and energy dissipation techniques are intensively employed in the post-disaster reconstruction work.

Wenchuan earthquake;school buildings;seismic isolation;research,thinking

TU973+.31

A

1671-9107（2010）06-0047-03

项目资助：重庆大学大学生科研训练计划项目“学校建筑抗震结构调查与分析”

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.6.047

2010-4-14

吕秋晨(1990-)，女，湖北人，土木工程专业08级学生。