汶川大地震对工程设计和研究的启示

高振梅 王卫国

汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、涉及范围最广、救灾难度最大的一次地震，给四川省造成直接经济损失超过1万亿元人民币。综观这次大地震，可给地震工程学带来以下几点启示。

1 加深对地震工程知识的了解，工程建设中避开断层选择对抗震有利的建筑场地

这次巨大地震的最根本动力来源还是青藏高原和华南地块之间相对运动在断裂带上产生的能量积累和释放[1，2，4，5]。印度大陆向北推挤，形成了“世界屋脊”青藏高原，其平均海拔高度超过5 000 m，地下的地壳厚度达60 km～70 km，比四川盆地厚40 km的地壳多出20 km～30 km。在这种状态下，青藏高原不可能再向上升高和向下增厚，高原内部的地壳物质只能向东和向北扩展，导致高原在这两个方向上的增生。由于强硬四川盆地的阻挡，在青藏高原东部与四川盆地交界地带就形成了南起泸定和天全，北达广元和陕西勉县、长近500 km、宽 40 km～50 km、北东走向的龙门山脉。构成龙门山脉的重要岩石单元是古老的杂岩体，这种岩石抵抗破坏和断裂的强度特别大，能够积累很大的能量在瞬间释放形成强烈地震。这次地震破坏严重的地方无一例外地都坐落在断裂带上。北川县城遭到毁灭性破坏的原因有四条:1)映秀—北川发震断裂从整个县城通过;2)县城附近的地震破裂位移量大，地震在这里释放的能量也大;3)县城坐落在河滩松散堆积物之上，场地效应和地基失效使破坏加剧;4)大量的山体滑坡和岩石崩塌使得灾害雪上加霜。汶川地震发生在四川龙门山逆冲推覆断裂带上。该断裂带是青藏高原和华南地块的边界构造带，经历了长期的地质演化，具有十分复杂的地质结构和演化历史。

2 工程设计、施工、验收必须严格执行建筑法规，加强抗震设防概念认识

这次大地震中倒塌的房屋，无抗震设防的建筑物远比抗震设防的多。这主要是:1)某些建筑的设计不符合规范、建筑材料以次充好、施工粗制滥造，例如部分倒塌建筑物所用的钢材和水泥不符合标准，且工程施工中经常会有未经过专业训练的人员承担;2)建设管理部门没有严格履行审批、检查和监督职责，有的检查和监督人员收受贿赂，任凭那些不符合标准的住宅进入市场。人们普遍认为，那些惟利是图的劣质建筑承包商是罪魁祸首，而负责审批、监督建筑的政府主管部门及其官员也负有不可推卸的责任。这说明有法不依，执法不严，再好的法律也不过是一纸空文。因此必须加强工程设计、施工、验收各环节的把关和监督机制。

抗震设防的目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损失或者不需要修理可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或者不需要修理仍然可以继续使用;当遭受高于本地区抗震设防烈度预计的罕遇地震影响时，不至于倒塌或者发生危及生命的严重破坏。建筑业内俗称“小震不坏、中震可修、大震不倒”的说法，即由此而来。因此，有些人就会认为，如果按照建筑规划严格施工的建筑，在地震中并不会倒塌。凡是瞬间垮塌的房屋，肯定不符合建筑规划要求。要么设计不符合，要么施工不符合。作者认为这种看法并不完全正确，这里所说的大震是指设防范围内的罕遇地震，显然，5◦12汶川大地震已远超过我们设防中的罕遇地震范围。但这也说明我们抗震目标中提到的“大震不倒”说法有待商榷。如何定义才能让非专业人士听起来更能接受是一个有待研究的问题。

3 在抗震区建筑设计中宜采取规则建筑，加强对陈旧房屋的鉴定和加固

在地震中，由于建筑物承受地震波，规则平面的建筑物，如方形、圆形或其他对称形状的建筑物会振动、移动，而不规则平面的建筑物在地震时，不但会振动、移动，而且会扭转扭曲，这种扭转扭曲使建筑物在地震中会有复杂的反应，引起地震应力集中造成建筑物破坏。对于竖向不规则的建筑，由于存在刚度突变，在地震中往往会从该层断裂倒塌或者把该层压偏，尤其是高楼式公寓住宅楼，倒塌最为严重，造成的伤亡最大。

在汶川地震中学校建筑大规模倒塌，尽管有关部门将校舍倒塌的原因归结为:“1)地震超过了预计强度，学校校舍抗震难以抵御如此强烈的地震;2)灾情发生在上课期间，集体伤亡人数比较多;3)教室楼面负荷大，学生疏散时又集中在楼梯间，走廊、楼梯是建筑中比较薄弱的环节，所以造成了一定的损害;4)倒塌的相当多校舍建筑时间比较长，校舍陈旧落后;5)学校建筑在抗震方面本身就存在着设计方面的先天性缺陷”。但汶川地震中学校建筑大规模倒塌也说明在工程设计和鉴定加固方面的机制有待进一步加强和完善。

根据当地建设部门的要求，对尚未倒塌的重要建筑应及时进行评估，包括各类学校、生命线工程等。包括学校、供水、供电、医院、疾病控制中心、广播电视中心等生命线工程、银行、邮局、公安局、派出所、主要政府办公楼(应急指挥部)等，主要目的是排除在余震中可能存在结构倒塌危险的隐患。对重要房屋的应急评估是很有价值的工作，开展这项工作抢时间很重要，仅针对关系到民生的重要建筑，一般不需要借助于仪器，主要依靠技术人员的专业知识和工程经验，按照属于多数结构受力构件出现严重的结构缺陷、局部已垮塌且相连的结构构件存在坠落可能性等基本原则确定需要立即拆除或局部拆除的房屋，必要时可以根据鉴定标准的砖房面积率指标做简便的复核计算。对于其他房屋，则应严格按照相关技术标准的要求，在完成现场检测以后才能进行结构整体评估，并为修复和加固提供依据。

4 采用低层建筑物和先进的工程抗震技术，提高工程抗震能力

地震具有突发、高频、破坏力巨大等特点，而且不容易预测，同时地震发生机理目前世界上也没有形成统一的认识，而在抗震设计计算中涉及了大量的非线性问题也是工程地震学上的棘手问题。结合上述这些问题，要想完全解决建筑物在地震作用下的安全问题仍然显得任重而道远。我们应该掌握地震的相关知识，深入研究建筑物抗震构造要求以及抗震设计方法。结合模糊数学，采用模糊设计方法进行抗震设计计算。房屋除了上部结构外，地基基础也是抗震设计中的重要部分，应该格外的关注。可以采用隔震消能等技术提高工程抗震防灾能力。

5 地震救灾中应注重高科技成分的投入

5◦12大地震后的国际救援队伍中，国内外有些团队配备有高科技的仪器设备并训练有素。这些装备有:探测废墟的光纤遥控针孔摄影机、侦测生命迹象的雷达、声波、声纳感应器、红外线搜寻仪、前端内视镜后端画像的组合探索仪、切割钢筋混凝土的电动钻石锯、油压剪、监测计算震动力与倾斜度的定位仪、卫星电话器材及搜救犬等。这些品类齐全的设备在救灾中发挥出优越的功能，在这次大地震中，从废墟中救出生还者八万余人，与这些先进的高科技救援仪器设备是密不可分的。可见高科技设备投入和训练有素的防灾救灾体系对于震时的应急是多么需要的。

汶川地震，是一次低速率、长周期和高强度的巨大地震。这次地震的特点是能量积累慢、复发周期长、影响范围大、破坏强度高、次生灾害重。由于这种地震发生在大陆内部，对人类社会的破坏性极强，并且难以预测，是一种今后地震工程学者值得重视和深入研究的新的地震类型。如何增强工程抗震防灾能力及地震后的综合应急措施已经成为一个全球面临和研究的国际化难题。

[1] 吕西林，任晓崧，李 翔，等.四川地震灾区房屋应急评估与震害初探[J].建筑学报，2008(7):56-57.

[2] 李建中，吕西林，李 翔，等.汶川地震中钢筋混凝土框架结构的震害[J].结构工程师，2008(6):211-212.

[3] 朱瑾瑜，罗奇峰.汶川地震后对农村防震减灾对策的思考[J].山西建筑，2009，35(6):85-86.

[4] 刘 威，吕西林，李建中，等.汶川地震中屋顶突出物破坏分析[J].结构工程师，2008(6):95-96.

[5] 孙景江，马 强，石宏彬，等.汶川地震高烈度区城镇房屋震害简介[J].地震工程与工程振动，2008(6):101-102.