以汶川地震十周年祭反思教學樓抗震設計

魏 樂

(大同市二院建筑設計研究有限責任公司，山西 大同 037006)

0 引言

時間永是流逝，街市依舊太平,十年已經過去了，而十年前那場突如其來的大地震將多少親人陰陽兩隔，將多少孩子的笑容定格在2008年5月12日14時28分04秒。這是一個永遠留在我們心里的痛。也必將引發(fā)我們長久的哀思和反思。在汶川地震十年后的今天，我們這些結構設計工程師，從這場大地震中，吸取了那些教訓，明白了那些道理。我們不能像媒體報道者和不明真相的群眾一樣，一言以概之“豆腐渣工程”，十年后的今天，我們需要的是冷靜、客觀的分析，需要的是嚴謹，認真的設計，我們更需要的是結構人的擔當和探索。反思過去，就是為了更好的服務明天，就是為了讓明天的設計更合理，更科學。

1 教學樓成了重災區(qū)的原因

1.1 教學樓特點

我們傳統(tǒng)教室一般為矩形，也有正方形，六邊形的，不過絕大數(shù)是長8 m～9 m，寬6 m～7 m，高3.3 m～3.6 m的矩形教室。這樣的平面布局有利于兩側均開窗通風采光；教學樓以教室為主，在小型教學點，一般沒有專門的辦公樓，教師辦公室同樣放在教學樓內。辦公室根據(jù)教師辦公特點，也同樣以集體辦公為主，所以，辦公室同樣是大開間。這樣組合起來的教學樓必然是橫墻較少，層高較高的多層房屋。

1.2 結構形式的探討

倒塌的農村教學樓，多為20世紀80年代末，90年代初的建筑，結構形式以磚混結構為主，層數(shù)為3層～4層，以磚墻作為主要豎向承力構件，水平樓板大多是預制空心板。為了解決豎向交通，又不浪費建筑使用面積，通常在建筑的兩端設置樓梯。這樣的結構形式，當?shù)卣鸢l(fā)生時會出現(xiàn)如下幾點抗震不利因素。

1.2.1墻體太少的不利影響

作為既要承受豎向荷載也要承受水平地震作用的構件，教學樓這種平面布局，較大的空間，較少的墻體就必然要承擔高過自身抗力的荷載。且會受到平面內，平面外的地震作用，當主要承受平面外的水平地震作用時，就會處于彎曲抗拉狀態(tài)。尤其是底層墻，因門窗開洞過多而受到嚴重削弱，脆性的磚墻，抗拉強度較低的砂漿，必然會沿受力方向迅速開裂，直至倒塌。部分墻體失去強度會增加底層剩余豎向構件的負擔，這就會形成連鎖反應，全樓會在地震初起時即發(fā)生大面積破壞。

1.2.2整體結構形式不穩(wěn)固

前面已經說過，教學樓開間大，跨度大，樓蓋一般通過設置花籃梁將預制空心板托住，而大梁簡支在240厚單薄墻體上。這種強梁—弱墻的結構形式，整體穩(wěn)固性很差，難以承受水平地震作用。位于教學樓盡端的樓梯，又徹底打斷了邊跨與整體的連接。整個建筑，有效地連接太少，整體性嚴重不足，設有多余的約束，必然難以抵御強震的作用，倒塌也就不足為奇。

1.2.3傳力體系不合理

GB 50011—2010建筑抗震設計規(guī)范(2016年版)第3.5.3條明確提出：1)宜有多道抗震防線；2)宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中。

再反觀倒塌的建筑，就像前面我們講過的，墻體太少，導致傳力體系缺乏冗余約束，全部荷載都傳遞給底層墻體，加上底層開洞太多，必然造成應力集中，且又設有其他扶持，缺少備用傳力途徑，整個體系太過脆弱，遇強震會引發(fā)連續(xù)倒塌。

1.2.4施工、材料方面的質量缺陷

無論設計、施工，規(guī)范都有明確的構造規(guī)定。除極少數(shù)山區(qū)建筑外，學校建筑均為正規(guī)設計，正規(guī)施工的單位。但在倒塌的現(xiàn)場，也確實看到了狀如“豆腐渣”的混凝土。許多混凝土里的粗骨料為河卵石，混凝土配合比也是經驗配比。不止混凝土質量有問題，混凝土在遭受地震的反復作用后，以及倒塌時的墜落撞擊，人員搶救時的翻到。準確評定已非易事。但是存檔文件里的設計、施工、驗收等資料，均存在不同程度的問題。加上20世紀早期施工的主力軍為農建隊伍。舉個例子，混凝土空心板的端部構造連接有嚴格的要求。國家圖集也明確了相關做法。但在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，空心板端部做法遠遠達不到要求。這就為日后使用留下了隱患。也給本來脆弱的教學樓結構造成更不利的抗震條件。

2 現(xiàn)在新建的教學樓的抗震不利因素

2.1 連接兩到三座教學樓的單排框架走廊設計

現(xiàn)在又出現(xiàn)一種現(xiàn)象，許多教學樓平面布置成“E”字形，通過一道連廊，將兩到三棟獨立的教學樓連接成一個整體，方便師生平面交通和豎向交通，但這種形式又在結構設計人員與施工圖審查人員之間發(fā)生了不小的糾紛。因為走廊寬度一般2 m～3 m，建筑設計通長設計成單排框架，結構設計人員也就按單排框架設計。結構設計人員認為，第一，這種交通分部工程，使用頻率不高，作為單獨的一個構件應定性為丙類建筑，且根據(jù)規(guī)范條文解釋可以通過采取措施設計成單排框架，并且設計成雙排框架，基本不能滿足使用要求。圖審人員認為，根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設計規(guī)范(2016年版)第6.1.5條，明確不能設計成單排框架。這個問題應成為一個明確的規(guī)定，來指導設計和圖審的工作。

2.2 減隔震要避免一窩蜂現(xiàn)象

國家教育部，以及部分省市教育系統(tǒng)明確發(fā)文，要求中小學，幼兒園建筑必須設置減隔震。這樣的行政命令，有時又會弄巧成拙。因為GB 50011—2010建筑抗震設計規(guī)范(2016年版)第12.1.2條12.1.3條明確提出：建筑結構隔震設計和消能減震設計確定方案時，除應符合本規(guī)范第3.5.1條的規(guī)定外，尚應與采用抗震設計的方案進行對比分析。12.1.3條更是規(guī)定了諸多設置條件。而我們的設計一窩蜂上，減隔震廠家一窩蜂上，在國家還沒有具體操作規(guī)程，沒有具體制作標準出臺以前，產品難免會魚龍混雜，良莠不齊，那么，再遇到5月12日那樣的大震，我們的教學樓是否經得起考驗。

3 放眼未來

1)通過對震區(qū)震后教學樓統(tǒng)計結果分析，絕大多數(shù)按正規(guī)設計，正規(guī)施工的教學樓，完全經得起考驗?！捌站殴こ獭痹谡饏^(qū)的教學樓表現(xiàn)就非常好，無一倒塌，且都基本完好。這種情況對設計，施工應該是最大的鼓舞。證明我們國家的設計規(guī)范是可靠的，我們的施工質量是可靠的。我們有信心建設美麗校園，安全校園，平安校園。我們也有信心成為建設強國。

2)未來我們的努力方向。

a.繼續(xù)加大教學樓科研的力度。在現(xiàn)有規(guī)范的支持下，科研機構，高等院校，要繼續(xù)加強基礎理論研究，要繼續(xù)加大教學樓的建筑材料研發(fā)，材料繼續(xù)向高強、質輕、韌性好方向努力。同時繼續(xù)加大抗倒塌，尤其是連續(xù)倒塌的研究。

b.做好已有建筑的改造。再過15年，我國將首次出現(xiàn)人口負增長，屆時，不再是人多樓少，而是人去樓空。在我們對某縣農村的教學樓摸底調查中，也已經出現(xiàn)這種現(xiàn)象，有樓無學生的現(xiàn)象讓不少基層教育工作者感嘆無奈，下一步，即使全部學生接受高等教育，也同樣會出現(xiàn)樓多人少的狀況，那么，我們再建設更多的教學樓就是在浪費。做好已有建筑的改造會成為將來的主旋律。改造不僅僅是結構加固，還將涉及功能重新區(qū)劃，設施與時俱進，這是我們需要研究的。

4 結語

汶川地震已經整整過去十年了，觸摸那片廢墟上的斷壁殘垣，留給我們的將是永恒的反思和思念。但俯瞰新的縣城，新的建筑，新的教學樓拔地而起，我們有理由相信，經過科學救災，科學重建，科學發(fā)展，汶川地震災區(qū)城鄉(xiāng)面貌，基礎設施，生態(tài)環(huán)境等方面都發(fā)生了巨大變化。鱗次櫛比的新民居，山清水秀的新農村，再造了一個錦繡巴蜀。