人们不会忘记，汶川地震袭来时，不少中小学生葬命于教学楼。这究竟是房子质量问题还是设防标准问题？中国地震局工程力学所副所长孙柏涛在地震发生后30分钟即接到中国地震局的命令，奔赴灾区详查各类建筑物和生命线的受损情况，并分析其原因。

 

5月29日，孙柏涛带领的工程震害考察组来到了紧邻北川县城、受灾最为严重的擂鼓镇。通过科学、细致的考察发现，擂鼓镇中学、小学和幼儿园等建筑物受损严重，尤其底层破坏最为突出。这些建筑物在当地教育系统的建筑中很有代表性。于1993年建成的擂鼓中学1号教学楼承重墙体中出现严重裂缝、部分窗间墙撕裂，尤其集中于大开间的教室，其他部位震害明显偏轻；该校汉龙教学楼建成于2004年，砖混结构，破坏处也主要集中在底层，其窗间砖壁柱普遍撕裂、错位。建于2000年的擂鼓镇小学4号楼也是砖混结构，损毁处也主要集中在底层；建于2000年的擂鼓镇中心幼儿园，损毁部位同样集中在底层。在这些公共建筑中，仅擂鼓中学的2号教师住宅楼主体结构基本完好，屋面虽普遍溜瓦，但只有少数檩条错位，个别阳台上后砌隔墙倒塌。

 

孙柏涛说，这几栋经过抗震设防的建筑基本上满足了“大震不倒”的抗震设防要求。

 

他介绍，建筑物的砂浆强度、开间和进深的尺寸、高宽比、含墙率、楼梯间的布置、屋盖类型、基础和施工质量、平立面布置等，都是影响建筑结构抗震能力的主要因素。擂鼓镇教学楼的震害相对重于住宅楼，表明开间和进深尺寸即建筑物的含墙率是影响结构抗震性能的重要因素。教学楼窗间墙的破坏重于住宅楼窗间墙，与教学楼窗间墙较窄、房屋空旷有关。

 

考察中，他们在这一区域发现，有座建于上世纪80年代并没有进行抗震设计的2号教师住宅楼，因建筑的平立面布置规则、高宽比小、屋盖轻、砂浆强度高、基础质量好等有利条件，进而能在Ⅺ度烈度地震下保持基本完好。这表明，建筑结构在地震中的破坏程度是施工质量、开间大小、高宽比、平面规则程度、基础质量、含墙率等主要因素综合作用的结果。有大部分建筑没有出现整体倒塌，是因为设计了圈梁和构造柱，极大地提高了房屋的抗倒塌能力。

 

而位于震中的映秀镇漩口中学，其综合楼和办公楼，的确按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）进行了设计和施工，均按Ⅶ度进行抗震设防，但在此次地震中，教学综合楼完全倒毁，而相邻的办公楼虽产生破坏，但破坏形态较轻。经过考察和研究，他们发现，这两栋楼的框架结构所设计的功能并不相同，且填充墙体的含墙率大相径庭。

汶川县映秀镇漩口中学教学楼

 

漩口中学综合楼建于2005年，设防烈度Ⅶ度，正规施工。该建筑由两部分组成，中间设有抗震缝，右半部分完全倒毁，左半部分向右倾斜，严重变形，底层倒塌。

 

漩口中学办公楼建于2005年，设防烈度Ⅶ度，属于正规施工，混凝土标号等均与教学楼一样。但在地震中，框架主体结构基本完好，其局部因与综合楼局部发生碰撞造成较严重破坏。

 

之所以出现这一现象，是因为综合楼用于教学，必须保证大开间，同时由于采光的需要，窗口都设计得很大；而办公楼用于办公，开间相对教室要小很多，导致综合楼含墙率远小于办公楼含墙率，因而产生的震害现象截然不同。

 

此外，从科考情况看，当钢筋混凝土框架填充墙结构遭受罕遇地震作用时，填充墙对结构的抗震性能的贡献是十分明显的。含墙率越高，结构的抗震性态越好；若含墙率低，结构主体受损或倒塌的可能性就大。由此可以看出，在今后的设计中，尤其对于教学楼、医院等大开间的建筑，设计时适当提高含墙率，增加墙体的连接可靠性，对保证学生、病人的生命安全具有十分重大的意义。

 

北川县县城在建结构

 

孙柏涛还介绍，在目前的建筑物中，主要有钢结构、钢筋混凝土结构，砖混结构、底框架结构、木结构和土结构几种。不同结构建造的建筑物，抗震能力各有差异。其中，以钢结构为最优。因为结构所受的地震力与建筑物质量和所受到的地震加速度成正比，钢结构由于质量轻，在地震中承受的地震力就比较小，尤其是轻钢框架厂房，一般附以轻质屋面板或彩钢板维护墙的钢结构，在这次汶川8.0级地震中，表现都非常好。即便在极震区的北川县城，也有3幢钢框架厂房经过地震都只是被轻微破坏或基本完好。在整个震区，该类结构建筑，除几幢建筑维护墙有破坏，绝大多数都基本完好。如北川县城绵阳启明星电子有限责任公司轻钢框架厂房基本完好。

 

钢筋混凝土结构的建筑，抗震性能仅次于钢结构，尤其以框架—剪力墙结构表现也较好。虽然钢筋混凝土结构质量较重，但其延性好，能承受较大的变形，地震中它的抗震性能优于砖混结构。虽然极震区的映秀镇和北川县城，地震动强度达到了11度，很多钢筋混凝土结构建筑物被严重破坏或倒塌，而在其他地震影响区，这类建筑毁坏概率小了许多。其破坏特点是，非承重墙体出现剪切裂缝，底层柱头破坏，底层倒塌、损毁等。如在北川县城中，正在建设的钢筋混凝土框架结构和按照7度设防的砖混结构，地震后，框架结构仅达到了中等偏轻的破坏，而砖混结构的一层却倒塌了。

 

孙柏涛说：“科考中，大量的实例表明，具有同样使用功能的钢筋混凝土结构的建筑，抗震性能都优于砖混结构。”

 

砖混结构建筑物，一般重量较大，并使用脆性材料，其抗拉、抗剪、抗弯强度均较低，因而砌体房屋的抗震性能相对较差。在国内外历次强烈地震中，这类结构建筑物破坏率都很高，本次地震也不例外。但在这次汶川地震中，进行过抗震设防的砖混结构，基本达到了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

 

至于底框架结构建筑，具有钢筋混凝土和砖混材料的力学特性。在钢筋混凝土框架和砖混的转换层，由于刚度设计不合理，经常造成转换层的砖混结构墙体剪切破坏，甚至出现倒塌现象。

 

孙柏涛介绍，从汶川地震考察结果看，建筑物抗震性能优劣大体有这样的规律：钢结构优于钢筋混凝土结构，抗震设防的砖混结构次之，再次为木结构、抗震设防的底框架结构、未设防的砖混结构和土结构，依次下降。

 

此外，大开间结构由于其含墙率底，使得侧向力的性能差，震害要比含墙率高的结构严重。很多震害显示学校的教学楼由于开间大，震害要比办公楼严重得多。

 

 

至于底框架结构建筑，应注意框架和砖混转换层间刚度的比例合适，否则其抗震性能会大大降低，应该严格按照规范设计。多数情况下，设计师由于功能的需求忽略了这一点，造成地震破坏严重，建议高烈度区限制或适当控制此类结构。

 

他们还发现，在川北地区，钢筋混凝土的骨料多采用鹅卵石，而且直径过大。鹅卵石光滑，不能很好地与砂浆黏合，同时使得混凝土很难与钢筋黏合紧密，造成钢筋混凝土构建承载力下降。在这一地区，很多建筑物采用绵砂代替河砂施工，或绵砂河砂混合使用。绵砂是砂岩打碎而成，其含泥量过高，较河砂强度低，这是造成构件承载力降低的又一主要因素。

 

历次大地震表明，“房子离你有多近，危险离你就有多近”。做好建筑结构的抗震工作，就是做好了全社会防震减灾主体工作之一。

 

孙柏涛最后说，我国上世纪50年代就开始考虑房屋结构的抗震设防工作，较为严格、系统的抗震设防起始于唐山地震后，尤其以89’抗震设计规范为代表，但设防的建筑并未在实践中检验。这次汶川地震可谓对我国制定的设防标准进行了一次全面检验，实地考察的研究分析结果将用于修订设防标准。地震后之所以紧急赶往灾区考察，主要是因为在抗震救灾中，许多实际案例如不快速获取第一手资料，将会很快消失。实际上，当他们办好手续进入北川时，当地的建筑损毁情况大部分因救援需要而消失。地震现场是生命换来的地震资料。他们进行的工作是一种抢救性调查，极其宝贵。本次调查是有史以来，工程抗震上首次获得的强地震现场资料。

 

《科学时报》 (2009-5-12 A4 特别报道)