雕刻在心中的汶川记忆
孙柏涛,中国地震局工程力学研究所所长、二级研究员、博士生导师,国际地震工程协会(IAEE)执行理事和中国国家代表,联合国灾害评估与协调队(UNDAC)评估专家,中国地震学会副理事长,清华大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学等高等学校兼职教授。长期从事结构抗震、震害预测、房屋安全鉴定及地震经济损失评估等领域的研究工作,先后主持国家973计划课题、国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划课题、国际科技合作等近30个国家级和省部级科研项目,发表学术论文200余篇,主持编著《包头西6.4级地震震害》等3部专著,主持或参与编制《地震灾害预测及其信息管理系统技术规范》等11部国家技术标准,科技成果荣获省部级科技奖励6项。
在中国大陆近3000个县级行政区域中汶川县仅仅是其中之一,它并没有任何特别之处。然而2008年5月12日这一天,在汶川发生了8.0级地震,使得汶川县成为全中国乃至全世界都能记住的地名和方位。近百天的地震现场经历给我们这些从事地震工程的科技工作者在各个方面留下深深的印记。
汶川地震是中华人民共和国成立以来继唐山地震之后又一次造成如此之大经济损失、人员伤亡和工程结构破坏的地震。这次地震人员伤亡小于唐山地震的原因主要有以下几个方面:(1)1976年唐山7.8级地震属于城市直下型地震,极灾区(Ⅺ度)发生在人口稠密的大中型工业城市,而汶川地震的震中和发震断裂发生在龙门山和成都平原的交界处,虽然灾区的影响范围(汶川8.0级地震Ⅵ度区及以上面积合计平方千米)大于唐山地震的影响范围,但极灾区内(Ⅺ度)人口较多的区域仅有北川县城所在地和汶川县的映秀镇等,Ⅸ度以上高烈度区也只包括了都江堰市、绵竹市等数个经济较为发达、人口较为稠密的县级市;(2)按照我国当时经济水平发展的状况,1976年的唐山市及周边地区的基本设防烈度是Ⅵ度区,但根据《TJ 11-74工业与民用建筑抗震设计规范》(试行)(简称74规范),Ⅵ度及以下地区为不设防地区,所以当时的建筑结构抗震能力很差,地震发生时市区内和周边地区几乎所有的房屋倒塌或严重破坏。汶川地震时,我国施行GB -2001《建筑抗震设计规范》(简称2001规范),汶川大部分地区的建筑按照Ⅶ度或Ⅶ度半进行抗震设防,因此城镇的很多新建建筑符合设防标准,农村亦有少量的自建民居建设时有设防概念,如设有抗震效果较好的圈梁和构造柱等抗震建筑结构;(3)唐山地震发生在凌晨3点42分,人们处在建筑物内,且在熟睡中没有自主避难意识。汶川地震发生在下午2点28分,地震发生时部分民众在室外,室内的民众也可以自觉地避难以减少伤亡。
奔赴都江堰
在汶川地震中,都江堰市是应该最先说一说的地方。大地震后的前两天,因为人口比较稠密的都江堰市距离震中位置较近,也因当时通信网络不畅通,从地震现场传回的信息不对称等诸多因素,大量的救援人员纷纷拥入都江堰,各行业的指挥部均设在了这个地方,此时的都江堰变成了一个异常拥挤的小城市。笔者也是首先奔赴都江堰。
都江堰市是一个有着较长建设历史的中小城市,其建筑物的存量较多。随着其经济水平的快速发展,一些新型结构形式不断出现,新型结构与老旧房屋并存,建筑的结构类型较多。但在既有建筑中未设防的结构占有较大比例,尤其是城区内的居民住房以未设防的砌体结构为主,即便是公共建筑中,也有部分未设防的砌体结构。本次地震中都江堰遭遇烈度是Ⅸ度,未设防砌体结构造成的灾害最为严重,大部分未设防的砌体结构严重破坏或中等破坏,其中约有5%的房屋倒塌或者部分倒塌。
图1是都江堰新建小学未设防砌体结构教学楼的倒塌现场,该结构是20世纪90年代以前建造的4层砖混结构,其布局是中间为楼梯间,楼梯间左侧为教室,开间较大,而楼梯间右侧是教师办公室和开间较小的储存间等。由于楼板和屋盖均为预制板,并与承重墙体搭接,预制楼板之间没有很好的拉接,地震中开间较大的教室因承重墙体移位,造成屋盖和楼板从4层开始塌落一直到底,致使数百名小学生和教师遇难。从图中亦可看到,距离新建小学教学楼仅十数米远的城关幼儿园教学楼震后基本完好,因为这栋建筑是2000年以后按照Ⅶ度设防标准建设的结构。我国从2001年以后就禁止砌体结构使用装配式的楼、屋面板,以保证结构具有更好的整体性。实际震害再一次印证了由装配式的楼、屋面构件建造的砌体结构震害更为严重的特点。由于施工时很难保证预制构件之间的拉接,造成结构的整体性较差,地震时个别局部结构构件损坏后引发其他结构构件接续破坏,从而造成结构整体塌损。
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