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地震為何對建筑物破壞力巨大?

時間:2008-06-19 17:47來源:北京日報 作者:
    5月12日14時28分,我國四川汶川發生了一次歷史罕見的大地震,震級達到里氏8級,最大烈度達到11度。
 
  強烈地震突如其來,頃刻間,房屋大面積倒塌,造成人員傷亡慘重。截至目前,這次地震已造成650多萬間房屋倒塌,2300多萬間房屋損壞,北川縣城、汶川縣映秀鎮等部分城鎮夷為平地。

  地震對于建筑物為何會擁有如此巨大的破壞力?地震中決定房屋損毀的因素究竟有哪些?記者帶著這些問題,采訪了我國建筑領域的專家——清華大學建筑設計研究院副總工程師馬寶民、賀小崗。

  記者:人們常說,地震來襲時地動山搖,房屋隨之倒塌。那么,地震到底是以什么方式來破壞建筑的?

  專家:用“地動山搖”“山崩地裂”來描述地震到來時的情形一點也不過分。由于建筑物依附在地球表面,建筑物受地震破壞的方式主要受地震波的傳播方式影響。簡單地說建筑物破壞有三種方式:上下顛簸、水平搖擺、左右扭轉。多數時候,還是三種方式的復合作用。

  地震波傳播方式有縱波、橫波、面波,由于地球表層巖性的復雜性,傳播過程中也會出現像激流中“漩渦”的復雜情況。

  縱波使建筑物上下顛簸,力量非常大,建筑物來不及跟著運動,使底層柱子和墻突然增加很大的動荷載,疊加建筑物上部的自重壓力,若超出底層柱、墻的承載能力,柱、墻就會垮掉。底層垮掉后,上面幾層建筑的重量就像錘子砸下來一樣,又使第二層壓壞,發生連續倒塌,整個建筑直接“坐”下來,原來的第三層瞬間變為“第一層”。

  面波使建筑物水平搖擺,相當于對建筑物沿水平方向施加了一個來回反復的作用力,若底部柱、墻的強度或變形能力不夠,就會使整棟建筑物向同一方向歪斜或傾倒,在震區常常看到這種現象。

  第三種作用是扭轉。引起扭轉的原因是有的地震波本身就是打著“旋兒”過來的,也有的情況是因為面波到達建筑物兩端早晚的時間差引起的。這種情況引起建筑物扭動。建筑物一般抗扭能力較差,很容易扭壞。震區有的房子角部坍塌,多屬這種情況。

  一旦碰到上下顛、左右搖、扭轉,三種方式共同發生,破壞力就更加可怕。在離震中較近的范圍,往往三種方式交織作用,所以破壞力很大。

  此外,每個建筑物都有自己特定的自振頻率,如果這個頻率與地震作用的頻率接近,還會引起類似共振的效應,那樣帶來的破壞力就更可怕了。

  還有一種破壞形式叫“液化”。如果建筑物基底是粉細沙,房子建在上面,當大地搖動時,沙粒向旁邊跑,房子就會往下沉,引起傾斜甚至倒塌。唐山地震時,很多房子就是這樣損毀的。這次汶川地震沒有出現“液化現象”,但由于山體不穩引發的滑坡卻很多,許多建在山坡上或山腳下的房子就是這樣損壞的。

   記者:在這次地震中,大量建筑物受到毀滅性破壞,這究竟與地震的震級有關系呢?還是與烈度有關系?

  專家:我們先要搞清震級和烈度兩個概念,不少人弄不清楚。震級和烈度是兩個不同的概念。震級是用來衡量一次地震釋放能量的大小,烈度是描述地震引起的破壞程度。一次地震只有一個震級,但烈度不止一個,一般情況下離震中越近破壞越大,烈度就越高,遠離震中烈度減小。例如唐山地震,震中區烈度是11度,影響天津是8度,影響北京是6度。

  有的人說某建筑能抗幾級地震,這個說法是不對的。應該說,某建筑物的設防烈度是多少度。

  建筑物的受損情況除了與震級作用大小有關外,還跟場地條件、設計、施工等多種因素有關。

  記者:您剛才談到建筑物的設防烈度。那么,我國對建筑物的抗震設防標準是如何規定的?四川地震災區執行的是什么標準?

  專家:我國1989年以后制訂的《建筑抗震設計規范》的設防目標要求建筑物做到“小震不壞,中震可修,大震不倒”。所謂“大震不倒”是指地震發生時,實際地震烈度比抗震設防烈度高1度到1.5度時,建筑物應當不倒塌。汶川和都江堰按現行規范的設防烈度都是7度。這次地震對這兩個地方的影響都超過了7度。我看到過一個資料說都江堰達到了9度,汶川更高,映秀達到11度,超過“大震”設防烈度很多。震中附近的映秀、北川的烈度高達11度,建筑物倒塌很難避免。也有少數房子沒有倒塌,很可貴,這少數房子很有研究價值,可以學習不倒的理由。大自然是人類的無言師,人類的知識都是不斷從大自然學來的。

  我國建筑物的抗震設防標準一般設在6度到9度。因為地震發生時,烈度達到10度的范圍不是很大,達到11度的只有震中及附近地區。一般地震在什么地方發生并不知道。而多數房子的使用壽命是50年,全國大部分地區50年內多數并不發生地震,但又不能不設防,若設防標準過高,又不地震,投入的財力就是浪費,我們還沒有那么大的財力。目前,北京的建筑設防烈度是8度,四川絕大部分地區是7度。全國有一個烈度區劃圖,是根據歷史記載經反復研究作出的。全國抗震設防都依據同一規范,是同一個標準。

  另外,我國根據建筑物功能的重要性將抗震設防標準分成甲、乙、丙、丁4個類別。一般房屋都是丙類,超過6000座的體育館、超過1200座的劇場、超過10000人居住或辦公的高層建筑,還有橋梁、機場、醫院、小學、幼兒園以及若建筑發生破壞會引起嚴重次生災害的工程,例如核電站、危險品倉庫等,其抗震設防標準都比周圍建筑要高出至少一個級別。

  記者:在地震災區,我們看到同一地區有些建筑物全部垮塌,有些建筑只是局部損壞,這是什么原因?

  專家:剛才講過,在地震面前,建筑物是否垮塌,或者損壞情況怎樣,與房子本身的抵抗力密切相關。

  決定房子抗震能力的主要因素有許多方面:

  一、房子的體形。體形規則、均勻、對稱的房子抗震能力強。上大下小頭重腳輕的房屋體形叫豎向不規則,平面局部凸出的L形、“丁”字形體形叫平面不規則,一頭沉一頭輕的叫扭轉不規則,不規則建筑抗震能力都較差。

  二、房子的結構形式。磚混結構的抗震能力要比鋼筋混凝土框架、框架-剪力墻弱。底層框架上部磚混、帶轉換層的房子、底層空曠的房子、板柱體系的房子抗震能力都比較差。底層弱容易“坐”下來。

  三、房子的施工質量。照圖施工、技術到位,房屋質量就好。否則設計再好,施工質量差也會出問題。

  四、房子的建筑材料。混凝土標號夠不夠,鋼筋是否合格,有沒有偷工減料等都很重要。

  五、房子的建設年代。較早的房子依據的抗震設防標準相對較低。由于認識水平和財力的增長,后建的房子抗震能力相對較強。(據新華社北京6月18日電)
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