2011年3月11日日本宫城县9.0级地震中的房屋

何亚鹏

日本宫城9.0级地震被称为观测史上震级最大的地震，破坏程度可想而知。抗震是房屋建筑乃至一切土木工程最困难的课题，但还是要设法普及房屋抗震的基本概念，让抗震的理念从象牙塔中走出来。如果每个人都有房屋抗震的基本概念，就会更好地理解、参与和监督从房屋设计到施工使用的全过程。这里介绍几个反映房屋抗震特征的概念。

抗震是房屋建筑乃至一切土木工程最困难的课题，但还是要设法普及房屋抗震的基本概念，让抗震的理念从象牙塔中走出来。如果每个人都有房屋抗震的基本概念，就会更好地理解、参与和监督从房屋设计到施工使用的全过程。这里介绍几个反映房屋抗震特征的概念。



关键词一　加速度的“地震反应” 地震是通过地面的摇晃和颠簸使房屋各部分质量也有了反应加速度，所以房屋各部分都受到地震力的作用。就像筛元宵，人拿着筛子来回摇晃和颠簸，虽然没有用手指直接去触碰元宵，但个个元宵都在滚来滚去。除了震中区外，地震对房屋以水平方向摇晃为主。地震区的建筑都要求有抗侧力结构，如抗震墙、支撑等。这些结构平时看看没什么用，还碍手碍脚，但在大风、大震下却是救命的。有的人买了房子，大肆装修，唯恐其不通透，开洞不大不过瘾。地震来了，不但自己倒霉，还会让邻里遭殃。



关键词二　“刚度”与“强度” 房屋抵抗变形的能力大小叫刚度，抵抗破坏的能力大小叫强度。轻一点的房屋建筑比重对抗震有利。质量小了，地震力也小了。但房屋也不是愈刚愈好。很厚的墙，也许可以承担更多的垂直重力荷载，但有时会引来更大的地震力。在同一栋房屋中，地震力也是按刚度分配的，刚度大的分得多。俗话说，没有金刚钻，别揽瓷器活。最怕是刚度大而强度小，比如很厚的砖石墙，一开始刚度很大，树大招风，引来很大的地震力。但强度又不争气，顶不住这么大的力，就容易倒塌。钢结构如果设计得当，抗震性能比较好，因为强度大，若做得轻巧，质量刚度都不过大，以柔克刚，吸引的地震力小，而抵抗的能力强，就安全些。但刚度也不是愈小愈好。结构太软了，变形太大，风吹草动也摇来晃去，不但不舒适，而且会有附加的力出现。所以刚柔相济才好。



关键词三　“脆性”破坏与“延性”破坏　脆性破坏是突然发生的，而延性破坏是有预告的，先看到梁板开裂，变形很大，也许还来得及逃出去。砖和混凝土其实都是脆性材料，容易突然断裂。例如震区好多砖墙出现X形的裂缝，就是一种脆性破坏。混凝土加了钢筋，就有一定的延性。比如梁板弯曲，受拉的钢筋就是超过了弹性强度的极限，它还会继续伸长而不断裂，就像牛皮糖似的。其实更要当心的是钢筋混凝土构件的受剪。   

遭到横向力的作用，钢筋混凝土柱子会受到剪力的作用，容易出现脆性破坏。办法是加钢箍。日本阪神大地震，有些高架路的柱子倒塌，不是纵向钢筋不够，而是钢箍太少。往往我们造房子，多加好些长条的纵向钢筋，而忽视了钢箍。世界震灾史上，吃这个亏的太多了。砖石结构更要按规范加圈梁等，决不可掉以轻心。结构平时为人们挑重担，但是若设计不当，地震时就会变成要命的炸弹。



我国钢年产量近5亿吨，居世界第一。钢结构轻而强，可以在重灾区外预制好，运送安装都较便利快速。合理设计一些钢结构的学校、医院，结合采用一些轻质楼板、墙板，同时考虑保温节能，对灾后重建，具有重大的现实意义。

关键词四　大有可为的“消能”设计　如果房屋结构延性好、强度够，地震带来的大量能量，通过结构反复变形，像牛皮糖那样扯来扯去也扯不断，反倒把力气扯完了。大震之后，房屋可能开裂，可能要大修，也可能要放弃，但只要它震时挺住了没有倒，就是不得了的好。



所以这些年来，世界各国研究结构耗能，花了大力气。对传统的结构，如强柱弱梁、偏心支撑、耗能节点、加强约束等等都有好的效果，在隔震、被动耗能、主动耗能等方面的科学研究也有许多进展。阻尼有耗能作用。增加结构阻尼，例如加粘滞阻尼器，也会有效果。有些方法还太贵，有些还不够成熟，但处处精心设计，增强延性，增加耗能，还是大有可为。



关键词五　“设防烈度”应提高　国家用规范的办法对各个地区、各类房屋的安全度作了规定。而这些规定，也要根据地震震灾、国家实力不断作调整。提高某些地区的设防烈度，提高医院、学校等重要建筑的设防烈度，建议医院和学校应比目前的设计基本烈度再提高一度。要特别重视保证柱子和墙不发生脆性破坏。

一定要举轻若重，如履薄冰地做好灾区重建工作。还要未雨绸缪，立即着手对其他目前没有发生地震的地区的医院和学校建筑进行抗震普查，进行必要的加固。至于因人为因素而造成的祸害，必须毫不手软地彻查处理，偷工减料是天地不容的罪过。今后的建设中要加强政府监督、技术监督、舆论监督和群众监督并形成制度。