题目：浅析建筑物防震减灾
— 以汶川地震为实例分析
学 院 建筑工程学院 学科门类 工学 专 业 建筑学 学 号 2009548065 姓 名 黄欢虎 指导教师 袁银云
2013年5月28日
浅析建筑物防震减灾 — 以汶川地震为实例分析
摘 要：阐述了地震的概念、特点和分类，介绍了地震的发生机理。以汶川地震
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为例，将地震对建筑物造成的危害分为非结构构件破坏和结构构件破坏，并且提出了建筑物的防震抗震的措施要从保障和建筑物本身两方面考虑，最后对文章进行了总结并提出了不足。
关键词：地震，地震带，发生机理，建筑物震害，防震措施
0引言
由于地震具有波及范围广、无法准确预告、对建筑物危害大、可诱发火山等次生灾害等特点，使得地震成为对人类危害最大的自然灾害之一。特别的，5. 12汶川里氏8级大地震造成了十余万人死亡，上百万人流离失所，也使国家蒙受了惨痛的代价，目前国内外各地质专家、地球物理学家都认为此次地震发生的因素较多，但尚未完全阐明[1]。但是刘丹撰文提到：造成人员伤亡的不是地震，而建筑物的不抗震是更大级别的地震。由此提高建筑的防震抗震水平，是避免造成伤亡的最重要途径。笔者以汶川大地震为实例，探讨地震发生的机理和建筑防震措施，并对过程进行较为详细的阐述。
1汶川地震特点及发生机理
1．1地震成因
1.1.1地震的概念
地震是地球内部结构发生急剧变化，产生的震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象。地球在运动和发展中产生的能量(如转速变化、地幔对流) 使地壳和地幔上层岩层产生了很大的应力集中，日积月累，当应力集中超过某处岩石强度极限时，岩石遭到破坏，产生错动，将积累的应变能转化为波动能，形成构造地震。 1.1.1地震的分类
地震按其发生原因不同可分为五类：1）构造地震。也称“断层地震”。根据板块理论全球分为6大板块，大板块内部包含若干小板块，板块内部稳定，边界在内部岩浆的作用下比较活跃，多火山地震，其成因是由于地壳或岩石圈，少数发生在地壳以下的岩石圈上地幔部位) 发生断层而引起。2）火山地震。由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震。3）塌陷地震。由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震，往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。5）人工地震。地下核爆炸、炸药爆破等人为引起的地面震动称为人工地震。5）诱发地震。由于人类的生产活动触发某些断层活动，引起的地震称诱发地震。主要有水库地震，深井抽水和注水诱发地震，核试验引发地震，采矿活动、灌溉等也能诱发地震，其中以水库地震最为常见。
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值得一提的是，现今世界范围内所有地震90%以上是板块不稳定引起的构造地震。
1.1.2汶川地震特点
从世界范围看，全球地震活动大致划分三个地震带，即环太平洋地震带、地中海喜马拉雅地震带、海岭地震带。中国地震主要分布在5个区域和2 3条地震带；汶川地处我国一个大地震带——南北地震带，该地震带从我国的宁夏经甘肃东部、四川西部直至云南，是一条纵贯中国、大致南北方向的地震密集带。同时，汶川地理位置又正好位于龙门山地震带，历史上松潘地区曾经发生七次7级以上的地震，主要是岷江旁边。1933年就发生了一次大的地震，还有1976年松潘7.4级地震，这个地方在历史上就是多震区。 1.1.3汶川地震形成机理分析
中科院地质与地球物理研究所研究员、青藏高原研究专家王二七对此次汶川地震成因分析说[2]，汶川地震发生在青藏高原的东南边缘、川西龙门山的中心，位于汶川——茂汶大断裂带上。印度洋板块向北运动，挤压亚欧板块、造成青藏高原的隆升。高原在隆升的同时，也同时向东运动，挤压四川盆地。四川盆地是一个相对稳定的地块。虽然龙门山主体看上去构造活动性不强，但是可能是处在应力的蓄积过程中，蓄积到了一定程度，地壳就会破裂，从而发生地震。
陈志明认为[3]，这次汶川里氏8.1级大地震的发生，可能涉及两种成因:首要的原因即印度洋海底的较快扩张，使印度板块以北偏东的方向对青藏板块碰撞与推挤。2001年11、12月在东昆仑山，发生的8.1级特大地震，就是这种应力被阻挡而向东转移的最好例证。
此外，由于这次地震发生正处于茶坪山—龙门山的山前与山后大断裂带，特别其后缘即松甘微板块(或地块)所在是4km～5km的大高原，因此引发叠加的第二成因即“板块追尾”伴随着后缘松甘块体向成都平原的重力滑动。于是，在“板块追尾”的基础上，叠加了微壳块的重力滑动，从而引发“宽带状”、“迎冲式”的冲断地震，出现罕见的地震烈度大、中小余震不断和灾害波及面很广的基本特征。需要说明的是，笔者所指地壳块(或地壳微板块)的重力滑动，与目前有些学者对汶川地震解析的“碰撞—高原隆起”引发地幔物质向东运动有不同之处:即后者指岩石圈底层的上地幔物质向东流动，而我们指中、上地壳的向东重力滑动。对印度板块与亚洲碰撞后青藏高原上地幔的运动学目前仍然知之甚小，基本上处于推测阶段。据板块层块观和亚板块造貌构造特征分析，一种推测是，碰撞后高原壳下的上地幔，除一部分通过岩浆冷“囊”的快速拆离而沉没于软流圈外，其他主要通过推挤北方亚板块的上地幔而向北方散扩。
综合多位专家的观点。首先，汶川地震属于构造地震，由于汶川位于亚欧板
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块与印度洋板块交界处，地质构造复杂。在印度洋板块挤压亚欧板块的时候，引起了此地区一连串的地址构造连锁反应，造成了汶川地震的发生。但是，由于此地区地形复杂，目前人类科技对地质构造认识还不够清晰，对于汶川地震准确的发生机理还没有确切的答案。
2汶川地震中的建筑物震害
汶川地震中，通过对四川省不同地区5 个工程项目的认真勘查，发现在汶川地震中，震害从结构受力的方面来看可分为两类：非结构构件和结构构件的震害[4]。
2.1非结构构件震害
在汶川地震中非结构受力构件震害较为普遍，而且种类较多，受损程度视具体位置各异。按照构件种类划分，主要有以下几种： 2.1.1填充墙震害
各项工程的填充墙体均有不同程度的开裂，其中以框架结构墙体开裂最为严重。墙体开裂的主要部位和形式有：窗间墙X 型贯通型裂缝、填充墙顶部与框架梁底交接处有水平贯通裂缝、混凝土梁支座处临近填充墙体有放射状斜裂缝、沿剪力墙或框架柱高度方向与填充墙交接处有竖向贯通裂缝、门窗洞口及预埋消火栓、电气柜等墙体边角部位有斜裂缝。 2.1.2内、外墙装修面层震害
主要形式有：高层住宅入户大堂的外墙面砖局部脱落；楼底层顶部外墙表面出现贯通斜裂缝，致使面砖整体脱落。厨卫面瓷砖在门窗洞口角部斜裂缝。室内填充墙内在管线埋设位置局部抹灰面层掉落，由于填充墙开裂引起粉刷面层裂缝和掉灰。 2.1.3变形缝震害
主要形式有：两栋塔楼之间抗震缝在外立面上的填充材料沿高度方向通高脱落；其基础与侧向支撑杆锚固端跨越变形缝两侧，致使变形缝两侧墙体错位开裂；变形缝之间建筑垃圾堆积，地震发生时，堆积物成为荷载传递路径，导致两侧相邻钢筋混凝土剪力墙开裂，甚至破坏。
2.2结构构件震害
在汶川地震中，结构构件的破坏也很严重，构件类型主要有：梁、柱和剪力墙等，主要震害有以下几种： 2.2.1楼板震害情况。
主要表现形式有：楼层梁板交接处底部，沿梁长度方向出现通长水平和放射状斜裂缝。屋面挑板板底存在裂缝情况，但据考证，该裂缝在地震前已有，为温
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度应力引起的，并不影响结构的安全。 2.2.2承重梁震害。
主要表现形式：尚未竣工的工程的框架梁底部和侧面有细微斜裂缝。 2.2.3承重墙柱震害情况。
局部开裂、掉落，甚至有露出剪力墙内钢筋情况。刚施工的剪力墙，表面砂浆面层大块脱落，一般破坏部位常出现在施工缝或混凝土浇捣不密实处。柱的破坏多发生在梁、柱和填充墙体的交接处，框架柱局部混凝土脱落，有甚者在某框架结构出屋面小塔楼梁柱节点的梁底以下200～300mm 范围，柱内混凝土全部压碎掉落，内部仅留被压屈的呈灯笼状纵筋。 2.2.4楼梯间震害情况。
汶川地震中还首次发现，楼梯梯板存在两侧和底部贯通的U 型裂缝，板底钢筋局部被拉断，位于楼梯间四周的梁柱，以及填充墙的破坏情况较其它部位严重。
2.2.5装饰性构架震害情况。
配合景观的装饰柱顶部有面砖，砌块开裂、脱落，地震调查中发现高达10m 左右的柱，没有采取任何侧向支撑措施，柱顶部也没有和上部梁板拉结，完全采用砌块砌筑，内部没有发现混凝土芯柱和钢筋。屋面以上的混凝土装饰墙体，在墙体中、下部出现水平贯通的裂缝，一字型墙体在地震中受灾较为严重。 2.2.6钢结构震害情况。
此次地震中钢结构震害主要形式：一项是在屋面以上采用局部钢结构，并设置了钢结构梁柱，在上部为空框架，没有任何附加荷载，在框架中有一道钢梁一端连接预埋件被剪断，导致钢梁跌落于屋面，另一侧钢梁仍然支承在支座上，同时，钢梁与支座连接的安装螺栓也被剪断。
3汶川地震对建筑防震的启示
3.1国家和法律保障措施
3.1.1规范现状
进几年一次次惨痛的地震悲剧在中国发生，汶川地震地震中数万人丧失，建筑物倒塌地一沓糊涂。然而面对不可避免的天灾，我们必须认识到，要想生存就必须采取果断有效措施。我国制定有效地建筑防震规范是必不可少的。事实上，我国第一个建筑抗震设计规范原国家建委于1974 年已经发布。1976年唐山大地震后，规范再一次完善进行修改，之后的几十年内，中国抗震规范进一步完善。《规范》中针对我国的实际情况，把我国分成6～9 度四种设防分类，其中6 度区是不需要进行抗震计算的，只需要在结构设计时进行相应的抗震构造措施既可；7、8、9 度区的建筑物，在结构设计时都应当进行抗震验算。同时，根据建
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筑物的重要性和高度等因素，选择不同的抗震等级，以此来确定不同的抗震构造措施。《规范》要求，当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。另外，我国还发布了《建筑工程抗震设防分类标准》、《城市抗震防灾规划管理规定》等国家标准，对建筑物抗震设防分类、责任划归、防灾规划均有具体规定[5]。尽管近年来我国法律法规越来越健全，对建筑抗震设计要求也越来越严格，但是汶川地震发生后，我们应该看到，我国的抗震规范仍有以下几方面有待提高。 3.1.2提高我国对建筑的抗震标准
根据我国2001 年制定的各地区建筑抗震标准，北京防震标准为200 伽、上海为100伽（Gal，指加速度单位，1伽＝1cm／s2，重力加速度约为980 伽）。发生本次大地震的四川省的标准更低，成都为100 伽，重庆、绵阳和德阳仅为50 伽。和日本的《建筑基准法》标准要求的300-400伽相比，我国防震标准太低，由此导致国内一般建筑物的支柱细、混凝土质量差、钢筋数量少，甚至很多旧建筑就几乎没有使用抗震技术，致使我国的建筑难以满足抗震防震的要求。 3.2.3加大力度落实建筑的抗震标准
我国建筑物的防震抗震规范和措施很少能够全部落实到位。许多建筑设计、施工部门缺乏防震抗震的意识，某些建筑物等工程建设项目并不按防震抗灾标准设计施工，甚至存在降低设防设计标准的情况，在施工过程中也缺乏质量监督的情况。建筑物在地震面前不堪一击的最主要原因便在于此。 3.3.4加固原有建筑抗震措施
我国是一个多地震的国家，但是1976年以前建造的建筑物，几乎没有考虑抗震设防，早期的抗震规范也只规定了7度以上地震区的设防。一次性拆除所以老建筑师部现实的，由此为使老建筑物满足相应的防震抗震的要求，应按照现行的抗震规范对它们进行抗震能力和耐久性加固。
3.2建筑物建设环节防震措施
在建筑防震措施中，建筑物建设的各个环节采取的措施具有至关重要的作用，本文主要从以下几个环节进行考虑： 3.2.1 做好建筑场地的选择，减轻地震影响
选择有利场地，避开不利和危险的地段，建造房屋应选择对抗震有利的场地。一般来说，由坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土构成的场地属抗震有利场地。当在不利场地，例如指软弱土、液化土、等地和危险地段，例如地震时可能发生地表错位的部位等，在这些地方修建建筑使，要求设计桩基首先桩端进入基岩一
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定深度;其次基础埋深宜大于建筑物高度的十五分之一;再次有可能尽量设置地下室。这些措施对建筑物的抗震均有利。对于建在土坡上的建筑，应为为在土体上做护坡，或修建挡土墙。此后，应避免在山顶边缘或陡坡上继续建造别的房屋，可在陡坡底建屋，当房屋与陡坡间距很短时，建筑的部分墙体可以采用钢筋混凝土剪力墙，用部分外墙兼做挡土墙，这样选择时设计时就应适当提高房屋的刚度，以便抵抗地震时土坡对建筑物的水平推力。 3.2.2 优化建筑设计，充分考虑防震要求
进行建筑设计时应考虑抗震，建筑设计除满足使用功能外，应该有利于抗震。一般来说，抗震设计要求建筑布局平面简单、规则，尽量减少偏心，立面上变化均匀。因此，平面设计优先采用方形、矩形和圆形，当采用其他复杂的平面时，不规范部分的尺寸应满足有关规范要求。在立面设计上，应力求规则均匀，避免有过大的外挑和内收，可以采用矩形、梯形和三角形等均匀变化的几何形状，避免有突变的梯形立面，切忌采用头重脚轻的倒梯形立面。此外，还应妥善解决方案中不利抗震的设计。
3.2.3 优化结构设计，满足抗震防震规范
在建筑的结构设计中也应考虑抗震。首先采用合理的结构设计方案，要求尽量采用对称的结构布置避免；结构的竖向刚度变化应连续不突变。竖向体型应力求规则，尽量避免采用底层大空间的头重脚轻房屋，例如，对于高层建筑宜设地下室，增强抗震能力。其次，还设置多道抗震防线，例如，可在房屋基础与上部结构之间设隔震装置；有风力作用时，将结构设计成具有较大的刚度，这样有地震力作用时，房屋振动周期加长，阻尼相应增加，因此地震力减小。再次，应加强房屋结构的整体性，如高层房屋采用梁板柱和墙体全现浇结构。这样可大大提高房屋的空间整体性，对抗震非常有利。 3.2.4采用适宜建筑材料，加强建筑抗震效果
地震时，建筑物所受荷载情况和它的本身重量成正比，因此，减轻建筑物自重是削弱地震荷载最有效的途径，同时也是比较经济的措施。但是，要减轻建筑物的自重，必须在满足抗震要求情况下，尽量采用轻质高强的材料来建造主体和围护结构。例如当前采用陶粒混凝土、石膏板隔墙等材料，另外降低建筑物重心位置也是抗震的有效措施。 3.2.5保证施工质量，实现抗震能力
最后，施工质量的好坏直接影响房屋的抗震能力，要保证建筑的施工质量，首先，建筑物施工时要注意按图施工，留意原材料的规格和性能，其次，第三方还要完成工程的验收检验，以保证混凝土的标号和钢筋的性能，再次，施工方还应加强薄弱部分的施工与检查，按照施工工序，他是认真完成施工作业[6]。
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4总结
4.1建筑抗震意义重大
做好建筑物的防震是一个复杂的社会问题，建筑物抗震性能优劣还会影响到人们的人身财产安全，做好建筑的抗震防震工作室是国家、社会和个人都应重视的工程。建筑抗震性能受到人为因素、社会因素、地形因素、气候因素等一系列的影响，并不能通过单一结构加固或者优化设计等手段得到解决。因此，要做好建筑的防震工作必须从国家和法律保障措施、建筑本身防震措施、提高社会防震意识这方面考虑才能有效地解决好建筑物的防震工作。
4.2存在的不足
由于笔者个人知识水平和时间的等原因，致使本文人存在以下不足：1）对地震发生机理解释不够细致；2）文中的防震措施皆是笔者通过查阅文献经概括归纳后得出，未进行实际的检验，有效性尚待商酌；3）本文由笔者一人完成，在防震考虑方面必定不够细致，望老师指正。
5鸣谢
首先，笔者想感谢我的建筑防震减灾的任课老师袁银云，在这学期之前笔者从未接触抗震相关课程，正是这学期袁老师的课程让我对建筑物防震减灾有了一个初步的认识，对抗震建筑产生浓厚的兴趣；同时，此次袁老师布置防灾论文，促使我更加认真地对待本文的撰写，在查阅的文献的过程中，让我对地震发生机理、危害等有了进一步的认识。其次，我想感谢我的室友，督促我写完论文，并且在我写作的时候对我的论文的格式予以了纠正。
参考文献
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