汶川地震之工程设计思考及地震工程启示

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1、汶川地震之工程设计思考及地震工程启示秦云昆明市建筑设计研究院有限责任公司摘要：汶川512地震，对建、构筑物造成了巨大的破坏，本文透过部分典型震害实例，结合现代抗震设计概念和力学基本原理，对灾区建筑设计中存在的部分问题进行了一定的探讨，总结地震中土木工程防震减灾的成功经验与失败教训，阐述了本次地震带给我们的一些启示，文中资料及观点可供工程抗震设计及防震减灾参考。一、前言根据国家地震局发布的地震震源机理分析，汶川里氏8.0级地震，起源于汶川映秀镇，约50秒后，北川县城也作为另一个震中发震，整个地震为线性断裂，破坏力巨大，根据最终公布的地震烈度分布图及统计数据，地震各

2、烈度区面积统计如表1所示。表1汶川地震各烈度区面积一览表地震烈度6度7度8度9度10度11度合计面积（km2）3149068444927786773831442419440442相对比例(%)71.5019.186.301.760.710.55100该烈度以上所占面积比例(%)10028.59.323.021.260.55图1震前汶川周边地区抗震设防基本烈度示意图地震往往引发大量的地质灾害，对公路桥梁、建构筑物等造成各种各样的破坏。世界上130余次大地震的统计表明，90～95％的人员伤亡是因建、构筑物倒塌所致的，故学术界很多人认为，地震灾害的主要属性是土木工程灾

3、害，而在以往，传统观点认为土木工程是受害者。土木工程灾害的形成机理是：“不当的选址，不当的知识，不当的设计、不当的施工，不当的材料，不当的使用”导致土木工程不能抵御可能荷载作用而导致土木工程的失效乃至破坏，最终形成社会的灾害[1]。汶川地震中，部分建构筑物的优异表现说明：在强震下建造破坏程度不大甚至基本完好的建构筑物是可能的。工程设计应遵循“适用、安全、经济、美观”的原则，设计不但对工程造价起着控制性作用，对结构安全性也起着控制性作用。个人灾区考察印象表明，70%的工程震害与设计有关，这里隐含三方面：1）大量受损破坏的建筑缺少正规的、合理的设计，特别是在广大农村

4、地区，农民自建房无设计，结构体系薄弱，无基本抗震措施，破坏极其严重；事实上，灾区总体震害情况表明，严格按照现行抗震设计规范（GB50011－2001）设计的建筑，破坏程度较轻；2）抗震设防标准偏低，由于历史原因，89抗震规范之前，灾区很多建筑的抗震设防基本烈度仅为6度。图1为震前汶川周边地区抗震基本设防烈度示意图[1]9，震区抗震设防烈度虽较89规范颁布前有所提高，但与表1中震害统计数据对照可见：震区重灾区的基本设防烈度仍远低于本次地震导致的地震烈度；3）部分设计不合理，总体上，灾区在桥梁抗震、底框、砌体结构和钢结构方面的设计水平不高，主要原因在于：这几类建、构

5、筑物的计算机辅助设计程度较低，很多因素需要设计人员依据力学基本原理、抗震设计基本概念及构造予以处理，在此情况下，部分设计人员的知识和能力是力不从心的，应引起各级建设行政主管部门、国内高校、科研设计院所及设计工程师本身的重视，加强相关的职业教育。综上所述，总结震害特点，定性或定量分析和研究设计的合理性，探讨和正确定位设计在土木工程防震减灾中的重要性及应承担的责任，对提高建筑抗震设计质量具有重要的理论和实践意义。二、工程震害1、地质灾害及公路工程汶川地震引起大量山体滑坡、公路边坡错层或塌陷，产生了大量的堰塞湖。汶川周边山区，地表多为页岩强风化或全风化形成的松软土层覆

6、盖，地震作用下，土的动力抗剪强度不足，导致大量山体滑坡，阻断道路导致交通中断，阻断河流形成堰塞湖。由于岩土性质的多变性、不确定性、离散性和复杂性，针对岩土工程的研究一直是个热点，同时也是难点，各种岩土的本构模型竟达数百个之多，在特定地质条件下，选择何种模型来进行分析也是一个头疼的问题，故即使在计算机辅助分析技术已经大大发展的今天，静荷载作用下的岩土工程数值模拟结果与实测值间的误差，能控制在30％以内，已经是相当准确的了，因而很多研究成果在工程上的应用还是半经验、半理论的。故准确把握岩土工程的抗震能力进行抗震设计，在目前还是很困难的，设计采取“避让”策略更为合理些

7、。图2曲线桥转折处桥面板坠落城镇和房屋建设，从面上看，毕竟属于点式工程结构，在弄清楚地质构造的前提下，完全可以避开危险地段进行工程建设，但对一维线型结构的公路工程，要完全避开所有断裂带是不可能的，由于工程难度和经济原因，在强烈地震作用下，在公路沿线要做到避免山体滑坡几乎是不可能的，但可以通过：1）合理规划线型、查清断裂带并避开主发震断裂带和边坡稳定性存在较大潜在危险的地段，减少地震对公路工程的破坏程度；2）公路设计建设中避免高填深挖，以减少对多年形成的相对较为稳定的地质环境的影响；3）尽量避免高挡墙，不可避免地要采取边坡支护措施时，采取缓坡与低矮挡墙或者拉锚——

8、支挡相结合的方案；4）在