地震來(lái)臨，什么樣的房子更安全？

12月18日23時(shí)59分，甘肅省臨夏回族自治州積石山保安族東鄉(xiāng)族撒拉族自治縣發(fā)生6.2級(jí)地震，震源深度10公里。

截至20日上午9時(shí)，積石山6.2級(jí)地震已造成甘肅省113人遇難，782人受傷。

圖1：12月19日，救援人員在積石山縣大河家鎮(zhèn)進(jìn)行救援。新華社記者張領(lǐng)/攝

國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院創(chuàng)院院長(zhǎng)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教授徐錫偉表示，此次地震傷亡人數(shù)出乎意料。6.2級(jí)屬于中等強(qiáng)度地震，與汶川地震、玉樹地震等強(qiáng)震不同，這樣“背景性”的地震發(fā)生率更高。造成此次地震人員傷亡較大的原因是多方面的。

其中一個(gè)重要原因就是房屋的抗震性能相對(duì)不夠，震動(dòng)破壞條件下很容易倒塌或發(fā)生邊墻倒塌。

那么地震是如何對(duì)房屋造成破壞的？什么樣的房屋在地震中更安全呢？

地震就是地殼內(nèi)部發(fā)生了變動(dòng)而產(chǎn)生了振動(dòng)源，之后以地震波的形式將振動(dòng)傳播到周圍房屋，造成房屋破壞。而這個(gè)振動(dòng)源產(chǎn)生的原因可能是板塊之間活動(dòng)、火山噴發(fā)、巖層塌陷等。

如下圖1所示，地震波可分為縱波（P波）、橫波（S波）和面波（L波）三種。當(dāng)波源產(chǎn)生后，這三種波就會(huì)像圖中三輛小汽車一樣開始馳騁，但它們?cè)谛旭倳r(shí)各自形式和速度是不同的。

圖2：地震波傳播圖示

P波就像圖中綠色汽車一樣，振動(dòng)方向和傳播方向相同，速度最快，是最先到達(dá)地面的，并使地面上下振動(dòng)，但它的破壞性較小。緊隨其后的是紅色小汽車所代表的S波，其振動(dòng)方向和傳播方向垂直，會(huì)使地面產(chǎn)生左右、前后的抖動(dòng)，破壞性較強(qiáng)。最后就是我們藍(lán)色小汽車所代表的面波（L波），它是P波和S波在地表一起產(chǎn)生的新的地震波，只能沿地表面?zhèn)鞑ィ窃斐山ㄖ飶?qiáng)烈破壞的主要因素。

圖3： 地震發(fā)生并作用到房屋示意圖

雖然地震很可怕，但并不是所有的地震都會(huì)造成破壞。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球平均每年發(fā)生約500萬(wàn)次地震，但我們真正能夠感覺(jué)到的地震約有5萬(wàn)次，而這其中可能造成破壞的地震約有100次。

接下來(lái)讓我們一起來(lái)了解一下這剩下的100次破壞性地震對(duì)房屋造成的影響。下圖為2008年汶川大地震中北川縣城的兩棟砌體結(jié)構(gòu)，這兩棟建筑的距離50m不到，但所產(chǎn)生的破壞差距卻令人吃驚。

通過(guò)觀察，我們可以看出二者最大的區(qū)別是圈梁-構(gòu)造柱。圖4沒(méi)有加入圈梁構(gòu)造柱，倒塌嚴(yán)重；而圖5加入了圈梁-構(gòu)造柱，僅部分墻體產(chǎn)生X形裂縫，但主體結(jié)構(gòu)并未破壞，基本不會(huì)對(duì)人員造成傷害。

圖4 無(wú)圈梁構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)

圖5 有圈梁構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)

相信大家在生活中都有打包包裹的經(jīng)歷，一個(gè)包裹如果不給它四周纏上打包帶，那么就會(huì)非常松散。相同的道理，圈梁-構(gòu)造柱在砌體建筑中就充當(dāng)打包帶的作用，它將松散的樓板和砌體墻連接成一個(gè)整體，這就提高了其抗震能力。

在地震現(xiàn)場(chǎng)除了砌體結(jié)構(gòu)破壞以外，框架結(jié)構(gòu)破壞也有很多。如圖6和圖7都是地震現(xiàn)場(chǎng)中的框架結(jié)構(gòu)破壞，圖6中底部框架中間的砌體填充墻被剪壞，形成X形裂縫，圖7中角落的柱子發(fā)生破壞。

圖6 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部砌體填充墻破壞

圖7 框架結(jié)構(gòu)的框架柱產(chǎn)生破壞

那么為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的破壞呢？這就要說(shuō)起剛度這個(gè)詞了。剛度指的是抵抗變形的能力，剛度大，抵抗變形的能力強(qiáng)，但同樣也會(huì)承擔(dān)更大的地震作用。而不管是圖6的砌體填充墻，還是圖7中加了半高窗臺(tái)的柱，它們都會(huì)造成自身剛度變大，導(dǎo)致剛度不均勻，這樣，剛度越大的構(gòu)件在地震中破壞也就更嚴(yán)重。這也就是人們常說(shuō)的“能者多勞”，既然你剛度大，那你就多承擔(dān)點(diǎn)，但最后也是受傷最嚴(yán)重的一個(gè)。

在9·5瀘定地震中，上述類型的破壞也或多或少地再次出現(xiàn)，下圖為瀘定地震破壞的相關(guān)情況。

圖8 內(nèi)部砌體填充墻剪切破壞

圖9 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝飾層破壞

圖10 填充墻X形裂縫

圖11 框架結(jié)構(gòu)底層整體垮塌

上面我們已經(jīng)看了地震中房屋具體的破壞形態(tài)，那么，如何來(lái)減輕這些震害呢？現(xiàn)在比較熱門的技術(shù)莫過(guò)于減隔震技術(shù)了，今天讓我們來(lái)簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)下這個(gè)秘籍吧。

隔震技術(shù)是指通過(guò)一些減隔震裝置將建筑結(jié)構(gòu)與地面隔開，通過(guò)隔震層的變形來(lái)消耗地面振動(dòng)，從而起到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)免于地震破壞的目的。下圖就是一個(gè)簡(jiǎn)單的隔震原理示意圖。

圖12：隔震原理示意圖

此外，消能減震技術(shù)是將結(jié)構(gòu)的一些非承重構(gòu)件（如支撐、剪力墻、連接件等）設(shè)置成變形能力強(qiáng)的消能構(gòu)件，或在結(jié)構(gòu)某些部位（如層間、節(jié)點(diǎn)處等）裝設(shè)消能裝置。它的核心就是消耗地震能量。

圖13： 減震阻尼器

上述減隔震手段在國(guó)內(nèi)已應(yīng)用很多，比較典型的隔震建筑有被稱為 “樓堅(jiān)強(qiáng)”的蘆山縣人民醫(yī)院、北京大興機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目、云南昆明機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目等。

比較典型的消能減震工程有北京盈泰中心、天津國(guó)貿(mào)中心、昆明春之眼等結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)也有將這兩種技術(shù)綜合運(yùn)用的案例，比如唐山婦幼保健院項(xiàng)目、郯城職業(yè)技術(shù)學(xué)校和四川西昌攀西國(guó)際商貿(mào)城等就既有隔震技術(shù)，也有減震技術(shù)。

最后，當(dāng)?shù)卣鹫娴膩?lái)臨，我們的房子真的安全嗎？我想只要我們的房子做到場(chǎng)地規(guī)劃合理、設(shè)計(jì)理論得當(dāng)、施工技術(shù)規(guī)范，是完全可以抵御中等地震的，如果在此基礎(chǔ)上合理地加入減隔震技術(shù)，這樣的房子毋庸置疑是安全的。

END

作者：郭宇（浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院）