汶川地震14周年，装配式建筑抗震问题的思考

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2008.5.12

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装配式建筑抗震问题的思考

文/林树枝

地震造成的灾害是巨大的，每年全球各地都发生着或大或小的地震灾害，下图显示了全球一些比较大的地震中的人员死伤和经济损失情况。

地震灾害造成的生命财产损失

▲ 全球地震中的人员死伤和经济损失一览

▲ 中国5.12与日本6.14地震伤亡对比情况

据2008年7月10日-14日在中国成都召开的中国5.12日本6.14地震震害、结构抗震、灾后重建研讨会数据显示的伤亡人数（见上图）所示，两次地震相差1个月，虽然日本岩手地震释放的能量远小于汶川地震，但死伤人数相差之大，令人震惊。

该次会议中，中国代表重点介绍了钢筋混凝土结构建筑、砖混结构建筑，强调只要按抗震要求设计，钢筋混凝土结构建筑、砖混结构建筑可以抗震。外方代表重点介绍了新型建筑结构体系（包括钢结构建筑、木结构建筑）及减隔震技术。

汶川地震中房屋倒塌的教训

   

   

   

   

▲汶川地震中房屋倒塌的照片

总结汶川地震中房屋倒塌情况综合有如下情况：

1） 汶川地震共倒塌房屋700万余间，其中80%是农房；

2）农村地区建筑物损毁要远高于城市建筑物，很多农村的房屋倒塌率在90%以上；

3）农村房屋建造不重视圈梁、构造柱，在地震时，这种房屋往往在摇晃后，楼板脱落造成整体垮塌（如图1所示）；

4）农民建房一直以自建为主，从设计、施工到灾害保险等几乎所有环节，都处于无人监督、随意建设的状况，农村建筑呈现出整体上的“不设防”格局。 

地震发生时国内媒体曾报道：北川县城房屋倒塌很严重。

▲绵竹市遵道镇鹏花村震前震后对比

其中，汶川县城房屋倒塌极其严重，其中约1/3房屋严重受损；映秀镇有不少房屋在地震中倾斜，局部房屋大面积垮蹋；耿达乡倒房率在40%以上；绵竹市拱星镇倒房较多，绵竹市区东北部、兴隆镇、富新镇、五福镇、齐天镇、柏隆镇的倒房率约20%至40%，绵竹市区东西部、什坊市倒房率在20%以下；青川县再遭余震重创，房屋大面积倒塌；茂县太平乡倒房率约在10％至20%，部分区域倒房率在20%至50%；叠溪镇倒房率较低，在10％至20%之间。城区也有不少的砌体结构住宅倒塌。

总结受灾情况大致得出以下几点教训：

1）地震死伤，绝大多数是被垮塌房屋压死的、或被破损房屋砸伤的；

2）中国地震死伤人数较多，说明建筑质量，中国相比发达国家差，特别是农村地区的建筑质量尤其差；

3）中国大量采用砖混结构、或钢筋混凝土结构建造住宅，重量大，地震力也大，加上施工质量难于确保，地震时，住宅垮塌较多；

4）砖混结构若没有设置圈梁、构造柱，就形不成结构的整体性，抗震性能差，又没有冗余度，抵抗不了连续倒塌，地震一来，很容易整体垮塌。

美国住宅建设的经验借鉴

住宅产业作为美国国内经济的重要支柱，对拉动经济发展起举足轻重的作用。拥有住房的人，要比租房者有更强的责任感，更关心自己的社区。稳定的社区植根于大量自有住房者的群体之中，因此鼓励一切有能力的人买房是政府住宅政策的基石。

美国住宅建设大致有以下特点：

1）大量建设装配式住宅；

2）形成集设计、制作、安装、装修为一体的住宅产业；

3）以住房建设促进社区发展；

4）通过政府调节，保证居住政策上的公平。

   

   

   

   

木结构在北美应用较多，4层及4层以下的木结构建筑在美国、加拿大很流行，多用于公寓、住宅等， 有以下特点：

1）正交胶合木，胶合梁和柱，强度很大，可用于木桁架屋顶，实现大跨度；

2）钢筋混凝土核心筒+木框架+木楼板，可建设高层建筑。

胶合木与成材相比，强度大，而且结构均匀，内应力小，不易开裂和翘曲变形，还有较高的耐火性能，可解决部分大跨度、耐候防蛀问题。这种材料非常轻便和坚固，而且由于抗剪能力提高，对抗震更有利，也更能支撑起大楼的重量。美国现代化的林业工程，采用叠合层技术，能够帮助木材发挥更大的强度，更稳定的性能。

▲胶合木结构建筑

无论是在美国的东部还是西部，均可见到大量的木结构住宅。

在美国，住宅建设衍生出集设计、制作、安装、装修、整体厨卫为一体的集成住宅产业，工厂化生产，工地现场安装。原来量大面广的是木结构，但随着木材价格的上涨，美国加大了钢结构住宅的推广。目前，钢结构住宅，已经成为集成住宅市场的主力。

美国对超高层住宅的建设一直很慎重。规划建设之前，需综合评估文、教、体、卫、商业等配套要求，交通设施要求（道路、停车位等），以及市政设施要求。 

美国超高层住宅的建设主要集中在几个大都市区，主要采用钢结构。

   

     

▲超高层住宅的规划

借鉴美国住宅建设的经验，可以引起我们的以下几点思考：

1）发达国家的居民住宅以低层、多层为主，且大力推广装配式木结构住宅、轻钢结构住宅，对增强房屋抗震能力，十分有利；

2）装配式木结构、轻钢结构，重量轻，吸收地震力小，地震时更不易垮塌；

3）结构是由不同功能的基本构件通过可靠连接组成的、能够长期安全可靠的承受各种荷载和作用的、合理的整体系统，装配式木结构、轻钢结构，只要连接节点可靠，就有很好的整体性；

中国人普遍不认同木结构作为住宅，不是因为缺少木材，而是因为历史上兵荒马乱，烧杀抢掠，木制房屋不安全，这种观念应改变。

推广装配式+减隔震技术

   

     

▲（芦山县人民医院门诊综合楼）

四川雅安地震，芦山县人民医院门诊综合楼在地震中表现出良好的隔震效果，经历7.0级强震后，除了少许墙面乳胶漆层脱落，建筑内部梁柱和墙构件竟没有出现任何裂纹，就连窗户的玻璃没有任何毁坏，成为震后地震区抢救伤员的主要医院之一。

截至2014年，日本共有各类隔震建筑8,600幢，其中有不少是装配式建筑。隔震建筑在日本的历次地震中表现良好。台湾的办公建筑、居住建筑也应用装配式+ 减隔震技术（注：台湾大学土木研究大楼是一幢全预制装配钢筋混凝土结构隔震大楼）。

▲（台湾大学土木研究大楼）

综上经验，我们呼吁推广装配式+减隔震技术。 装配式混凝土结构的节点连接存在薄弱环节，为了提升结构的抗震能力，节点连接构造的研究，应与减隔震技术应用结合起来。

装配式减隔震抗震技术，在日本应用很多。隔震，不让地震力直接传递给建筑物，可减轻地震的摇晃约1/3左右，对钢筋混凝土结构较为有利；减震，通过减震器对地震力产生阻尼，可减轻地震的摇晃约3/4左右，对钢结构尤为适合。采用减隔震技术，可能会使装配式建筑的节点连接变得相对简单。

▲装配式+减隔震技术

我们在学习国外装配式技术的同时，也要把减隔震这样的先进技术结合进来。把采用减隔震技术的装配式结构体系，作为装配式建筑的创新技术。

在国内，减隔震技术也已经得到应用，在一些常规的建造中，也积累了不少经验，推广应用到装配式建筑，会相对容易。厦门市已施工完成多个减隔震项目，并进行了最大水平位移值的实际隔震结构动力特性试验，收到了良好的效果。

综上所述，关于装配式建筑抗震问题思考后可初步得出以下结论：

1）木结构重量轻、抗震性能好，尤其适用于低层、多层住宅；

2）高层钢结构建筑，跨度大、断面小、抗震优，宜推广；

3） 轻钢结构，抗震能力强，可借鉴发达国家的经验，重点发展集设计、制作、安装、装修、整体厨卫为一体的集成住宅；

4）预制装配式砼结构，应重视节点设计、连接，加强整体性；

5）装配式混凝土结构的节点连接存在薄弱环节，为了提升结构的抗震能力，节点连接构造的研究，可与减隔震技术结合考虑。

// 注：本文摘自国家土建结构预制装配化工程技术研究中心主办的《建筑工业化》杂志首期第39-51页，有删节。

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