[文章]：近年地震震害的几点启示

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工程抗震的研究和实践已经走过了近百年的历程。最近的半个世纪，基于震害调查、强震观测、理论分析和抗震实验，地震工程取得了长足的进展，建立了以弹性反应谱理论为基础的较为系统的可供实际操作的抗震技术方法。处于地震活动区的世界各国均编制了地震危险性区划图，制订了建筑抗震设防标准，颁布了抗震技术和管理法规，在大范围内实施了建筑抗震设计和现有建筑的抗震加固，地震工程研究有力地促进了防震减灾事业的发展。
在肯定地震工程研究和实践取得重大成就的同时，我们还应面对如下现实；即破坏性地震仍然对人类社会的经济生活造成了重大危害。1993年印度德于高原凯拉里镇发生的M6.4级地震，使极震区内十个乡村夷为废墟，死亡和行踪不明者近3万人。1994年美国洛杉矶北岭发生了M6.7地震，枢纽桥梁的破坏切断了运输繁忙的加州高速公路干线，此次地震虽只造成了57人的伤亡，但因建（构）筑物损坏造成的经济损失竟达今社会各界震惊的170亿美元，大大高于1906年旧金山M8.3级地震的损失。一年以后，    关西地区兵库县南部发生M7.2直下型地震，工业重镇神户市和大贩市遭受惨重破坏，地震中5438人丧生，直接经济损失高达1000亿美元，是关东大地震以后    损失最为严重的地震灾害。1999年，相继发生的土耳其伊兹米特 7.4地震和我国台湾集集镇M7.3级地震再次震惊世界。土耳其地震造成1万5千余人丧生、2万余人受伤，房屋倒塌 10万余间，经济损失超过 100亿美元。台湾集集地震中死亡人数为 2405人，受伤11306人，倒塌和半倒的房屋约10万间，经济损失近100亿美元；此次地震中因供电系统受损造成新竹高科技园区芯片生产停顿；引起了世界范围内计算机市场价格的波动。近10年间，我国大陆虽未在经济发达、人口稠密的东部地区发生破坏性地震灾害，但在西南、西北地区发生的地震，也造成了相当数量的人员伤亡和经济损失。简而言之，不论在发达国家或发展中国家，地震仍在造成大量人员伤亡和愈发严重的经济损失，人类距实现“最大限度地减轻地震人员伤亡和财产损失”的防震减灾目标还有相当大的距离。
地震灾害造成的损失有其自然、社会、经济的背景；勿庸讳言，人类至今所掌握的防震减灾知识尚不能满足社会经济发展的需求。其中，灾害性地震的罕遇特点及震灾无法在人工控制下进行重复模拟是阻碍地震科技迅速进步的重要原因，因此；不断从实际震害中总结经验、发现问题、解决问题（包括修订和完善防震减灾法规）乃是一项长期的任务。近10年来国内外的地震灾害似可给我们以下几点启示。
1 非抗震建筑的更新改造和加固
未经抗震设计的建筑、尤其是抗震能力低下的老旧木结构和砌体结构房屋；仍是造成地震人员伤亡的最主要的直接原因。在印度凯拉里地震震区，乡村中90％以上的房屋是施工粗陋的土石结构和石木结构房屋，此类房屋墙体厚达1米左右，由粗毛石以泥浆砌筑，内外墙面砌石互不搭接，中间填以碎石和土，抗剪强度极低、整体性极差，稍经振动便一塌到底；尽管极震区烈度仅为VⅢ度，但竟造成了上万人的死亡。在震后乡村的一片碎石中；鹤立鸡群的仅是一座混凝土框架填充墙房屋。
在    兵库县南部地震中，死亡人员的80％以上系于木屋内罹难。极震区的老旧木结构房屋几乎全部倒塌，神户市木结构房屋平均震损率为36％，明显高于混凝土结构房屋和钢结构房屋的震损率（分别为23％和 32％）。    的老旧木结构房屋；构件连接薄弱、无铁件固定；墙体为木板条加装饰层、无斜撑拉接，屋顶覆厚重的粘土瓦、头重脚轻，木构件年久失修、腐蚀严重；加之部分墙体开洞过大；房屋易沿薄弱方向倒塌。
老旧房屋的更新改造和加固问题目前在我国仍普遍存在。在城市建设高速发展的同时，仍有成片老旧房屋在使用；乡镇存在大量未经抗震设计的建筑，如闽南的砌石房屋和遍布全国乡村的简陋土、木、砌体结构房屋。经济发展是提高建筑抗震能力的基础，在城市建设中，似应将老旧棚户区的改造置于首位；对尚有使用价值的非抗震设计房屋（或设防标准低于目前规定的房屋）采取加固、改变使用用途等对策。经济发达的乡村，宜合理规划并依抗震设计规范进行建设；其他地区亦应有计划地因地制宜建造抗震示范房屋，以启效尤。另外，近年来抗震加固新技术有新的发展，利用阻尼器和高强纤维加固建筑结构在国际上已获成功应用，具有广阔发展前途；值得在我国试验推广。
2 加强抗震设防和施工质量管理
震害调查一再表明，地震中房倒人亡的惨剧往往半是天灾、半是人祸。在兵库县南部地震中，    在20世纪六、七十年代经济腾飞时期建造的房屋暴露出不少施工质量问题，其中包括，混凝土构件中的钢筋热压接头断裂，箍筋未设弯钩并与主筋缺少连接而脱落；梁柱在节点处党主钢筋锚固不足，使用海砂拌制混凝上导致钢筋加速腐蚀，混凝土构件中混有木板等异物，前后期混凝土施工缝结合不良，钢结构连接螺栓材质不符合标准，钢构件焊接处因材质劣化而发生脆性断裂。另外，因赶工期。仓促变更设计、未经严格论证而在原有建筑上加层扩建；这些因管理因素造成的抗震隐患在震灾中都有所暴露。
如果说    震灾中暴露出的施工质量和管理问题尚未引起我们的足够重视，那末士耳其震害中的同类问题则再次敲响了警钟。在伊兹米特地震中倒塌和严重破坏的房屋所暴露出的质量问题，与在    已经发现的现象具有惊人的相似之处。除前述质量问题之外，土耳其地震中破坏的房屋还包括大量未经抗震设计和未经规划批准的违章建筑，虽有建筑法规而有法不依；建筑承包商为攫取高额利润肆意减少混凝土构件中钢筋和水妮的用量，这些违章建筑和“豆腐渣”工程引起了社会公众的极大愤慨。再者，土耳其震前城镇房屋的加层扩建成风，所用手法层出不穷，加之管理法规欠妥，大量此类加层房屋在地震中遭受破坏。
类似的施工质量问题，在台湾集集地震中亦有所披露。混凝土构件中埋有油桶、报纸等杂物，混凝土强度严重不足，钢筋绑扎位置有误，构件间钢筋缺少连接等；逾百名事故相关者以涉嫌公共危险罪和业务过失罪被起诉。
由上述现象可见，建筑工程的施工质量问题乃是国内外的通病；在大规模经济建设时期，施工质量管理问题尤为严重。基础设施和房屋的建设是关系国民经济的百年大计，我国目前正处于经济高速发展时期，全国犹如一个大工地。为了给21世纪中叶繁荣富强的中国奠定坚实的建筑基础而造福后人，强化建筑工程的抗震设防、规划和施工质量管理势在必行。
3 深化近源强震地震动的研究
发震断层附近的强烈地震动是造成房屋建筑破坏的重要原因，但在土耳其和我国台湾地震之前，在发震断层附近的强震记录十分缺乏，目前抗震设计规范中使用的设计反应谱主要是由震源距为几十公里以远的强震记录统计得出的。一些国家的抗震规范规定，对断层附近的设计地震动要作特殊研究，但囿于资料不足而难以实施。工程地震研究者早已猜测断层附近地震动性态复杂，可能有大的速度脉冲，这些猜测在一定程度上被近年强震观测所证实。
兵库县南部地震中有近百个强震台站记录到地震动。强震观测表明，最大水平加速峰值达到833gal，加速度峰值达400gal的地区在极震区呈带状分布，加速度反应谱在l～3秒周期范围内都有较高的幅值；地震动速度峰值达100cm/s，当时被认为已接近地震动速度的上限。土耳其地震有22个台站获得良好的记录；其中有8个台站距发震断层不超过50km，最大水平加速度峰值为407gal；与兵库县南部地震相类似，高加速度区沿断层伸展，不同场地上加速度谱在2.5秒周期仍有较高幅值。我国台湾强震观测台站密集，在集集地震中获得的距震源20km以内的强震记录即达60余条，为强震数据库增添了宝贵的资料。集集地震记录到的最大水平地震动加速度接近1000gal，加速度等值线呈复杂的花瓣型；尤其令人震惊的是，最大地面速度推测可达300cm／s；此外，观测和震害调查一致表明断层上、下盘的破裂效应有明显差别。
上述强震观测记录为深化近源地震动的研究、修订和完善抗震设计反应谱提供了新的基础资料。抗震设计反应谱作为设计地震动参数，必须力求反映真实地震动的性态，jZgig801tiM、＊55！FffPt｛UMMil：’’Mntm＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊。
值得注意的是，我国大陆强震观测台站和台网的建设远不能适应地震工程研究的需要，目前，全国大陆强震仪布设仅300余台，数量远不及美国和    ，甚至低于土耳其和我国台湾；另外，现役强震仪中有相当一部分运行多年、技术指标已明显落后。在新的设备技术基础上，加强大陆强震观测体系的建设应当提上规划日程。
4 关注发震断层引起的地面错动
发震断层将引起地面的水平和垂直错动，这早已为地震工作者所熟知，这种大幅度的地面错动变形是目前的人工结构物所无法抗御的。然而，在兵库县南部地震、尤其是土耳其地震和集集地震中所观察到的地面错动，其规模之大和破坏力之强当属前所未见。
土耳其伊兹米特地震地面破坏发育清晰，断层破裂总长约 180km，以右旋走滑为主。在13个地点观察到的地面水平位错均在lm以上。震中位置的水平位错达3.8m、附近垂直位错亦达2m；至震中以东100km处，地面水平位错仍超过lm；地表破裂带宽度最大约50m。在地表破裂带范围内，房屋建筑的破坏显著严重。大量房屋倒塌，部分房屋发生以米计的不均匀沉降而切断，破裂带边缘的房屋成片倾斜；大口径输水涵管错断，高压输电塔的钢桩被拔出，高速公路扭曲、起伏、断裂，桥梁坍落。估计约半数的房屋毁坏系因地面错动所致。
诱发集集地震的车笼埔断层系逆冲断层，埋藏极浅。地震中，断层上盘向西北方向水平错动3－4m，最大超过8m；垂直错动最大竟达10m；破裂延伸约80km。位于断层线上的房屋、桥梁、水坝、道路无一幸免。断层切断大甲溪，摧毁桥梁，同时形成落差近7米的瀑布，令人触目惊心。石岗水坝因地基隆起超过8米，坝体损害造成贮水溢流。雾峰光复国小的操场东侧被抬升2m。七星仔的一座钢结构厂房一侧隆起3m，致使房屋倾倒。中台医专楼房后侧抬升1.5m；房屋前倾压毁邻近建筑。丰原联合新村因地基隆起，大片房屋倾斜倒塌。车笼埔断层向南延伸横切清水溪桶头桥，桥墩折断、桥面坍落。
发震断层引起的地面变形目前尚无法抗御，只能酌情避让。这不但涉及活断层测年、定位等科学难题，亦需对断层可能造成的地面破裂规模和范围作出估计。其中，断层破裂形态、错距、断层埋深、覆盖土层厚度等因素均需考虑。这一课题对于板内地震又比板缘地震更为困难。因目前尚无解决这一难题的成熟技术途径，只能结合经验、数值模拟和可能的试验结果进行综合判断。
5 性态抗震设计研究势在必行
如前所述，地震中遭受破坏的房屋，有些是非抗震设计的老旧房屋，有些是未经抗震设计的违章建筑，也有仓促变更设计或加层的房屋，有些是抗震设计中未能全面理解和掌握设计要求的房屋（如结构布置严重不均匀、不规则），还有部分房屋的破坏可归因于施工质量低劣和地震动超过设计水准。但是，震害调查也发现有另一类问题，即按照抗震规范设计建造的房屋，实际地震动并未超过设计水准，但未能达到设计者预想的抗震能力，有些预期不倒的房屋倒塌了，有些房屋破坏形态出乎意料；特别是，一些设计者认为实现了设防要求的房屋（未倒塌、未造成人员伤亡），用户则认为损失巨大、难以承受，这就提出了结构抗震相关的新的有待研究的问题。
应当承认，作为结构抗震的研究者和设计者，我们目前对罕遇地震作用下房屋不倒的可靠度并无定量的认识；事实上，大部分房屋也并未实施可信的抗倒塌变形验算，“大震不倒”只是一种经验的判断；台湾的结构设计师提出现行弹塑性设计法值得怀疑是不无道理的。换言之，作为保障生命安全的“大震不倒”的设防要求；目前尚无充分可靠的设计计算基础。再就“中震可修”来看，按照我国抗震规范规定；这一设防目标是通过小震强度验算来保证的，与国外利用结构系数进行设防地震下的弹性验算方法大致相当。姑且不论“可修”是一个相当模糊的描述；其主体结构的破损程度可能有很大的差异；我们更应当看到，随着社会进步和经济发展，房屋已从最初的藏身之所发展为具有各种社会经济功能的建筑，保持房屋的预定功能；使其能发挥预期的经济和社会效益是结构设计的最终目标。显然，这就要求抗震设计不但要保证房屋主体结构具有预期性态，其他如非结构构件、各类设施和设备也要有相关的性态保障。不考虑上述因素，我们就难以控制地震经济损失；不能满足社会对抗震建筑的要求。
正是基于前述震害现实及社会反响，近年来国际上提出了。性态抗震设计，的思想。性态抗震设计思想的基本点，似可概括如下：
（1）建立与房屋建筑预期功能相关的较细化的性态水准分类，并提出对应各性态水准（极限状态）的主体结构、非结构构件、设备和地基的设计控制值。
（2）应基于投资一效益分析确定具有优化意义的抗震设防标准。这种设防标准应有“个性化”特征，既应满足不同重要性建筑的要求，也应在规定最低设防标准的同时，为使用者提供更多的可能选择方案。
（3）多级抗震验算是实现性态抗震设防的必然途径；在抗震验算中使用位移和能量指标将比强度指标更合理。
（4〕实现性态抗震设计的重要技术关键是对结构弹塑性性质的了解和开发实用的弹塑性体系分析方法，诸如非线性动力时程分析方法、等效线性化方法、非弹性反应谱方法和静力弹塑性方法等。
（5）性态抗震工程的实现并不只涉及抗震理论和方法，其他如材料和元、构件的性质、施工质量和施工验收管理、结构体系的运行和维护都是保障结构体系抗震性态的重要环节。
显然，上述性态抗震思想为地震工程的发展和抗震设计规范的修订与完善提出了新的方向和更高的要求。这一思想的实现将使结构抗震的理论和实践跃升到新的高度。目前，国内外性态抗震研究相当活跃，研究领域既涉及包括抗震设防标准在内的基础框裟也涉及具体的抗震设计计算方法。考虑到在这一领域研究中有大量理论和技术问题尚待解决，在“十五”期间宜在相关实验设备和科研立项中加大投入，以求有所进展。
6 推进结构控制新技术的开发和应用
在经历了约30年的不懈探索之后，近年来含隔震、减振和主动控制技术在内的结构控制研究已经取得了丰硕成果，隔震、减振工程经历了强烈地震的初步考验，有力推进了工程应用和新技术的开发。
在1994年美国北岭地震中，位于洛杉矶、南加州大学和Santa Monica的3栋隔震房屋经受了高达 0.2～0.9的地面加速度作用，主体结构仍保持完好。1995年    阪神地震中，松村组和邮电省计算中心的两栋钢筋混凝土隔震房屋分别遭受 0.3g和 0.4g的地面加速度作用，房屋完好无损。此外，若干设置了耗能阻尼器的建筑，如    大阪关西国际空港和土耳其伊斯坦布尔市的一些房屋，也都经历了实际地震作用而未发生损坏。目前，国际上以美、日为主已建成1千余栋隔震房屋，多为混凝土结构和钢结构；我国建成和在建的隔震房屋亦近百栋，其中多数为砌体结构。吸震和耗能减振技术为提高房屋抗震能力开辟了新的有效途径，规范和推广隔震技术的应用直着力进行。
在结构主动、半主动及混合控制研究的基础上，目前在世界范围内已建成近30座主动控制试点工程，这些工程绝大部分在    ，我国南京电视塔和台湾高雄市的1座高层建筑也名列其中。遗憾的是，至今尚未见到有关主动控制建筑在实际地震作用下减振效能的报道。值得注意的是，大量见诸研究文献的主动控制AMD技术，因其系统复杂、需占据较大建筑空间、特别是其能源要求在地震环境中难以保证，其研究及试点似呈停顿趋势。与此同时，有关利用智能材料（如电流变、磁流变、压电、压磁及记忆合金等）实施变刚度、变阻尼半主动控制的研究又成热点。利用智能材料制作的阻尼器和控制器具有小巧、价廉、布设方便、仅需很少能源支持的特点，可能具有更广阔的发展前景。
综上所述，近十年来的地震震害提出了若干有待我们加深理解和着力解决的问题，其中有些问题早已有所注意，有些问题则值得深人探讨。坚持不懈地对这些问题进行研究和实践，是推进地震工程研究和防震减灾事业的必由之路。