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[轉帖]一個土木工程師對四川大地震的逆耳忠言!

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:52:35 [收藏]
5 月12號的四川地震，牽動了無數人的神經，汶川迅速成為世界輿論的焦點。這次地震，傷亡很重。經濟損失慘重。死亡人數官報道就有四萬多人了，很多地方整個鎮(zhèn)子幾乎被夷為平地。我覺得實際傷亡人數可能達到7萬人，傷
    5 月12號的四川地震，牽動了無數人的神經，汶川迅速成為世界輿論的焦點。這次地震，傷亡很重。經濟損失慘重。死亡人數官報道就有四萬多人了，很多地方整個鎮(zhèn)子幾乎被夷為平地。我覺得實際傷亡人數可能達到7萬人，傷殘可能達到20萬。直接經濟損失可能達到數百億美元。再考慮間接經濟損失，全國人民今年一年白干了。

    通過這次地震，暴露的問題很多。

    　　1、大眾科學素養(yǎng)不足：

    　　地震作為一個頻發(fā)的自然災害，幾乎每年全世界都會發(fā)生一系列大大小小的地震。歷史上造成重大傷亡及重大損失的高烈度地震史不絕書。但是由于我國特色的教育，孩子們從小學就開始接受長達近20年的具有中國特色的馬克思主義哲學教育，但是關鍵時刻，這些哲學并不能救人一命。

    地震來了，只有科學的避震知識才可能給你撿回一條命。但是，官方教育體系里并沒有任何關于各種自然災害的急救知識。

    其次，多年的愛國主義科技史教育：很多人質疑政府刻意隱瞞地震預報，很多人責罵地震局及科研人員的水平低，依據就是古代張衡就能制造出能預測地震的候風地動儀，而為什么現(xiàn)代科技預報不了？更有人以此作為依據，開始懷疑現(xiàn)代科技，轉向相信一堆具有“東方色彩”的“東方科學”。

    各種荒誕不經但是瞎貓逮個死耗子的“預測理論”都找到了市場。實際上，我并不相信歷史上所謂的地動儀。雖然我沒有認真地查證過史料，但是根據廣為流傳的官方教育，說其中間是一個直立的柱子，柱子與其周圍的龍頭里的珠子有關聯(lián)，當地震波傳來，珠子就掉到蛤蟆的嘴巴里，于是，蛤蟆就指示了地震的方位。

    實際上，這樣的說法根本就是一派胡言：首先地震發(fā)生后，能量由三種波向遠方傳播，包括縱波（P波）、橫波（S波，震級就是根據S波的相關參數計算得到的）及面波（L波），這些波分別以不同的速度傳播，且在傳播的過程中，由于地層的作用發(fā)生衰減、折射、反射、濾波、共振等一系列復雜的過程。

    地震傳播的整個過程十分復雜，目前人類尚無法認識清楚。而倒立的柱子相當于一個倒立擺，遙遠地方傳播過來的地震波對其的作用，使其受到微小擾動后的倒塌方向根本無法預測。退一步說，就算能指示出方向，那也只能作為地震災后報告，而不能“預測”。

    所以，我們的教育部門應該好好反思中國科技史的教育和急救及災害防護方面的宣傳教育。
    2、政府戰(zhàn)備不足：

    　　地震預報分為長期預報、中期預報和臨震預報。長期預報主要是研究地震區(qū)劃，為地區(qū)的建筑抗震設防建立科學的依據。中期預報，則是為政府準備救災物資，制定應急預案作為依據。

    而臨震預報，地震科學界的主流已經逐漸減弱了在這方面的研究，原因很簡單：地震高度復雜，很難準確地在時間空間上預測準確。所以地震抗災不能依賴臨震預報，而只能寄希望于中長期預報，做好地震區(qū)建筑抗震設防，做好政府應急預案及救災物資準備。這樣一旦災害性地震發(fā)生，立即開展救援，將損失減少到最低。

    至于網上廣泛流傳的龍小霞的論文，我認為可以一笑而過。因為她的“可公度法”的基礎就是認為地震的發(fā)生是完全由一個確定的規(guī)律決定的。是有精確的周期性的，這個周期性由“公度”決定。

    他的觀點就不被目前地震學界的絕大多數人認可。雖然地震的發(fā)生具有一定的周期性，但是并非具有精確的周期性，一個典型的例子如下：

    　　美國Parkfield由于處于地震活躍期，差不多每幾十年就一次地震（好像是39年左右還是19年左右，我今天沒去查閱相關資料了），近7次地震的間隔相當有規(guī)律，美國的地震學家們預測將在1989年至1992年將發(fā)生一次地震，所以在該區(qū)域設置了大量的觀測儀器進行監(jiān)測。

    然而一直到2004年這場地震才千呼萬喚始出來。并且遺憾的是：雖然近場布置了大量的各種儀器（差不多比全中國的儀器總和還多， 也只有美國有如此強大的經濟實力），但是地震還是在地震學家們毫無準備中發(fā)生了。

    　　Nature（編者注：是有名的“自然”雜志）于2005年10月刊發(fā)了一篇論文，表示可靠的短期地震預測仍然無法做到[文獻1]。

    　　該文中說：大約20年前，地震學家認識到，圣安德列斯斷層的40公里長的 Parkfield部分，是他們最有可能獲得接近一次大地震的高質量測量結果的地方。 他們安裝了一個密度很大的儀器網絡，來監(jiān)測一個自1857年以來至少發(fā)生過6次大地震的區(qū)域。

    按預測應發(fā)生的地震沒有在所預測的1993年發(fā)生，但監(jiān)測工作繼續(xù)進行，2004年9月終于發(fā)生了一次6級地震。所記錄到的數據顯示了以前從未看到過的地震過程的某些方面，但沒有發(fā)現(xiàn)任何關于2004年Parkfield地震的明顯前兆。所以，即便是在這樣一個受到密集監(jiān)測的地區(qū)，期望來個漂亮可靠的短期地震預測，似乎也是仍然是做不到的。（Article p. 969）Nature 437: 7061 13 October 2005

    　　建立有效的防災減災體系是減少災害損失的關鍵！

    目前國際防災減災的主題，已經從試圖對災害的預測，轉向了對災害的預防和災后最有效的重建。這是防災減災思想的一個重要轉變。

    各國都大力進行防災減災方面的工作，在不放棄監(jiān)測預測的同時，提高抗災能力，加大防災宣傳，積極進行防災減災體系的建設。

    比如日本，由于日本是地震多發(fā)國家同時也具有雄厚的經濟實力，所以在這方面做得相當成功，我們沒有看見報道說日本對哪次地震預報多么準確，但是在各次地震中日本總是保持著相當少的人員傷亡和經濟損失，在災后也能快速地進行救援和恢復建設?？梢哉f，在防災減災方面，日本是一個成功的典范。

    　　以上這兩點，我在上次九江地震中已經在《加強防災減災能力建設任重道遠》一文中進行了強調，但是遺憾的是，近2年過去了，我們大陸情況并沒有任何改觀。

    　　這次媒體被政府要求圍繞“救人”這一主題，一個又一個舍己救人的故事，一個又一個偉大的母親的故事，一個又一個人民解放軍奮不顧身舍小家顧大家的可歌可泣的故事，人們的眼淚都快流干了，各大電臺一直在現(xiàn)場直播一個又一個救人的場面。

    但是，能有幾個人能真正的用腦子來反思反思哪？

    下一次再來一次這樣的地震，我們是否還要付出同樣的代價？

    為什么近10年來，大大小小也不少次地震了，引起的很多問題就是無法得到解決？為什么政府的過錯要用無辜的生命作為代價？為什么要用慘重的傷亡來做為中國經濟畸形發(fā)展的最震撼的注腳？

    為什么要用天文數字的祖國花朵的凋謝，來為“再窮不能窮教育，再苦不能苦孩子”這一無恥的謊言作注釋，讓那么多燦爛的笑臉永遠定格在青春少年？

    現(xiàn)在屁大的事，媒體都要加上一句“某某政府啟動了緊急預案”，那么我怎么這么多年來，沒有看到任何公開出版的或者政府內部的所謂“緊急預案”？

    實際上，以前哪次災害不是緩慢地在人治下開展工作？哪來什么在一個法律框架或者政府應急預案的框架下工作的樣子？

    最近，東方衛(wèi)視找了一個上海市救助與防災處副處長作為嘉賓。當前方不同地區(qū)的記者紛紛傳回傷亡最重的都是學校，且都是教學樓整體垮塌，死亡人數觸目驚心的消息，男主持人說“我以前去過日本，在日本期間也發(fā)生過地震。日本作為一個地震頻發(fā)的國家，在災后學校都作為避難場所，可見日本的學校是比較堅固的。而這次汶川地震，恰恰相反，學校幾乎全軍覆沒，成為傷亡最重大的地方，您覺得其中的原因是什么呢？”

    然后，把目光投向那個副處長。這個長期在官場浸淫的面部肌肉抽搐一下，然后說到“主要原因還是這次地震震級太高了”。

    我當時就把遙控器砸過去了。然后女主持人接過話茬：“我們看到啊，這次地震，經濟好一些的鎮(zhèn)子，樓房倒塌的比例就小得多，而經濟落后的一些鎮(zhèn)子，幾乎夷為平地。這是不是也說明了，經濟條件好的地區(qū)，抗震設防做得要好一些？這是不是也說明了，這次地震慘重的傷亡也與日益擴大的貧富差距有關系？”

    在目前的政治環(huán)境下，東方衛(wèi)視的主持人能說出這樣的話，我真的感到很欣慰。這個副處長，除了糟蹋糧食和納稅人的錢財，還能對救助救災起什么作用我們就不得而知了。

    3、我國建筑管理存在的問題：

    　　目前在建筑管理上，我國還是一直是二元化管理。各地建設局只管理公共建筑、政府建筑和商業(yè)建筑。私人業(yè)主的，沒有經過商業(yè)市場的建筑，沒有納入建設局的管理范圍。

    實際上，各地的建設局與土地局，除了在房價上升上推波助瀾外，對地方的建筑安全，并沒有起到多少好的作用?？纯锤鞯胤?，建委的車，建委的人有幾處房子就明白了。

    這次地震，縣級以上政府的房子絕對經受了考驗。四川成都市政府花費數十億巨資，由鳥蛋和鳥巢的設計人安德魯設計的蓮花型的建筑群，連玻璃幕墻都沒裂一個。

    其次就是商品房。商品房雖然都存在不同程度的偷工減料，但是由于都經過正規(guī)的設計，都具備抗震能力和良好的延性。因此，即使發(fā)生破壞，也沒怎么造成人員傷亡；

    再次就是農民自己的房子，雖然一些經濟好轉的農民，把畢生的資產都投入了房子上了，也都采用磚頭、混凝土等建筑材料，但是由于沒有經過正規(guī)的建筑結構設計，完全憑借包工頭的經驗，而這些包工頭的經驗根本算不得經驗——這些沒有任何結構工程方面的專業(yè)知識的包工頭，連靜力荷載的傳遞路徑有時候都不合理，別說什么抗震設計了。

    這些農民也根本沒有抗震概念，把錢都花費在沒有用的地方。我都被我親哥哥氣死了，作為一個土木工程師，我連自己親人的觀念都無法改變。在他有建造房子的意圖之后，我從一個土木工程師和房產界人士的角度，給了他很多專業(yè)意見，

    但是他就是聽不進去。最后在我不知情的情況下，花費6萬元建造了一個200個平方米的2層小樓。結構上存在相當多的不合理之處。而我的堂哥，作為當地最有名的建筑包工頭之一，90年代末建造自己住宅，幾乎犯了所有的結構安全大忌?，F(xiàn)在房子幾乎成為危房，更別說抗震了！

    我們那里農民追求房子的進深（從大門到“中堂”的距離，即房子的寬度）。他的房子是9米進深，客廳寬度8米。采用橫墻承重方案，4米跨度的預制板。但是9米跨度的主梁，梁下不但沒有“梁托”，而且梁的邊緣距離門洞的邊緣在水平上幾乎只有20公分的距離。

    在高度上，也只有半米的距離，1米2的門洞沒有過梁，直接采用磚砌。所以，想都不用想，不到1年，就從梁端發(fā)展了一條直達門洞角的裂縫！

    9 米跨度的主梁，他以前從來沒做過。于是也不放心，加大梁高，增加配筋數量和直徑。但是不幸的是，4根直徑22毫米的鋼筋凈距離太小，又因為我們村沒有三相 380伏特的電力，沒有采用機械振搗，只采用了人工振搗，混凝土的坍落度、水灰比等指標可能也不合適（他們攪拌混凝土絕對不會有水灰比的概念），混凝土的石子無法穿過鋼筋間隙，造成很多主受力鋼筋外露，而第二排鋼筋又被他配在中性軸的位置，對正截面抗彎完全不起作用。箍筋采用直徑為6的鋼筋，且間距達到 40公分以上?？梢?，箍筋配筋相當不足，而由于混凝土密實性不足，屋面又沒做好防水，梁長期處于潮濕環(huán)境，鋼筋銹蝕嚴重。

    更要命的是，前面的走廊，預制樓板直接放在1米2長的懸臂梁上。而變截面的懸臂梁梁高不足，混凝土密實度又不夠，負彎矩的鋼筋又嚴重不足（只有2根直徑為 10的鋼筋），他自己也害怕，于是在預制板上面又澆筑了4-10公分厚度的碎石混凝土。實際上，這一措施，起反作用——因為碎石混凝土層的存在增加了重量，但是對負彎矩的抵抗能力沒有一點增加（這需要工程力學和混凝土結構學方面的知識才能理解），然后他又對梁進行加固，在跨中增加一個磚頭砌筑的柱子，把 9米跨度的梁變成一個4米5跨度的兩跨連續(xù)梁。

    學過力學的人都知道，如果梁不發(fā)生一定的撓度，他后期砌筑的柱子不受力。假設梁發(fā)生大撓度，但是這樣在柱子上面會產生負彎矩，而他的梁在上層只有2根很細的架立鋼筋，根本沒有主受力鋼筋，所以主梁如果真的產生大撓度以后，柱子頂部位置，梁肯定會裂。還有一大堆其他問題。

    這就是一個接受過高中教育，有多年工程隊經驗的農村建筑包工頭的水平。所以可想而知沒有經過任何專業(yè)設計的，由這些包工頭和農民設計建造的房子，安全性如何。

    而我們今天城市的建設就是都靠著這樣的農民工來干哪！就是有了設計，他們對工藝的控制，基本就完全不靠譜了。

    大家都知道北京亞運會時候，一個著名的副市長，就是農民工出身，當時就不自覺的把這樣的意識發(fā)揮到了極至了，他能忽悠人，號稱要是出了問題，就從當時中國最高的大樓209米的京廣大廈跳下來，其實，他完全知道，在他活的時候不會趕上了地震了！他具有非凡的農民智慧！可惜，是對后人完全的不負責任的！

    在他的忽悠下，經濟適用房就更危險了。

    但是，最差的就是學校建筑，這又由多種原因決定。

    　　首先資金不足。在貧困山區(qū)的學校，教育撥款很少，又不能象城市學校那樣可以收取大額度的各種借讀費等費用，所以資金十分緊張。在建造過程中，再加上政府部門主管官員，教育局主管官員，學校主管官員，包工頭等層層剝削，可以想象最后能花費在教學樓上的錢還能有多少。歡迎瀏覽ddhw.cn

    　　當一個地區(qū)抗震設防等級提高以后，政府部門，重要的企業(yè)等都會對房屋進行鑒定、加固。但是這些學校，70年代設計建造的房子也不會有人管。所以，學校的老房子設防不足，學校的新房子偷工減料。學校的房子沒幾個好的。

    從大量的描述和照片上可以看到，發(fā)生整體垮塌，傷亡最大的，都是采用預制板的教學樓。預制板建造方便，省錢，平時使用也沒大問題，但是對抗震十分不利！

    我簡單給大家解釋一下：你用四個磚頭在桌子上圍成一個邊框，上面放一個小石板，小石板的兩端分別壓在兩側的磚頭上（前后的磚頭僅僅起到圍護作用），這個時候你前后搖晃桌子，你會發(fā)現(xiàn)，不那么容易把這個簡易的房子搖倒塌。

    但是你再試試左右搖晃，保證稍稍一用力，被承受小石板重量的左右兩個磚頭就劇烈搖晃起來。要是你搖晃的頻率恰好接近它自己的自振頻率，則很快就倒塌了。這個時候雖然前后兩個磚頭不容易晃動，但是它“幫不上忙”。

    從這個小實驗中可以看到——墻體被橫著搖晃的時候，如果上面再有大的質量，很容易倒塌。但是如果是順著墻的平面內晃動，則不容易倒塌。在工程力學上，這叫做“平面內剛度遠遠大于出平面剛度”。
    而如果是采用半框架結構，現(xiàn)澆板作為樓板，則相當于用膠水把小石板的四周與四個磚頭都粘接上。這樣無論從哪個方向搖晃，四個磚頭都能起到作用?？傆幸粋€方向的磚頭能起到強大的作用（面內剛度大）。這也解釋了為什么災區(qū)有的房子不倒塌有的倒塌了，這不僅僅取決于房子的質量，也跟房子的朝向、承重方案等有關，非專業(yè)人士不是那么容易理解的。

    所以僅僅根據房子是否倒塌，就直接下武斷的論斷說沒倒塌的房子好，倒塌的房子都差，是不嚴謹的。

    而對于框架結構，則墻體全部是起圍護作用（盡管也對抗震起很多作用，但是在結構計算分析中都忽略，這樣使得結果更偏向安全），所以框架結構的房子，窗戶大開間大，完全不是傷亡慘重的理由。

    網上有關于抗震專家、中國科學院院士周錫元院士（說起來還是我的師叔呢）的采訪，認為“學校校舍的抗震設計是世界性難題”，我認為很可能是記者為了政治目的刻意扭曲他的原意的。如果他的原話真的那么說的，真的是那樣的觀點，那也太無恥了。因為一個合格的土木工程的本科生都不會那么低水準的。

    校舍由于開間大、窗戶多等因素，確實對抗震不利，但是并不意味著在技術上設計不出來能抵抗高烈度地震的教學樓！這是兩個完全不同的概念！

    　　從很多幸存者的描述來看，大部分造成重大傷亡的教學樓都是脆性破壞，在地震開始的數十秒甚至數秒就倒塌了。并且一旦倒塌，就是粉碎性的倒塌，很難給幸存者留下多少生存空間。

    而經過正規(guī)抗震設計的建筑結構，就是最終倒塌，也絕對不會是如此快速的脆性破壞。退一萬步，就是倒塌的時候人還沒來得及跑，經過良好抗震設計的建筑結構，其倒塌后也不是如此徹底的倒塌，而僅僅是關鍵部分的損壞造成的整體側傾，底層框架柱屈曲等形態(tài)的破壞，能保證尚未逃生的大部分人都能有生存空間。

    　　所以，如此重大的傷亡，房屋結構的抗震設防不足，施工質量不好等因素是主要因素，急于用震級過高來辯解，是不科學的，也是不實事求是的！

    地震正常，高烈度地區(qū)的建筑物發(fā)生大面積倒塌也正常，但是如此動輒在地震來臨瞬間就徹底崩潰，把數百上千人活埋，整個建筑變成活地獄式的倒塌，是無論如何辯解，也是洗刷不了清白的。

    所以，震區(qū)應該加強地震知識的宣傳教育，加強抗震相關法規(guī)的建立和政府監(jiān)管的力度！所有新建住宅都納入建設局的管理之中，建設局切實服務好，提供一些常規(guī)結構農村房屋結構的標準圖紙，對建房技術人員實行簽字負責制度，并組織人員進行培訓。

    實行農村房屋建設市場持證上崗。當然，不要又把這些搞成藥監(jiān)局那樣的花錢買證。二是不收費進行服務，經費由政府專向撥款。
    4、地震烈度來描述建筑質量不合理：

    　　目前描述地震有兩個重要參數，一個是里氏震級，一個是烈度（中國地震烈度表http://www.hnccic.com/Web/HTML/oftendata/cysj13.html）。前者是地震中釋放總能量的度量，后者是地震破壞程度的度量，很多普通人對這兩個概念區(qū)分不開。一個同樣震級的地震，其斷裂模式不同，震源深淺不同，不同的震中距，則烈度也不同。甚至范圍很小的地方，由于地質條件不同，也會形成顯著的差異。例如一般孤立山頭上烈度會大一些，沉積盆地由于松軟土層的濾波、放大作用，也會造成烈度增加。

    　　目前描述地震的破壞程度和某個場地的地震劇烈程度，主要依靠這個描述性指標——烈度?？拐鹪O防也是使用烈度，同時與超越概率以及峰值加速度等關聯(lián)歡迎瀏覽ddhw.cn起來。譬如平時所通俗說的抗震設防要“小震不壞，中震可修，大震不倒”，這個小、中、大的分界，就由兩級烈度來區(qū)分：低于設防烈度的，就叫做小震，介于設防烈度和“罕遇地震”之間的，叫做中震，超過罕遇地震的，叫做大震。而“頻遇”、“罕遇” 的區(qū)分，又是由超越概率來決定。

    各地區(qū)的抗震設防標準，最后與烈度相對應，具體在做抗震計算的時候，又與峰值加速度關聯(lián)。因此，烈度相當于是一個過渡量。烈度作為一個描述性指標，無法直接運用來指導抗震設計，真正的抗震設計，還是使用峰值加速度和一些代表性的地震記錄作為計算依據。而最要命的是，當一個地區(qū)的建筑設防采用烈度這一概念，同時，又采用該地區(qū)的建筑的損毀狀況作為評價一個地區(qū)地震烈度的描述指標，因此構成一個邏輯上的循環(huán)。是極其不合理的！我舉個簡單的例子：

    　　假設甲、乙兩地的地質狀況、地震加速度譜等完全一樣，沒有任何差別（這是不可能的，我們姑且做這個思想試驗）。同時兩地又采用同一套圖紙建造了一批房子，但是甲地的房子沒偷工減料，建造質量很好，乙地偷工減料很嚴重，房屋質量比較差。自然地震過后，甲地的房子受損少，乙地房子受損嚴重。于是災后調查的時候，專家根據烈度的描述性指標，就會說“甲地房屋的損毀比較比較小，烈度較小僅有6 -7度，乙地經過抗震設計的房子多數倒塌，烈度達到9-10度”然后，乙地房屋的建筑商就會以乙地烈度比甲地高為依據，來為他們的房子損毀嚴重辯解：“我們這里的烈度達到9-10度，而我們的設防僅僅是7度，所以大部分房子損壞了！房子倒塌并非因為我們質量問題，而是由于烈度超過我們的設防烈度”！而為什么乙地烈度會比甲地高，專家學者們又會找出一大堆專業(yè)的理由，普通百姓自然是不懂！

    　　所以，從這個例子上可以看出，烈度這個描述指標，是不適宜作為地區(qū)抗震規(guī)劃時作為設防的指標量的！而僅僅適合用來作為災后損失估計的量（不管你房子的設防是什么樣的，根據房屋受損比例和嚴重狀況，加上地區(qū)的人口密度等參數，可以較為準確地估算災害損失）。我多次跟相關研究人員辯論，希望改變這一現(xiàn)狀，免得烈度這個描述性指標成為不法建筑商的庇護傘！

    　　烈度這個指標，在真正的抗震設計上并沒有直接作為設計依據（目前一般性的結構設計，僅僅考慮一個等級的峰值加速度作為地震力的計算指標，同時，歡迎瀏覽ddhw.cn，進行各種有利于抗震的細節(jié)設計及構造設計；重大結構則采用若干條與場地類型匹配的地震加速度記錄時程曲線，進行時程分析。特別重要的結構，采用基礎隔震、耗能減震及主動控制及半主動控制等相關措施），但是在設防上，卻作為設防分級標準，是極其沒道理的！
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