住宅产业化史话：七、中国住宅产业化（10b）

5、中美二国地震规范的差异a、场地土对于地震的破坏作用最近微信上有一篇文章：《为啥软土上的建筑危害更大？》（见后面附件）引起了我的关注和联想。2008年5月12日14点28分，惊悉四川汶川发生特大地震灾害。5月19日，我乘飞机及时赶到都江堰市（图1）。

图1在地震灾区，一些当地建筑师奇怪的告诉我，坐落在硬基础（坚硬的岩石）上的建筑物破损严重，坐落在软基础（冲击或堆积土壤）上的建筑物破损很小，就像都江堰幸福镇（此处因为建造了灾区最大、最早的一片安置过度板房，）幸福安置区旁边和对过的很多多层建筑，基本没有受损，因为这里的土壤层有几十米深。当我2008年8月19日与加拿大滑铁卢大学的徐磊教授谈及此事时，他几乎不假思索的告诉我，这和中国地震规范的解释正好相反。其实，本人在《轻钢（木）骨架住宅结构设计》第四章第七节第二段（P91~92）里已经做过介绍：……表4.15为设计住宅建筑物提供了标准的“稳固”土壤条件下的Fa数值。因为强烈的摇动，土壤开始抑制地面运动，所以Fa就减少增大的地面运动。因此，在高地震风险区域里，土壤对建筑物经受的地震剪力荷载可以起到一个缓解作用。在建筑物基础和土壤之间也发生抑制作用，并且因此有缓解作用。然而，很少有课题在研究住宅建筑物上的土壤结构交互作用；因此，精确的设计程序至今也没有开发出来。如果场地位于一个回填土壤或“软”地面上，应该考虑不同的Fa数值。虽然如此，也要注意1964年的安克雷奇地震和30年后再次发生的Northridge地震（见第二章），软土壤㈠不一定会影响到地面上的住宅结构的性能，差不多只是对场地和基础有影响（即沉降、裂隙、液化等等）。切记，这里的内容只适合轻骨架住宅设计！请读者不要在砖混类住宅设计时使用这儿介绍的一些设计方法。表4.15涉及到加速度的场地土壤放大系数（短周期，稳固的土壤）Ss≤0.25g0.5g0.75g1.0g≥1.25gFa1.61.41.21.11.0㈠软土壤就像一个“弹性减震器”一样，回吸收地震能量，减少地震对地面上的住宅结构的影响。……当时我也错误的认为，这种现象只适合轻骨架住宅设计。看来我是错了，这种想象也适合混凝土建筑。后来在成都西藏饭店参加了“中国5.12日本6.14地震震害结构抗震灾后重建研讨会”期间（图2），日本专家还详细介绍了日本如何在建筑基础上增加人造“弹性减震器”的经验（图3）。

图2

图3人类对地震灾害的了解还是太浅薄了，所以每当发生大地震，世界各国的地震专家和建筑学者都会蜂拥而至灾区，目的就是为了更多的掌握地震知识的第一手资料，以便今后制定更加完善的地震设计规范和做好抗震建筑设计。不能简单的期望一下子就能编制出天衣无缝抗震规范，也不要指望只要设计和建造符合抗震规范，就能设计出合格的抗震房屋。1950年，（美国）在开发地震设计规范时，很多都是采纳专家意见，并非理论和实验数据。即便到了今天，美国的地震设计规范不知道修改了多少次，他们也不敢大言不惭的说他们编制的地震设计规范没有问题，说什么只要符合地震设计规范，就能设计出合格的抗震房屋这类大话。b、“中国5.12日本6.14地震震害结构抗震灾后重建研讨会”2008年7月10日至14日，“中国5.12日本6.14地震震害结构抗震灾后重建研讨会”在成都西藏饭店举行。这次会议参会代表70余人，其中中国大陆代表50余人、香港地区代表8人、台湾地区代表5人，日本代表8人（图4，图5）。会议充分讨论了中国5.12汶川地震、日本6.14岩手宫城内陆地震、日本阪神地震和台北9.21地震震害特性和建筑结构抗御地震的对策，为结构抗震和灾后重建提供重要的技术支持。

图4

图5在会上，日本专家报出来的一组对比数据，让人震惊：中国5.12汶川地震，里氏8.0级，数万人死亡，数十万人受伤（国务院新闻办公室根据国务院抗震救灾总指挥部授权发布：据民政部报告，截至2008年7月21日12时：死亡69197人，失踪：18222人，受伤：374176人）；日本6.14岩手宫城内陆地震，里氏７.２级，10人死亡，231人受伤。二次地震仅相差1个月，虽然地震释放的能量远小于这次汶川地震，但死亡数据的差异之大令人张口结舌。日本专家又说了另外一些让人刺耳的话：灾区（头一天他们去了都江堰）的砖混结构房子，在日本是没有人敢住的（当然，日本也不会有这种房屋）。与本人参加的众多国际会议一样，中外建筑专家都是各说各的（我曾经把它归纳为你说苹果，他说梨），只有一位中国建筑专家不断地重复如何采用钢筋混凝土结构来抗震。力辩钢筋混凝土框架结构是最好的抗震结构，如果设计和建造得当，甚至砖混结构也能够抗震。外方专家当然是提出许多新型建筑结构体系和建筑材料，以及各种新颖的抗震技术措施。外方专家基本都听不懂中国建筑专家所说的内容，当然，中国专家也很难听懂外国建筑专家所说的内容，因为他们各自的研究领域和方向是风马牛不相及。让一个外国专家去研究钢筋混凝土抗震结构，无疑是让他失业，丢掉饭碗，这方面全球只有中国人最厉害。谈钢筋混凝土抗震结构，只有中国人有发言权，发达国家的建筑专家毫无发言权。大家各谈各的也就算了，听不懂也没有关系，但外国专家介绍的大多数是新型钢（或木）结构建筑，因此就有中国专家坐不住了——提出来坚决反对钢结构建筑——理由是因为钢结构建筑要消耗国家大量外汇购买矿石，炼钢要消耗大量能源，污染环境，并且坚称混凝土建筑是最抗震的。所以结论是：钢结构建筑是不可持续的建筑，是不抗震的建筑。这就太丢份了。当然，这位老兄的“奇谈怪论”也引起了全场哄堂大笑。因为虽然中国建筑界是搞混凝土建筑的人占大多数，并且掌握了话语权，但是，在国际会议上，就完全是另外一回事了。基本常识是：混凝土必然含有盐、碱、酸成份，浇灌到钢筋混凝土中的钢材必然会腐蚀，（50年后）最终将导致钢筋混凝土结构失效，而成为无法回收的建筑垃圾。中国目前冶炼出来的建筑用钢大多数都这样被混凝土包裹着，几十年后会给后人们带来无穷烦恼。而钢结构建筑，钢材都是独立或裸露的，可维护、可回收。维护好的话，可以用上几百年，不用了，拆下来还可以再送进高炉冶炼成钢材，是真正的可持续的建筑和绿色建筑。拿中国5.12汶川里氏8.0级地震和日本6.14岩手宫城内陆里氏７.２级地震相比，可能还不能说服人。因为震级相差很大。但100多年前，即1906年7.9级地震猛烈袭击了旧金山及周围地区，仅造成700余人死亡。100多年前，即便是美国，也不会有地震规范。没有地震规范，为什么死亡人数还这么少？答案很简单——建筑结构好吗。同样，日本6.14岩手宫城内陆地震，里氏７.２级，10人死亡，231人受伤。这也要归功于日本的建筑结构好。日本神户地震（死亡约6000人）前，居住建筑主要为日本传统的底层木梁柱建筑结构，与中国的古民居很接近，只是维护结构采用了现代新型建材。由于神户地震死亡了6000余人，这在日本已经是了不得的数了，这也说明梁柱建筑结构抗震性能不如2×4木（或钢）结构，所以神户地震后，为了减少地震对人生命的危害，日本开始全面广泛的学习先进的2×4木（或钢），以及其它各种先进的建筑结构体系。这里我并无意贬低地震规范的作用，但如果仅在钢筋混凝土结构上来做抗震这篇人命管天的大文章，不关心国际上日新月异的新型建筑结构和建筑材料，下次地震再来，怎么办？日本专家在会上提出的另外一种观念也十分惊人：建筑物应该是社会“正”资产，搞不好，就成为社会“负”资产，再严重点，就演变成“杀人凶器”。这次汶川地震，给社会造成了大量“负”资产——那些将要倒塌（图6），但还没有倒塌的建筑物。有些建筑物也演变成了“杀人凶器”（图7）——杀死了数万同胞。

图6

图7附件：为啥软土上的建筑震害更大？通过该文的阅读，基本可以肯定，中美二国的地震规范对于场地土对于地震的反应是截然不同的！我们知道软土地基上的建筑结构，其地震震害一般高于硬土地基上的建筑结构，这其中的原因是什么呢？我们先看看场地土在建筑震害中起到啥作用。地震作用的传递途径为：地震作用→场地→地基→基础→上部结构，其中场地土是地震波的传播介质，将地震作用传给建筑结构，而且还作为结构的地基支撑着上部结构。所以在地震时，场地对建筑结构的震害影响有两种：一是场地传递的地震作用，造成上部结构承载力不足或变形过大等破坏；二是场地和地基失效引起上部结构破坏。不同类型的场地土对不同频率地震波的吸收和过滤效果是不同的，在软土中地震波的高频（短周期）成分容易被吸收，导致地震波以长周期为主，容易造成场地的特征周期与结构的自振周期接近，产生共振，对建筑结构的地震作用也会更大。从《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010表5.1.4-2也可以看出，地基土越软，其特征周期越大。表5.1.4-2 特征周期值（S）设计地震  分组场地类型I0I1IIIIIIV第一组0.20.250.350.450.65第二组0.250.300.400.550.75第三组0.300.350.450.600.80而且，软土越厚的地方，地震波的振幅被放大的越大，会进一步加大地震作用。另一方面，相对于硬土地基，软土地基更容易发生沉陷、塌方、失稳以及开裂等等破坏，也就会直接导致上部建筑结构的破坏。

综上，地震时，相对于硬土，软土地基上的建筑破坏往往更严重。《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第12.1.3条也规定：建筑结构采用隔震设计时，建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，也就是说硬土场地较适合于隔震房屋。因为隔震设计的目的之一就是延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，软弱场地滤掉了地震波的中高频分量，延长结构的周期有可能增大而不是减小其地震反应。中国住宅产业二、三事推广轻骨架建筑时要“淡化结构，强调建筑”应该把轻骨架建筑从天上拉回人间轻钢（冷轧钢）建筑设计面临的困惑轻骨架建筑设计方法简介科学、艺术和宗教老夫聊发少年狂“尽善尽美”与科技创新