抗震建筑是减少地震损失最直接有效的方法

简文郁 2008-6-2
相较于其它科学或天然灾害，人类对地震的了解相对而言比较欠缺，总要在一次一次的地震灾害中汲取教训学习经验。整个中国社会与人民在这次的汶川地震付出了极大的代价。在紧急救灾工作告一段落之后，相关单位必定会进行全面的勘灾，而国际上的地震研究社群也必定投入一定的关注，从科学的角度去探讨震害的原因并提出对策建议，其目的除了留下纪录外，最重要的还是要从中取得经验。因此，观察地震灾害所呈现的现象，从科学与社会经济发展过程等层面，综整出可能的致灾原因与防范之道，探讨在灾后重建与城市化的过程中如何去建设抗震的建筑，在源头上防患于未然，做好准备面对下一个大地震，才不会让这次震灾惨痛的代价白费。

从全球的重大地震灾害调查中可以发现，95%以上的人命伤亡都是因为建筑物受损或倒塌所引致的。一些国际上造成重大伤亡的地震灾害都呈现出类似的现象，除了地震规模(震级)大外，主要还是因为大量没有经过良好抗震工程设计与施工的房屋倒塌。而且这些房屋经常是完全倒塌成一堆石块废墟，将人活埋；这样的场景在1999年8月17日土耳其的伊兹米特(Izmit)地震、2001年1月26日印度的布吉(BHUJ)地震、2005年10月8日巴基斯坦的克什米尔(Kashmir)地震以及此次的汶川地震等死亡人数超过2万人的灾害地震中都极为类似。因此，探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造经得起强震的抗震建筑是减少地震灾害最直接、最有效的方法。

然而，不是符合抗震标准的房子就不会被震倒。假如建筑物遭受极端地震的袭击，超过其抗震标准，那么建筑物还是可能严重受损或倒塌的。以这次汶川地震的规模来推算，在龙门山断层附近距离断层线20公里范围内的地震动强度可能高达0.3g以上(地震烈度8度以上)，约相当于中国抗震规范烈度9度的设防地震水平，但实际耐震设计的标准只有7度(成都)左右。换言之，建筑物只有7度的耐震能力(符合抗震标准)，却遭受了9度以上的地震袭击。有些城市虽然距离龙门山断层较远，理论上震波会随距离而衰减，但可能是因为地质较松软，而在当地发生震波放大的效应(地盘效应)，这也会使地震烈度超过抗震标准而成为重灾区。因此对地震与活动断层的充分研究也极为重要。

慎防“四不、一没有”

从全球重大地震灾害调查的结果我们综合得出了一个结论，所有的地震灾难都是因为“四不、一没有”造成的，简单的说，“四不”就是建筑物的抗震设防标准不足、设计不当、施工不良和使用维护不善，而“一没有”就是没有防灾意识。总的来说，房子被震垮，通常是前述几个因素交互影响的结果。若有两个以上因素同时存在，房子被震垮的可能性就大大提高，灾难也会产生。

以下我们就从全球的重大地震及此次汶川地震的经验，分别就“四不、一没有”来逐项探讨灾害的原因与防范之道。

一、 抗震设防标准不足。这是指地震所引起的地震动烈度太大超过预期的标准。建筑物的抗震设防标准是经过科学统计分析而计算出的各地的地震危害程度，并综合考虑经济与风险等因素而决定的。在极端情况的大规模地震下，实际地震烈度还是有可能超过设防标准的。以1999年台湾地区“9·21”集集地震为例，集集地震是因为车笼埔断层(逆冲断层)活动而造成，在当时因为对车笼埔断层的调查研究还不够充分，以致低估了它的地震危害程度；因此，耐震设计规范只将车笼埔断层附近区域的设计地震定为0.23g(约相当于中国烈度标准的8度)，但灾区实际的地震动超过0.4g(相当于中国烈度标准的9度)，因而在车笼埔断层附近区域造成了相当大的灾害。此次汶川地震也有许多类似的地方，同样是逆冲断层龙门山断层活动引起，在灾区附近的实际地震动烈度远大于抗震设防标准烈度，而导致严重的灾害。这样的情况是世界各国都普遍存在的问题，必须加强活动断层的调查研究与地震危害评价，这需要政府与负责单位投入更大的经费与人力。

二、 设计不当。地震中倒塌的房子如果不符钢筋水泥建造的基本要求，钢筋严重缺乏，没有达到钢筋量的最低要求，水泥强度有问题，严格来说，这些都不能称为钢筋水泥建造的房子，它的抗震能力比砖石造的房子好不了多少，地震倒塌时瞬间变成巨大的石块堆将人活埋，这是造成惨重伤亡的主因。这些建筑可能设计不当或者根本未经专业(抗震)设计。建筑物的设计必须依据抗震设计规范的规定，配合学理的分析验算来决定柱、梁及墙等主要抗震构材的尺寸与配筋，并且需符合详细的耐震设计与施工细节标准；这样的房子纵使遭遇超过设防标准的地震而破坏，也不致于发生完全坍塌成石堆的现象，人命的伤亡还是可以得到相当降低的。

三、 施工不良。设计只是提出一些设计图说，此一阶段可以说是纸上谈兵，建筑物必须经过施工才能真正的实体呈现。一个精良的设计若施工不良一样会造成灾难，尤其是钢筋水泥建造的房屋，除了钢筋与水泥的强度需要符合标准外，还有许多施工细节必须切实遵守，诸如钢筋摆放的数量、位置、搭接位置、弯钩角度与箍筋间距等都对抗震能力有决定性之影响。这在全球的震灾调查结果与试验研究中是一再被确认的。

四、 使用维护不善。建筑物在设计时都是根据原定的使用条件(用途)加以分析设计，若用途变更也可能导致载重变化而影响其抗震能力。更常见的是在房屋建造后，因为某些使用上的需要就直接敲除墙，甚至连柱子都敲除。有时为了增加使用空间而在屋顶增建。以上这些作为若未经详细的工程分析并做必要之加固，都会导致房屋抗震能力严重下降，而在强震中受到严重威胁。

五、 没有防灾意识。地震灾害的某些特征和其它的天然灾害不同，使得无论是政府官员还是民众都容易缺乏地震防灾意识。拿台风造成的洪灾和地震这两种天然灾害来比较：台湾地区洪灾的规模虽然较小，但几乎每年都会发生，且可以有几天到几小时的预警，人们比较容易有警惕；反观地震灾害虽然损失往往十分惨重，却数十年才发生一次，且通常没有预警，人们容易遗忘。1976年的唐山地震造成24万余人死亡，可能因已经过了30年而逐渐被淡忘。这里要特别强调的是，所有倒塌的房屋都有抗震能力不足的问题，但抗震能力不足却不一定是设计不当或施工不良(经常被归类为偷工减料)的问题。二三十年前建造的房子会经不起地震是由许多社会经济发展过程与工程知识上的原因导致的，几乎所有的国家都有相同问题。在早期因为社会经济条件较匮乏，许多房屋的建造必定能省则省，安全考虑变成次要因素；加上当时的工程知识不像现在这么清楚、普及，许多抗震设计规范本身就不够完备，又没有完全落实于建设中。这些都是早期建造的房子在地震中倒塌的重要原因，不一定是偷工减料。

随着社会经济的发展，我们的社会应该越来越重视防灾工作，如果有防灾意识的话，那些早期建造、抗震不足的房子就应该进行加固工程，地震的伤亡必定也会大大地降低。

几点建议

在1999年台湾地区“9·21”集集地震之后，除灾后重建工作之外，台湾地区也推动了一连串和地震防灾有关的工作，包括(1) 加强活动断层地震活动的调查研究；(2)对公有建筑(警政厅舍、医疗院所、学校建筑等)进行全面耐震能力调查、评估，并逐年进行加固工程；(3)强化地区防灾规划及防灾教育等。基于前面的探讨，我们对社会在随着国家经济发展而日益都市化的过程中，在地震防灾工作的问题上提几点建议：

1.加强活动断层的调查研究与地震危害评价。此次汶川地震发生在全国地震烈度划分为7度的地区，显示此地震是出乎科学界与工程界意料之外的。同时也显示都市地区(附近)活动断层调查与地震危害评价的工作必须再加强，这是一个十分困难的工作，必须大量的经费与人力投入。如此，才能够更合理地评定地震危害的烈度，研拟建筑的抗震标准，使房屋可以有充分的抗震能力。

2.落实抗震设计与施工。中国有先进的抗震设计规范，就可以有效提升整个都市、整个社会的抗震能力。执行上可以考虑在设计阶段增加一道独立审查的关卡，除了可以让设计者更加谨慎地进行设计，更可以在审查时发现问题或做出更好的设计。在施工阶段则增加一个专业监造的程序，可以确实提升施工质量。

3.推动抗震不足结构的加固工作。落实抗震设计与施工可以确保新建的房屋有充分的抗震能力，但既有的房屋也有抗震能力不足的问题要解决，此一问题的解决也是相当困难。可以由公有建筑、医院和学校等和紧急救灾与避难相关或者是特重生命安全的建筑做起。

4.提升全民防灾意识。由于地震灾害尚无法预警又容易被民众淡忘，可以藉由重大震灾的纪念日、博物(纪念)馆或其它国际的震灾来提醒民众，并进行地震防灾倡导，以提升全民防灾意识。媒体藉由国际重大地震灾害报导引起民众注意的机会，经常做地震防灾的专题报道，将地震防灾及地震工程的知识普及化，例如紧急避难、钢筋正确的搭接及箍筋的绑扎细节等知识透过传播，进行大众防灾教育，让民众也具备基本的工程知识。

中国近百年的地震灾害记录表明，地震导致超过65万人死亡，这显示中国是一个遭受地震威胁十分严重的国家，因此，必须严肃面对、检讨地震防灾工作。从各级政府、科学界、工程界与民众共同努力于抗震工作，才能降低地震灾害的威胁与损失。

(作者系台湾地区地震工程研究中心研究员)