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5·12汶川大地震的遇难同胞中有一个特殊群体——中小学生,地震中大量中小学校、幼儿园倒塌、损坏,成千上万的孩子在废墟中伤亡,这一切强烈地震撼了我们的心灵,也引发了我们对学校抗震设计和建设的深层思考。5月19日至21日,我们踏上了灾区的土地,在靠近北川的江油市和靠近青川的广元市竹园地区的中小学校和幼儿园进行了震后调研。在调研中,我们深深体会到学校建筑结构的抗震性能是多么重要。
严格执行抗震规范是保证学校安全的关键
1. 学校必须按抗震设防烈度设计建造。中国把地震强度划分为8级:小地震3级,有感地震 3-4.5级,中强地震4.5-6级,大地震7-8级,大于8级的为巨大地震。一次地震只有一个震级,但因各地所处地域的地质情况、距震中远近不同,会造成不同程度的破坏,即不同的烈度。《中国地震烈度表》将烈度分为12级,按《建筑抗震设计规范》(GB50011-200,2002年1月1日实施):四川省北川、绵竹、汶川、都江堰等地抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值应为0.1G,这次汶川地震的最高烈度达到11度,对建筑物造成严重破坏。
建筑结构根据使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别。在民用及其他建筑中,住宅、旅馆、办公楼、资料室、实验室、计算站、博物馆、幼儿园、公共建筑(影剧院、大会堂、体育馆)、商业建筑等抗震设防必须符合相应的规定要求。对于乙类建筑,当抗震烈度为6-8度时,应符合比本地区抗震设防烈度提高一度的要求。按照《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2004,2004年10月1日实施)的规定,教育建筑中,人数较多的幼儿园、小学的低层教学楼,应划为乙类建筑,因此设防7度的地区,学校按8度设防设计。可是在现实中又有多少小学和幼儿园按这个规定设计和施工呢?在现场调研中我们发现有些上世纪90年代建造的学校中,仍采用钢筋门窗过梁,没有按抗震要求设置构造柱和圈梁,许多预制钢筋混凝土板都没能按规定加固,因此在地震袭来时会造成砖混结构的整体破坏(见图1)。
2. 在抗震设计中杜绝使用不规范的设计方案。其中包括平面不规范,竖向不规范等类型。比如:扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续、侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变、局部削弱或突变形成薄弱部、体型复杂、平立面不规则的建筑结构都对抗震不利。我们考察的江油市太平街小学就是由于平面体型复杂造成教学楼在地震中相互碰撞,连接走廊破损,主体结构损毁严重,又由于楼梯间突出教学楼主体,顶部墙高,地震时局部倒塌造成学生疏散时人员伤亡。许多教学楼顶部的女儿墙由于没设圈梁,坠楼伤及学生(见图2)。四川汶川地区的中小学校大都采用悬挑外廊的砖混结构型式,这种结构型式用于空间较大,侧向支撑相对薄弱的中小学校教学楼是应该尽快加以改进的。
因校舍容量有限而接建设计不规范,也是造成学校损毁倒塌的重要原因之一。在震区有许多学校由于班制学生人数超编,往往一个班要挤进六七十个学生,无奈就在原有的教学楼上接建一层。我们在震区调研时发现接建的学校和幼儿园,在接建部位破损严重,甚至造成倒塌。我想其重要原因是在接建时设计人员多考虑了垂直荷载,而对水平荷载估计不足,或难以保证原主体结构和接建结构在抗水平荷载时的连续性。江油市小学在三层教学楼上接建一层,地震后在第三层的砖柱上形成水平贯通性断缝,说明所有的支撑砖柱都遭到水平剪切破坏,无法加固使用。江油市太白幼儿园,在二层楼上接建一层,接建部分外墙是砖砌体,屋顶采用轻型结构,但是由于外墙抗震不力,导致外墙倒塌,屋顶落架,造成多名孩子受伤,3人死亡,令人痛心(见图3,4)。
工程质量是庇护生命的保障
震区倒塌、损毁的学校情景令人触目惊心,也让我们看到施工质量与孩子的生命息息相关。
江油市彰名中学一幢上世纪90年代盖的三层教学楼已成危房,但距离教学楼约100米的学校音乐教室,是一座四开间一层古建筑,建于1883年,震后除屋顶有瓦落下,外墙没出现明显裂缝,其砌筑质量堪称一流。离这座建筑50米远的一个1953年建的礼堂,外墙和基础完好,仅是顶部木结构有青瓦滑落,可见质量是过硬的。江油市西屏乡中学一座90年代中期盖的三层教学楼与一座80年代末期建的三层教学楼呈直角相接,前者已成危楼不能进人,而后者外墙和砖柱砌筑的横平竖直,砂浆饱满,内承重墙除个别教室出现局部裂缝外,基本保持完好,一看就知道其施工质量明显强于前者,安全性也高于前者。在距离北川50公里的七河乡,我们翻山过河到达茶明小学,一所仅有四个开间的一层教室,被地震夷为平地。倒塌的外墙和屋架将五个小学生砸成重伤。在学校的废墟上,我们发现圈梁的箍筋间距竟达60至70公分,无箍筋的地方混凝土完全脱落,更让人吃惊的是所有箍筋都是直角钩,而不是抗震构造规定的135。钩,失去了锚固作用。在学校四个角的残墙断壁中也找不到一根构造柱(见图5,6)。可以断定这所2002年盖成的小学为一个豆腐渣工程,建造这个学校的施工队没有接受过专业的培训。而这种状况在经济不发达的山区又何止这一所学校?因此,对农村中小学校的管理不能成为建设系统管理的盲区,要尽早制定法规,从选址、设计、施工等环节上加以规范,以确保孩子们上学的安全,并尽可能改善他们的学习条件。
投资到位是保证学校抗震建设的先决条件
无论是提高学校的抗震等级,还是提高学校的工程质量,都离不开投资到位这个先决条件。在震区调研时,我们发现这样一种现象:绝大部分的中小学校都欠银行的钱。江油市一所省级重点中学,为了改善教学条件,学校累计向银行贷款2600万元,每年需还二三十万元的利息,但是学校的负责人坚信一条“为了孩子的生命安全,他们借钱也要把学校教学楼建设得安全”。由此我想到了北川的“刘汉希望小学”,这所小学在此次大地震中为何巍然屹立,原因就在于资金有保障,工程有监理。刘汉在与建筑商谈条件时说:“你要赚的利润10%,即6万元,我另外给你,但是你必须把60万元全部都放在学校的建筑上。”在保证了资金的足额投入的同时,刘汉还派自己的助手全程监理工程质量,正是这样的双保险措施才造就了地震中“最牛的希望小学”。创造奇迹的四川安县桑枣坪中学的校长叶志平,为了加固一个初期投入17万元建成的教学实验楼,曾四处筹措资金,整整用了40多万元加固该楼,保证了该楼在地震中安然无恙,全校700多师生无一伤亡。日本1923年的关东大地震,很多教学楼在地震中倒塌,造成学生集体遇难,日本政府从中吸取教训,把“以学生的生命维系国家的将来”作为最高原则,规定学校教学楼必须使用钢筋混凝土结构建造。今后我们的学校也应考虑采用这种结构型式建设,达到相应的抗震等级,以确保广大师生的生命安全。
目前我国的抗震设防目标为“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当我们把学校的抗震设防烈度提高,每平米的造价会有所提高;将砖混结构的多层教学楼用钢筋混凝土框架结构替换,每平米造价也会增加30~40%,但是我们必须这样做!因为要让所有的学校都成为最安全的地方,从某种意义上来讲,这不仅是一个技术问题,而是一个对孩子生命负责的问题。牢记历史,吸取教训,记住在地震中失去生命的孩子们,唯有如此,我们才能担负起应尽的社会责任,为下一代建设大灾不毁、百年不倒的学校。
(作者系建设部住宅产业促进中心副总工程师,本文未署名图片由作者提供。)