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一个地震专业结构工程师的一点思考
此次四川大地震,很多学校楼房的粉碎性倒塌,只想从纯专业的角度说一句:任何一个建筑物,只要它的设计和施工符合抗震规范的要求,即使是目前的设计规范不尽合理而导致结构的安全度不够造成倒塌,它也应有足够的延性而逐步坍塌,而不会是瞬间的粉碎性倒塌。晚一两分钟垮下来,很多孩子就会活下来。震区有一所学校,40秒左右,大部分师生都逃出来了。 为此建议: 一、由国家有关部门协调,对重要的公共建筑,如学校、医院等以及生命线工程(电力、通讯、输油、供水系统等)进行安全性评估。评估应包括各种可能的自然灾害。地震方面,如果国内还没有相关的、评估已有的建筑物的规范,可借鉴地震多发国家已有的研究成果,如美国的FEMA 310 (prestandard) or ASCE 31-03 (standard)。 二、目前,地震的预报是一个世界性的难题,在我们还无法准确预报地震的情况下,只能从结构物的抗震、减震设计来减轻它的危害。 1、结构物的抗震主要考虑三方面的因素: (1)地震荷载是否合理?地震荷载主要包括设计峰值加速度(Peak Ground Acceleration --PGA or spectral acceleration),场地效应(site response)和如何构造设计地震谱。初步看了一下国内的结构抗震规范设计规范,设计PGA似乎太小。最大设计GPA只有0.4g(where g= 9.81m /s^2 is gravitational acceleration)。而美国1994 Northridge地震(6.8级)的实测最大PGA=1.0g(free ground)和1.78g(atop small hill, because of the topography effects)。而场地效应的系数似乎也偏于不安全。(美国现在的抗震规范中,最大峰值设计加速度可达 1.5g or 1.8g in California。)此次四川大地震(7.8/7.9级)的地面峰值加速度是多少?这只有从实测的地震波中得知。 (2)结构节点的构造设计规范是否合理(例如,梁柱的连接设计)?节点设计的不合理将直接导致结构延 (ductility)的降低,从而导致结构物的过快倒塌。目前国内的抗震规范仍然应用一些已被1994 Northridge地震证明应当改进的节点设计。 (3)抗震分析方法。 2、最常用的结构物的减震方法主要包括:dampers, base isolators, etc.由于经济上的原因,这一技术应用得还不很普遍。但应用在学校、医院等建筑中的可行性应予以研究。 3、评估目前国内的抗震设计规范,最好的评估方法是用实测的地震波按照特定的方法和规范对比。不过,国家地震局在地震过去近一个星期后,仍然没有发布哪怕一个地震波。没有地震波,地震断层的机理(fault mechanism),地震波传播的路径特征(path attenuation),场地效应 (site response)等等,都无法被了解。衷心希望此次地震不要重蹈唐山地震后的覆辙。唐山地震后仅有两个地震波被记录下来,而且都是余震,一个是在北京,另一个在天津被记录到,而这两个余震地震波对于地震研究毫无用处。我们确实应加强这方面的工作。 4、加强自然灾害的监测。目前中国大陆地震监测网的密度应大大加强。同时,人大应特别立法,对蓄意破坏自然灾害监测设备的个人和机构处以重罪。
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