地震成因、震害分析以及经验浅析
摘要：本文介绍了地震的成因以及分布，并分析了建筑的震害。建筑物的倒塌是震害的根源，建筑物在地震中的破坏程度，大体决定了震害的严重程度。本文结合汶川地震中建筑震害的教训，运用系统科学的思想分析了提高建筑结构整体抗震能力的途径，重点针对建筑结构抗倒塌能力，提出了建筑结构抗震设计和应急管理中应注意的问题和改进建议。
关键词：地震成因；汶川地震；建筑震害；应急管理 0 引言
地震，是地球内部发生的急剧破裂产生的震波，在一定范围内引起地面振动的现象。地震就是地球表层的快速振动，在古代又称为地动。它就像海啸、龙卷风、冰冻灾害一样，是地球上经常发生的一种自然灾害。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起巨大的波浪，称为海啸。地震是极其频繁的，全球每年发生地震约五百五十万次。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害，对人民的生命安全和财产造成严重的损害。 1 地震成因
众所周知，整个地球不是一个均质体，而是由不同物质和不同状态的圈层所组成的球体。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。地壳的外部圈层即大气圈、水圈和生物圈和岩石圈。地球内圈，即地壳、地幔和地核。地壳是岩石圈的组成部分。岩石圈则是包括地壳和上地幔顶部，它可能是岩浆的主要发源地之一，也是显著的地震波低速层。岩石圈平均厚度为70～l00km，而地壳的平均厚度为17km．地球上绝大多数地震的震源，都位于岩石圈内[1]。
地震是指岩石圈的天然震动，人们俗称为地动，是经常发生的一种突发性自然现象。地壳中的岩层在地应力的长期作用下，会发生倾斜和弯曲。当积累起来的地应力超过岩层所能承受的限度时，岩层便会突然发生断裂或错位，使长期积累起来的能量急剧地释放出来，并以地震波的形式向四周传播，使地面发生震动，成为地震。
地震分为诱发地震和天然地震两大类。[2] 1.1 诱发地震
在特定的地区因某种地壳外界因素诱发而引起的地震，称为诱发地震。这些外界因素可以是地下核爆炸、陨石坠落、油井灌水等，其中最常见的是水库地震。水库蓄水后改变了地面的应力状态，且库水渗透到已有的断层中，起到润滑和腐蚀作用，促使断层产生滑动。但是，并不是所有的水库蓄水后都会发生水库地震，只有当库区存在活动断裂、岩性刚硬等条件才有诱发的可能性。水库蓄水,石油和天然气、盐卤、地下热(汽)储的开发,废液处理和油田开发中的深井注水,钻进过程中的井漏,矿山抽、排水,煤及其它固体矿床的开采,地下核爆炸等工程活动都可能诱发地震。 1.2 天然地震
天然地震主要有构造地震、火山地震和塌落地震等。 1.2.1 构造地震
由于地壳运动引起地壳岩层断裂错动而发生的地壳震动，称为构造地震。由
于地球不停地运动变化，从而从地壳内部产生巨大地应力作用。在地应力长期缓慢的作用下，造成地壳的岩层发生弯曲变形，当地应力超过岩石本身能承受的强度时便会使岩层断裂错动，其巨大的能量突然释放，形成构造地震，地震学家通常用弹性回跳理论来描述这个现象。世界上90%以上的地震、几乎所有的破坏性地震都属于构造地震。 1.2.2 火山地震
由于火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用而引起的地震，称为火山地震。火山地震一般较小，数量约占地震总数的7%左右。地震和火山往往存在关联。火山爆发可能会激发地震，而发生在火山附近的地震也可能引起火山爆发。其特点是震源常限于火山活动地带，一般深度不超过公里的浅源地震，震级较大，多属于没有主震的震群型，影响范围小。 1.2.3 陷落地震
由于地下水溶解可溶性岩石，或由于地下采矿形成的巨大空洞，造成地层崩塌陷落而引发的地震，称为陷落地震。这类地震约占地震总数的3%左右，震级都比较小，影响范围不大，地震能量主要来自重力作用。
2 地震的分布
从世界范围看，地震主要集中在环太平洋和地中海——喜马拉雅山脉板块交界的地带。环太平洋地震带集中了世界上80％的浅源地震、90％的中源地震、几乎所有深源地震和全球大部分的特大地震，是世界上的主要地震带。地中海——喜马拉雅地震带集中了世界15％的地震，主要是浅源地震和中源地震，缺乏深源地震，“5．12”汶川大地震就在这个带内。我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。
中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、直辖市)，其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。
我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：①省及其附近海域；②西南地区，主要是、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。我国的省位于环太平洋地震带上，、、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。华北地震区包括河北、河南、山东、内蒙古、山西、陕西、宁夏、江苏、安徽等省的全部或部分地区。在五个地震区中，它的地震强度和频度仅次于\"青藏高原地震区\"，位居全国第二。由于首都圈位于这个地区内，所以格外引人关注。据统计，该地区有据可查的8级地震曾发生过5次；7-7.9级地震曾发生过18次。加之它位于我国人口稠密、大城市集中、政治和经济、文化、交通都很发达的地区，地震灾害的威胁极为严重。
3建筑震害分析
本文将以汶川地震为例，对建筑震害进行分析。 3.1 建筑震害的基本特点
汶川地震建筑震害表明，随着我国房屋建筑抗震安全储备与设计水平的提高（从74抗震规范到抗震规范再到01抗震规范），从80年代到90年代再到21世纪后，按照最新抗震标准设计建造的建筑物，其震害有明显减轻的趋势。符合和01抗震规范的建筑，基本没有严重损坏或倒塌。对于体量不大、体型比较规则的，采用现浇钢筋混凝土框架、砖混结构等成熟结构体系的建筑物，当按和01抗震规范进行设计，并保证施工质量时，总体上能够达到预期的抗震性能目标。这意味着良好的抗震设计和施工质量，完全能够有效的减少因建筑物震害产生的损失，特别是能够大量减少人员伤亡。相反，抗震规范以前的建筑震害明显较重，特别是大量为采取抗震措施的砖混结构，在这次地震中震害十分严重。另一方面，村镇建筑和农民自建住宅，由于缺乏必要的抗震知识和必要的技术指导，加之年久失修，震害也比较严重。 3.2 主要结构形式的震害 3.2.1 砖混结构
四川地震区砖混结构的数量很多，震害也非常严重。村镇的住宅、教学楼，城市的一些旧的居民楼、办公楼、小型厂房大多采用这种结构。在汶川地震中，大量砖混结构发生整体倒塌，甚至是粉碎性倒塌，造成了惨重的人员损失。对一些倒塌的砖混结构建筑的调查发现，倒塌的主要原因可以归结为两点，一是结构形式不合理，如教学楼大多采用纵墙承重、大开间、大开窗、外挑走廊；二是抗震构造措施严重不足，如预制楼板无拉结、无后浇叠合层，特别无构造柱，甚至没有圈梁。具有这两个特点的砌体结构大多在设防烈度地震下发生整体性倒塌，甚至是粉碎性倒塌，许多砖混教学楼的整体倒塌更成为震后社会各界关注的焦点，造成了严重的社会影响。然而震害调查中同时发现，一些按规范认真设计、结构形式和抗震构造措施合理的砖混结构房屋，抗震性能满足设防要求。事实上，
1976年唐山地震以及上世纪末我国西部地区的多次地震震害都表明[3]，砖混结构中的现浇钢筋混凝土圈梁、构造柱对于结构在地震中保持整体性，避免发生整体倒塌具有非常重要的作用，特别是构造柱的作用尤为重要。只要构造措施得当，砖混结构完全可以实现预期的抗震设防目标。近年来,建筑体形千变万化,不论是国家投资的项目,还是房地产开发的项目,都要求造型美观大方,建筑独特,房间空间和窗口尺寸都要求大,建筑体形要求复杂。砖混结构是一种抗震不利的体系,它应在一定的控制条件下设计,才能保证抗震安全,当结构体形复杂时,采用砖混结构,会使结构的安全度大幅降低[4]。 3.2.2 框架－砌体混合结构
这类混合结构大致可以分为竖向混合（如底部框架－上部砖混的结构）和水平混合（部分框架－部分砖混的结构）两类。它们表现出各自不同的典型震害。竖向混合的框架-砌体混合结构多为底部软弱层破坏。在底框砖混建筑中，底层框架结构的刚度远小于上部结构，地震作用下底层框架变形集中，损伤严重，成为整个结构的软弱楼层，使结构发生局部型的破坏，甚至倒塌，而结构的其它部分则没能发挥其抗震能力[5]。对于框架-砌体水平混合结构，由于结构体系混乱，在地震作用下框架和砌体承重墙抗侧力构件的刚度和变形能力不协调，框架部分与砌体结构部分受力复杂，极易导致严重破坏。在强烈地震作用下，多层砌体房屋的破坏部位主要是墙身，附属结构处和构件的连接处，而楼盖本身的破坏较轻。[6]框架-砌体水平混合结构的大量存在，不仅仅是这次地震受影响区域的局部问题，而是在我国西部地区具有一定的代表性，近年来西部地区的几次地震都反映出类似的问题，应该引起重视。 3.2.3 框架结构
本次地震中，大多数框架结构的主体结构震害一般较轻，尽管如此，震害调查显示，框架结构的柱端出铰、柱端剪切破坏、节点区破坏等现象比较常见。这些震害表明，现行设计规范中要求柱铰机制机制的破坏模式没有实现，“强柱弱梁、强剪弱弯、强结点弱构件”等设计理念没有实现。在强柱弱梁方面，由于框架梁跨度过大使得其截面尺寸增大、楼板对框架梁的刚度和承载力贡献、建筑需要在框架梁的砌体或填充墙的刚度增强作用，规范对框架柱的轴压比限值过高使得框架柱的截面尺寸偏小等，使得框架梁或屋盖的实际刚度增大，在实际框架结构震害中，很少看到“强柱弱梁”型破坏。 3.2.4 逃生通道损坏严重
震害调查发现，楼梯间、悬挑走廊等灾后逃生通道的震害普遍较为严重。在现浇框架结构中，现浇楼梯的破坏主要集中在跑板或跑梁跨中断裂，填充墙开裂严重；而在采用预制钢筋混凝土梁式楼梯或板式楼梯的住宅结构中，楼梯梯板与两端支座连接处拉开，楼梯间与结构其它部分完全分离。
在罕遇地震中建筑物应能保证“大震不倒”，这是对建筑物内人员生命安全的保障，其意义在于保证建筑物发生破坏后人员有机会逃离建筑物而获救。但是，即使建筑物能够“大震不倒”，逃生通道却严重损坏，人员也无法及时脱离险境。因此，在保证“大震不倒”的前提下，逃生通道的重要性应适当提高，有必要对楼梯间特别休息平台与梯板的抗震设计开展专门的研究，提高楼梯作为逃生通道的功能要求。
4 多次大地震的经验教训 4.1 提高建筑物抗倒塌的能力
4.1.1 唐山、汶川地震的教训
汶川地震中校舍大面积垮塌的主要原因有3个方面:一是建筑设防标准低,二是地震烈度太大,三是部分建筑结构设计不合理和施工质量控制不严，而更深层次的原因,则是农村义务教育经费投人不足。先不说其他原因,仅说第三条,很明显是针对设计和施工的,设计的好坏对其整体结构的安全度起着较为重要的作用.唐山地震时间是晚上,教学楼倒塌也较多,仅因没有学生上课,学生伤亡较少,所以没有引起高度重视。而汶川大地震引发教学楼大范围的倒塌,正是学生上课的时间,造成了太多的生命遭遇不幸,如果唐山地震后,我们就对学校的建设高度重视,或许因校舍倒塌导致的人员伤亡就可以大大降低。 4.1.2 日本的地震教训
学生的生命维系着国家的未来,这是日本1923年关东大地震时得出的结论.当时日本的学校也同汶川一样基本为木结构和砖瓦结构,在地震中,教学楼倒塌,学生伤亡率较大。日本从中吸取教训,规定学校必须为当时最好的钢筋混凝土结构。阪神地震中,私立学校由于抗震强度超出文化省抗震基准,很少有损坏迹象,而公立学校却受损严重,其中有近一半没有达到文化省抗震基准。这次汶川地震也同样引起日本对不满足标准的教学楼加固高度重视,要加快加固步伐。抗震规范调整了,而对已建成的不符合抗震要求的房屋该如何加固,也同样应引起我们的高度重视。
4.1.3 应注意处理好现今不满足抗震的建筑物
现今整齐的结构很少,建筑墙的一端几乎没有翼墙,用构造柱作为翼墙的砖混结构很多,有的结构抗震砖墙上下不连续，以赢得建筑立面的效果,使得结构传力途径极不明确。还有一些墙体为了造型好看,一面墙设计了很多不规律的小孔洞,这些建筑都为地震留下了隐患。还有的小学建筑,外墙支撑在悬挑梁的端部,共5层,每层梁均支撑在此墙上,这样的建筑抗震性能显然是很差的。针对现在已建成的不符合抗震的房屋,应引起有关部门的高度重视,对这些建筑应进行彻底地核查,并进行抗震加固,防患于未然。 4.2 完善应急管理体系
4.2.1 建立高效权威的应急指挥体系,实现组织领导一体化
建立集中统一和高效权威的应急指挥体系，是应急管理体系的重点。在处置各种突发事件行动中，我国经过长期探索形成了一套比较健全的应急管理，并在突发事件行动中发挥了重要作用，功不可没。但在运行的过程中也暴露出这种分灾种、分部门、分地区、分条块的单一救灾管理模式诸多亟待解决的问题，诸如各自为政、信息资源不能共享，组织指挥缺乏集中统一和高效权威，各种应急力量分散建设、互不隶属，势必造成管理层次多、环节多、扯皮多的现象，关键时刻“无兵用”和“有兵用不上”，在很大程度上影响了应对突发事件行动的时效和质量，远不适应城市复合型灾害的防灾救灾需要。为此，建立统一集中、高效权威的应急指挥体系，实现组织领导的一体化势在必行。应打破原有框框，按照资源整合，优势互补、合理配置、统筹规划的原则，建立起统一指挥、功能齐全、反应灵敏，运转高效的防灾救灾应急管理机制，提高处置突发事件、保障公共安全的能力[7]。 4.2.2 构建快速多能的救援力量体系
做到力量建设一体化建立种类齐全、结构合理、规模适当、反应快速的应急救援力量是构建应急管理体系的基础。目前，我国在应对各种突发事件方面基本上都有专门队伍，但由于这些应急救援力量在纵向上分布于省、市、县、基层的
各个层次，横向上分散在、和人民武装动员、能源交通、信息通信、农业水利、环保地震、卫生防疫、矿山救护等部门和社会力量中。力量高度分散，信息互不联通、条块分割，指挥控制难度相当大。因此，必须构建一支统一领导统一编制的快速多能的应急救援队伍。
4.2.3 健全多元应对的预案方案体系，落实方案计划一体化
制定能够应对多种安全威胁的行动预案和保障方案，是应急管理的重要手段。近年来，各级各部门依据各自职责任务，分别制定了各种应急方案，基本形成了较为全面、完备的应急方案体系，但由于缺乏统筹规划和部门之间的沟通，这些方案大都自成体系，有些在人员、物资、装备等资源调度和情况处置上还存在矛盾。鉴此，应在应急管理职能部门的统一组织下，按照“总体规划、各有侧重、互为补充”的原则，以任务需求为牵引、以潜力资源为依据，紧密结合各地实际，对各部门、各行业的专业方案进行整合，要针对不同地区地理条件、自然因素、社会现状和不同任务、不同程度、不同规模的灾害，围绕任务需要，层层分解详细任务，切实做到定单位、定装备、定方法手段、定组织指挥、定协同配合、定保障措施，力求预案方案、横向配合，纵向衔接，精确用兵、精确保障，科学可行，管用实用。
参考文献：
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