日本中小学校建筑抗震设计研究



主题专栏
FEATURE-THEME
日本中小学校建筑抗震设计研究
The Architectural Research of Seismic Design for the Primary and Secondary Schools

李志民

李曙婷

Li Zhimin
Zhou Kun
Li Shuting
[摘 要] 文章在介绍日本抗震法规的历史发展情况、 抗震标准的具体内容和建筑建造程序的基础上,对日 本在系统的抗震检测基础上对中小学建筑物进行详细 分类并制定出相应的抗震修复和加固措施的做法进行 了研究,并总结归纳出对我国中小学校建筑设计的启 示,以期为相关工作开展提供借鉴。 [关键词] 建筑法规 中小学校 加固 避难所 [Abstract] Japan is earthquake-prone countries, so the wealth of experience has been accumulated in the longterm seismic work. Firstly it is introduced in the article that is the Japanese history of the development of antiseismic regulations, the specic content of the anti-seismic standards and procedures for building construction. In addition, the safety of the primary and secondary school buildings is always attached great importance in Japan, so a systematization of seismic detection has been established for schools. On this basis, the buildings have been classified in great detail. Even more the measures are taken for seismic repair and reinforcement. So school buildings have been the most safe architecture in a community when earthquake happen, which play an important role as the community disaster shelter. [Key words] Laws and regulation of architecture, Primary and secondary school, Anti-seismic reinforcement, Sanctuary
2008 年 9 月初, 笔者跟随考察团对日本中小 学校抗震设计及使用情况进行了为期 5 天的考察活 动, 期间日本相关建筑界人士详细介绍了日本中小 学建筑在抗震设计方面的经验和相关研究成果。 一 、重 视 法 律 法 规 ,严 格 审 查 建 筑 抗 震 性 能 日本是地震多发国, 对于中小学校建筑的耐震 设计非常重视, 首先是政府相关部门不断完善有关 建筑物耐震方面的政策和法规。
  1.建筑抗震标准制定的发展历程 在日本, 不论学校、 一般建筑物或其他用途建 筑物在建造时都必须统一遵守建筑物抗震标准。 日 本的建筑物抗震标准是为应对地震带来的损害, 不 断从历次地震中汲取教训并及时进行多次修改后 形成的(表
  1) 。 事实证明抗震标准的不断修订对提高建筑物抗 震性能起到了关键的作用。 日本的建筑物以1981年 建筑标准法实施令的修订为界, 这是因为 1995 年 坂神大地震时, 按照1981年以前旧法规所建造的房 屋受损严重, 而遵照之后的法规建造的房屋所受损 害相对较小。
  2.日本新抗震标准的具体内容(表
  2) 建筑标准法的抗震标准是以如下两点为基础制
定的: 第一,建筑物遭遇多次地震,即使受到一定损 害,但在修复之后依然能够满足继续使用的要求: 第 二, 不管建筑物是否会遭遇地震, 即使建筑物被破 坏无法继续使用,也不至于在地震时顷刻间倒塌。
  3.严格审查建筑设计 在日本,新建建筑物之前,要前往政府相关部 门进行申请, 审查建筑物的设计是否符合抗震标准, 不符合标准的建筑物是不允许建造的, 这样就确保 了新建筑物的抗震性能 (图
  1) 。 二 、对 于 中 小 学 校 现 状 调 查 非 常 重 视 ,定 期 进行全面的统计和评估 日本对于地震的预防工作很重视。 由于1981年 前后房屋建造遵循不同的抗震标准, 因此 1981年前 建造的房屋日本政府规定必须要进行抗震检测 (图
  1, 表
  3) 。 三、 中小学校建筑震后修复措施
  1.详细勘查,区别对待 由于建筑物各个部分的构造不同, 为了在加强 建筑抗震性能的同时节约资金和材料, 日本在对原 有学校建筑进行抗震加强或修复工作中, 详细研究 建筑构件受损情况, 不同部位采取不同的加固方法。
表1 日本抗震建筑标准的发展历程 年份 1919 1923 1924 1948 主要大事 制定《市政街区建筑物法》 关东大地震(M
  7.
  9) 修正市政街区建筑物法 福井地震(M
  7.
  1) 备注 日本最初的建筑法规(以市政街区的集纳筑物为 对象),没有专门的建筑物抗震标准 验证了抗震墙壁的有效性 引入抗震标准 旧 废除市政街区建筑物法,以全国建筑物为对象, 将地震力提高到
  0.2 准 1959 1964 1968 1971 1978 1981 1993 1995
国家自然科学基金项目:50878174 作者单位:西安建筑科技大学建筑学院(西安 7100
  55) 收稿日期:2008-12-22

2000 2007
修订《建筑基准法》 新泻地震(M
  7.
  5) 十胜海洋地震(M
  7.
  9) 修订建筑标准法 宫城县海洋地震(M
  7.
  4) 修订《建筑基准法》实施令(大修订) 北海道南西部海洋地震(M
  7.
  8) 兵库县南部地震(M
  7.
  2) 修订《建筑基准法》 制定《抗震改建促进法》 修订《建筑基准法》 修订《建筑基准法》
由于地面变软引起的建筑物倒塌成为问题所在 发生钢筋水泥的断裂破坏 对于加强钢筋水泥避免断裂进行了修正 引入新抗震设计法 海啸带来严重灾害 新 标 对1981年以前的建筑物有义务进行抗震测试 要求必须进行耐抗墙壁配置的平衡计算 准
23
如长冈市下小国小学在新泻地震后进行的抗震修复 工程中, 对各个不同位置的柱子进行详细统计和分 类(图
  2,表
  4) 。 在进行了详细勘察及评估后, 工程技术人员制 定了非常具有针对性的修复计划, 采取了多种修复 措施。
  2.依照标准进行抗震加强作业 经过不断的修改建筑标准法并对原有建筑进 行抗震加强作业, 极大地提高学校建筑的抗震性能,
并取得良好的抗震效果。从表 5 中可以看出, 随时 间的推移, 在抗震中受灾的学校比例不断减少, 说 明学校的抗震性能在不断提高。 在 2004 年新泻大地震中,学校建筑中新建的 钢架混凝土建筑受害情况比较少, 进行了抗震加强 的钢架混凝土建筑也受损较轻, 部分墙壁和梁柱有 断裂的情况。而在钢结构建筑中, 经过抗震加强的 体育馆没有或只有轻微的损伤, 而没有经过抗震加 强的建筑物主体构件大部分受到损害, 并没有出现
长期不能使用的建筑物(图
  3,图
  4) 。 四、 作为社区避难场所 1995 年阪神大地震发生时, 虽然学校建筑也遭 受一定程度的破坏, 但在抗震救灾中仍然发挥了巨 大作用。据统计,当时神户地区可容纳超过 1 000 人避难的学校有 50 所,21 万受灾人群中 80\\% 的人 将学校作为避难场所。 6 为阪神大地震后随时间 表 推移学校作为避难场所的数量变化, 以及在学校避
表2 新抗震建筑标准 中级地震(一次设计) 大型地震(二次设计) 假想地震 建筑物在其耐用年限期间 建筑物在其耐用年限期间可能1次也不会 发生
  2~3次的地震 发生的地震 假想地震的震度 烈度<V度 烈度为VI度左右 假想地震的加速度
  80~100gal 3
  00~400gal 标准横断力系数 >
  0.2 >
  1.0 构成材料的状况 材料在容许应力度范围 有部分塑性化材料,由于其韧性吸收了 内,没有引起大的损害 地震的能量,因而没有引起建筑物倒塌 注:日本建筑标准法中没有明确地震规模,以假想地震的烈度和加速度为基础
表3 2006年公立中小学校抗震达标率及抗震测验率调查 类别 栋 B 1982年及以后建造的建筑 47 912 C 1981年及以前建造经过抗震加固的建筑 23 769 D 1981年及以前建造抗震性能不达标而且 32 590 没有进行加固的建筑 E 1981年及以前未经过抗震评估的建筑 26 705 总计 A =B+C+D+E 130 976 抗震性能评估率 (C+D)/(C+D+E) 抗震建筑达标率 (B+C)/A
\\%
  36.6
  18.1
  24.9
  20.4 100
  67.9
  54.7
1 日本中小学建筑抗震统计 (图片来源:日本文部科学省.平成18年度学校建筑年报.日本文教设施协会,20
  08) 2 柱子分类(图片来源:日本长冈教育部.长冈中小学建筑耐震报告.日本长冈市教育部,20
  08)
表4 长冈市下小国小学新泻地震中教学楼柱子受损情况及抗震性能残存率统计 柱子受损程度统计 柱子位置 耐震性能残存率 0度 1度 2度 3度 4度 5度 合计 3层
  95.7\\% 8 46 0 0 0 0 54 2层
  77.0\\% 11 16 19 5 3 0 54 1层
  63.1\\% 11 10 18 10 4 1 54
表5 不同年代的学校受灾比例及实施不同抗震措施的比例 重建 大规模改建 中规模改建 ~1950年
  0.9\\%
  8.9\\%
  4.2\\% 1951年~1960年
  5.1\\%
  4.7\\%
  11.0\\% 1961年~1970年
  8.2\\%
  5.1\\%
  16.0\\% 1971年~1980年
  0.3\\%
  2.1\\%
  6.1\\% 1981年~
  1.0\\%
  2.9\\% 合计
  1.8\\%
  3.0\\%
  6.7\\% 表6 避难统计
受灾学校
  14.0\\%
  20.8\\%
  29.3\\%
  8.5\\%
  3.9\\%
  11.5\\%
数据来源:上野淳.学校建筑.鹿岛出版会,2008
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3 震后破裂墙体(图片来源:日本长冈市教育部提供)
4 加固后的建筑(图片来源:日本长冈市教育部提供)
5 学校教学空间作为避难场所的空间使用情况(图片来源:上野淳.学校建筑.鹿岛出版会,20
  08)
难的人数的变化情况,从表中可以看出,学校作为 震后避难场所使用了近 8 个月, 很好地缓解了在震 后重建过程中安置灾民的压力。 归纳起来,学校作为社区的避难场所,具有以 下优点 : 第一, 日本小学实行学区制, 即儿童就近上学, 因为学校的功能要求, 其布点位置有服务半径的限 制, 因此, 小学校成为了距离居民最近的公共建筑。 据统计, 到学校避难的人中 80\\% 步行不超过 500m 就可到达学校, 符合避难要求, 其中到学校避难的 人中的 90\\% 是本学区的居民。 第二, 建筑的安全性有保障。日本学校建筑的 建造安全系数是普通建筑的
  1.5 倍, 因此学校成为 了社区内最安全的建筑。 第三,学校具有体育馆等大空间建筑,可以满 足避难时对空间规模的要求; 同时日本中小学实行 开放式的教学方式, 教学空间同样是可灵活布置的 大空间; 而学校配置的食堂、厕所、洗浴等服务设 施可以很好地满足避难人群的基本生活需求; 学校 的停车场、 操场都为救灾提供了必要的室外开阔空 地。因此, 学校可以作为灾后重建的长期避难场所 (图
  5) 。 第四,从人员上来说,学校里有受过培训的教 师,可作为救灾的志愿者和指导者。 五、 对我国中小学校建筑设计的启示
  1.建立新的建筑设计标准要谨慎 日本不断完善的建筑法规保证了日本中小学校 的建筑安全, 我国也应完善相关的法律、 法规。在 灾后建设中提高中小学建筑设计标准成为人们的共
同愿望, 但是中小学校作为一类最为普遍、 最为大 量的公共建筑, 其设计及建造标准的改变对国家以 及地方财政在教育方面的投入会带来巨大的影响, 因而必须经过反复的研究和论证, 以找到一个平衡 点, 既可以满足中小学抗震设防的需要,又不至于 超出各方面财政投入的可能。
  2.灾区中小学建设要重视前期调研 日本对中小学校的建筑质量进行普查和对受损 建筑进行详细鉴定的做法值得推广。512 汶川地震 的受灾区主要集中在农村地区, 大量中小学建筑的 倒塌及其造成的人员伤亡使农村中小学建设引起 了全国人民的关注, 建造安全的中小学成为震后建 设工作中的重中之重。 由于各地方经济发展水平差 异巨大, 因而中小学建筑的质量状况也存在很大差 异, 如广大农村地区的中小学建筑通常有以下几种 类型: 第一类学校基于当地比较落后的经济发展水 平, 无力专门建设中小学建筑, 于是借用当地其他类 型建筑如庙宇、 闲置仓库等作为临时性的中小学建 筑使用, 这类建筑仅能满足最基本的教学功能需要, 在建筑质量等其他方面存在许多隐患; 第二类为居 民自建型,这类学校虽然功能相对较为完备,但由 于投入有限, 在设计及建造质量方面依然存在众多 的不确定因素,令人担忧; 第三类是随着我国普及 九年制义务教育工作的全面铺开, 中央及各级地方 政府加大了在教育方面的投入, 各地迅速兴建起一 批功能相对完备的中小学校, 但因为急于见到成果, 部分中小学建筑在设计及建造过程中未能严格遵守 国家的相关规定, 存在一定的隐患。因此相当一部 分中小学, 特别是农村地区中小学还普遍存在着达 不到现行相关国家标准的问题, 所以在我们对中小
学展开大规模的建设和提高设计标准之前, 应通过 大量的摸底调查,充分掌握中小学建筑现状, 对其 进行分类, 制定不同的建设或加固方案, 用最少的 投入、 最短的时间使所有灾区中小学建筑质量安全 性达标。
  3.引入“开放式校园” 中小学建筑是我国农村地区最大量、 普及率最
 

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