日本阪神淡路大震灾的特点与启示.doc

日本阪神淡路大震灾的特点与启示t,致吼.磐祀1日本阪神淡路大震灾的特点与启示李国泮了,ju1995年1月1713凌晨.日本兵库县南部阪神地区发牛里氏7.2级强烈地震.震中位于淡路岛的明石海峡,震源深度2o公里.地震最大烈度达到13本现行烈度规定的最高度7度-相当于我国地震烈度的11-12度这次地震发生在13本第二大经济圈关西拥有约300万人el的阪神地区.受灾最重的是现代化港el城市神户.神户市是连接13本东北部与西北部的重要交通枢纽,是13本第三大港一世界第六大港.年吞吐量为4000万吨,货柜吞吐量为世界第一.经济十分发达.这次地震使神户市的城市功能包括港口功能陷于全面瘫痪.造成重大人员伤亡和巨大经济损失这在日本灾害史上是最为严重的一次,也是世界地震灾害史上最为惨重的震灾之一.由于灾害特别严重.在13本历史上第一次成立由内阁总理大臣担任本部长的紧急对策本部.并由内阁会议决定将此次地震定名为”阪神淡路大震灾”.同时,这次地震造成的灾害种类之多也是不多见的,它是对人类在地震学,地震工程学,防灾学诸多方面的现有知识与实践的一次大检验,有成功经验.有失败和失策的教训,但两者都为今后的研究和实践提供了实证.因此.有必要认真地加以研究总结.使以巨大生命财产为代价取得的经验与教训变成宝贵财富.笔者1995年8月上旬对13本阪神震灾和城市抗震防灾进行短期考察.现仅就所了解的情况作一简要介绍并谈些粗浅看法.一,基本灾情和特点l,典型的现代化(港口)大城市型地震曰右一般来说,一个大城市的形成时间上是相当长久的-空间规模上是逐步扩大的.因此,城市的各种设施的抗震防灾能力是很不均衡的.城市越是现代化.其维持城市机能的各种系统越是高度集约化,网络化和中枢化一同时城市人el多,密度大.这表明.大城市在大地震袭击下的脆弱性更为突出,有其必然性.神户市自二战以后的建设,按抗震设防的规定实施大致分为三个阶段一是5o一60年代,基本无设防:二是70年代.有较强的设防;三是80年代以后,有坚强的设防.这三个时期抗震能力相差悬殊的建筑物和工程设施聚于人口稠密的城市之中.再加上忽视了防震救灾的各项准备.因此在如此强烈地震袭击之下.总体上说必将遭受惨重灾害人i:7密度大,死伤人员多.神户市人口144万.加上周围城市的阪神地区约300万人.震害死亡达5502人(另有2人至今下落不明)一伤者达4万多人,死伤人数是1923年关东大地震后70多年来最多的一次.死者中50以上是65岁以上的老年人,表现曲老龄化社会的特点死伤者中绝大多数(90左右)由住宅倒塌所致.死伤的特点与地震发生在凌晨不无关系旧房,尤其是旧住宅倒塌严重和火灾烧毁-大量人员无家可归始建于5060年代的木结构低层住宅,倒塌与严重损坏近20万栋(40余万户),火灾烧毁7456栋(9322户)?始建于5060年代或7o年代的其它建筑,如公共建筑,文教设施,医院,厂房,仓库等倒塌与严重损坏3118栋.建于80年代3门r,.后的房屋倒塌和严重破坏的比例极少由于老旧住宅的大量倒塌与严重破坏,造成3l万人无家可归,临时避难,直到8月7日尚有1.2万人暂住临时避难场所(如体育馆,学校等)灾后已紧急建成4.4万户【计划建成4-83万户j临时性住宅,已耗资2300亿日兀.城市基础设施崩溃.城市功能瘫痪.交通是现代化城市的动脉在南北3公里东西25公里的神户市,有包括新干线在内的三条铁路,阪神,名(名古屋)神两条高速公路和两条国道,共七条贯通东西的骨干交通系统网络在地震中,除一条国道受损较轻之外,其它的六条全都有高架桥的倒塌,严重破坏,落桥乃至地铁站和隧道都受到破坏,使交通系统完全瘫痪.这对灾后紧急救援和重建带来严重的影响灾后紧急修复难度也很大,直到4月初铁路才通车.而两条高速公路至今(8月)尚未通车,预计1996年内才能全线通车电力系统有十个火力发电厂,48个变电站,38条高压线路,446条配电线路和各种保安,通信设备遭到不同程度的破坏,大量电杆倒塌,震后当天100万户断电.经4700人24小时抢修至1月23日(6天后)才全线通电.通信系统由于通信设备,通信系统建筑等破坏?28,5万条线路和47.8万门电话不能使用,灾后调集7000人,投入移动式电源u台,车载卫星天线6台,便携式卫星天线12台,紧急惨复.至1月底全部修通自来水系统的贮水,净水,供水设施和供水管道及其接头的破坏,使120万户断水,每天出动840台水车临时供水,经2090人紧急抢修至2月末全线恢复供水供气系统主要由于低压管(直径530cm)接头破坏,使86万户停气,经8330人紧急抢修,至4月11日全线通气.其它如排水系统,贮水池,卫生清扫设施等也多处受灾.港口及其他设施严重受灾,航运停顿?几乎成为死港.神户港口面积116平方公里.地震使港口地基断裂,下沉,滑坡;港口骑波照堤,集装箱码头(23个j破坏.码头仓库,房屋倒塌:装卸货物的吊车(55台)倾斜甚至倒塌及轨道变形.全部不能使用港口与城市和人工岛的交通联系由于铁路,公路破坏而中断,无法运进运出货物灾后不得不将货物转移到东京,横滨等甚至韩国的港izl.震后首先抢修的是为防止台风和海啸来临的相关设施和与临近国家的通航码头(包括与中国天津的通航码头),至8月份已恢复达到吞吐量的50,船泊停靠泊位的7o港izl全部吞吐量的恢复除了港口设施的修复以外.还与地面与港口联接交通系统的恢复有关.估计要到1996年才能全部恢复空前巨大的经济损失这次地震造成的直接经济损失最低的估算为9.6万亿日元约折台1000亿美元):直接经济损失约占日本1995年国内生产总值(gdp)的2,它是1994年美国洛杉矾地震损失的47倍.比我国唐山地震经济损失(100亿人民币)大几十倍.其间接经济损失估计高达40万亿日元,约为直接经济损失的4倍并且使正在进行的总投资3000亿美元,800处建筑的建设停顿恢复重建(复兴)计划5年投人l2万亿日元,10年共投万亿日元可见一次现代化大城市地震灾害的经济损失多么严重.而且随着现代化水平的提高和城市规模的扩大,震害损失也越大.据预测.假若日本发生关东大地震的话.其经济损失将达到80.4120万亿日元.约合8012000亿美元.约为此次地震的1o倍.2,抗震工程技术的某些特点和经验教训这次地震烈度高(达到日本烈度表的最大值7度一是日本首次发布如此高烈度地震),震源浅,地震波传播时间短(不到8秒),持续时间长(达20秒)?最大水平加速度0.833g.最大水平速度55.4cm/s,最大竖向加速度也是历次地震最大的达0.332g,日本称之为”直下型”大地震.振动振幅之高(竖向最大振幅10crn,最大水平振幅18cm)?也是剖记录的.因此.地面水平与竖向运动都非常大,再加上地基原因,必然对翻飘殳施造成严重破坏,并表现出某些特征公路高槊桥倒塌,落桥以及砼柱脚,柱头严重破坏.其破坏以阪神高速公路最为典型,该路神户一段为27.8kin,建成于1966年,有一处倒塌长达635m,其间有17根桥墩柱倒塌(柱脚砼崩塌),四处合计10个跨间约200m的钢桁架桥坠落,6根柱子根部崩坏铁路高架桥破坏2o多处,破坏形式与公路相类似破坏的原因主要柱子是水平抗力不够(按老规范设计),桁架为简支结构.在水平与竖向振动下脱离支撑而坠落.修复措施,一是全部柱子按新规范规定进行加固,二是桥桁架由简支改为连续结构.三是柱底部加减,免振装置地下结构大量破坏.神户高速铁路东西绂的大开地下铁车站(1963年建成),35根砼柱子断裂30根.车站顶部地面下沉23m.三宫车站地下一层有30根柱子砼崩裂,钢筋外露,另外还有隧道砼衬砌多处开裂破坏值得重视的是破坏严重的大都是明挖浅埋f有些离地面仅23m)的地f结构;但是否唯一原因,尚待研究中高层钢筋砼(包括劲性砼)结构中间层断裂坍塌,这种现象也较为罕见据调查中问层坍塌的钢筋混凝土结构为30栋.约占6,劲性钢筋混凝土结构为5栋.占l2.仅神户中央区即有十余栋(多为611层)建筑为这种类型的破坏,破坏多在37层之间的某一层柱子崩坏而坍塌大部分建于60年代.设计采用的是1951年颁布的最老的规范,按1981年颁布的新规范设计的建筑物未发生此类破坏其原因可能是按老规范设计沿高度方向的剪力系数均相同.按最小配筋率规定设计,中间层强度低于现行规范要求的最低值(ds一0.3),因此水平抗弯强度不足的中间层的柱子崩坏:劲性砼结构的型钢与钢筋转换的柱子断面处抗水平力明显减弱而导致破坏,另外,竖向振动促进其破坏底层空旷或鸡腿式建筑底层崩塌破坏比侧极高在被调查的5l6栋中.即有】69栋严重破坏占33.底层柱屈曲为】oo栋占l9;由于建筑形状不利于抗震的建筑物的破坏129栋占25由此可见,建筑物抗震设计.对上述部位应i起极大注意和重视钢结构的破坏表现为焊缝断裂,锚固螺拴拔出和支撑接头破坏.在按1981年规范前设计建造的70栋建筑中,破坏6栋,约1/2为焊缝处断裂,另外为柱子根部破坏.按1981年的新规范设计建造的25栋中,也有l栋困焊缝断裂和一层柱根部螺栓拔出(与竖向振动有关)破坏.此外.有一栋钢结构,厚钢板(5-6cm)的箱型双肢柱横向断裂.也极为少n尢,原因尚不明.日本今后要对焊接材料,尺寸和强度加强研究,对柱基锚固螺栓及钢结构支撑接头部位均需加强.日本1981年颁布实施的有关建筑结构抗震设计的”建筑基准法”实行改正令.经受此次地震考验,基本上是成功的.新的抗震设计法与l971年和1951年的方法根本的不同是引入二次设计其基本思想是建筑物在使用寿命期间遭受经常发生的地震不产生损坏,即小震不坏;大震下建筑物不倒塌,从而保证人的生命安全.按允许应力设计称为一次设计,根据建筑结构的种类和高度的不同分别确定层问变形角和其拥有的水平抗力.而进行的附加设计称二次设计.就是说通过每层层间变形角的规定(<1/200)控制建筑物地震时的变形,所谓拥有水平抗力是考虑塑性状态的结构极限设计,如高度大于31m的结构,除限制层间变形角之外,上部结构必须具有水平抗力(即根据材料强度,各楼层的水平力乘以各层结构特性和形状的系数).对低于31ra的结构规定了刚性率(>6/i0)和偏心率(<15/i00),高度超过60m的建筑结构抗震设计,要通过建设大臣的结构安全认定(具体由日本建筑中心的高层建筑结构委员会评定.据称已进行30余年)另外在地震力取值上考虑了建筑物振动特性,层问剪力与地基影响.而比水平振度法更加合理.在地震后对神户市中央区某段共约1o0栋钢筋砼结构和钢结构建设年代与受灾情况进行调查.其结果是:钢筋砼结构1971年以前的例塌与大破坏的占0,轻微与无损坏占2o(其余为中等破坏):l9721982年的相应比率为l4和50;1982年后无倒塌和大破坏,中等和小破坏即可修补和仅需简单修补的占50,轻微与无损坏占5o%.钢结构1971年前倒塌与大破坏占70,小破坏占3o,而1972一l981年和1982年以后均无倒塌,大破坏和中等破坏,轻微破坏和无损坏分别为6o和87可明显看出新规范达到大震不倒甚至无不可修复的破坏(不过,也有1982年后建造的钢筋砼结构倒塌一栋,大破坏2栋的报道.确待进一步了解)不仅建筑结构,高架桥的破坏也是如此.对高架桥墩(柱)受灾破坏程度与其设计建造时所采用的标准(耐震基准法)进行调查对比,其结果是:按1971年前标准,大破坏占13.6.中等破坏占10.1,轻微破坏占30.5,无损坏占45.8(相应调查柱数为1175根).而按新的即1980年后标准.大破坏为0,中等破坏占5.6,轻微破坏占16.1.无损坏占78.83(相应调查柱数为249根).虽然钢筋砼结构规范(现行)基本成功.但仍需有进一步改进和修改,主要是鸡腿式建筑的设计方法,劲性型钢与钢筋的接头处理和柱根中的锚固方法以及非季重墙的防裂等问题,均需改进钢结构的问题已如前述二,几点启示1,应该高度重视城市的抗震防灾,防患于未然.日本高度重视并大力实施域市的抗震防灾事业举世公认.但是.长期来过分相信尚不成熟的地震预测预报t对关西地区发生34强烈地震的可能性认识不足或没有认识.把它作为大地震的”安全地带”而掉以轻心如果说f=j本有关方面的失策或失误,这恐怕是最大的最致命的一点理应引以为诫由下这种误解就大丈影晌r城市规划建设与管理中实施抗震防灾的力度,以及旧区及时改造和老旧建筑与其它没施的抗震加崮=大地震突然到来.措手不及.初期紧急救援不力.遭到国民与舆论界责难如今方才猛醒,惊呼日本列岛无方寸地震震灾的安全之地.惨痛教训是否可得出这样的启示.强震的发生往往也会出现在所谓的”安全区”或低烈度区,地震学尤其是预测预报尚处于研究阶段,可信度相对较低,过分的相信有可能遭受灾祸:因而即使是地震设防烈度较低的地区.也不能掉以轻心.为防患于未然.任何城市都要尽最大可能加强抗震防灾的意识和管理工作.尤其是在那些花钱不多.甚至不花钱就能办到的事.并能与其它灾种的防灾以及城市空间环境改善相结合的事诸如城市重要设施的选址,公园绿地扩大和合理布局.交通系统的组织等.都决不能忽视而留下后患.已经确定为抗震设防的城市.更应按照有关规定要求.严格实施.当前我国处于向市场经济过渡的快速发展阶段,大约与日本600年代的情况相近.城市化与城市现代化进程加快,若不高度重视抗震防灾.将会留下后患唐山地震过去将近20年,抗震防灾意识淡化及工作逐渐削弱的情况应当尽快改变.近邻日本的教训给我们敲响了警钟.2,要把抗震防灾的措施贯穿于城市规划建设,管理的全过程中日本兵库县在总结这次震灾教训l和制定重建(复兴)计划时有针对性地提出lo条教训1和课题基本上都是关于规划建设和管理问题例如,要根据地质,地形特点.制定与自然共生存,维护生态系统的土地利用计划,进一步保护山区,丘陵的森l林与绿化医:市区内道路拓宽(约为原来的一倍j一两旁植树.灌木绿化(隔离与防止火灾蔓延】.以及各种水资源的阿络化:城市的行政,文化,经济等机构设置不要过于集中,而要适当分散且具有一定的相互代替能力;城市交通体系尽量保持平衡(改变原仅有东西主动脉,南北向很弱的状态),且具有较高的相互替代性和立体化.及与海上,空中交通相互联系;进一步整备道路网络,公园,绿地面积扩大与布局合理(市区绿地面积人均增加一倍),留出较充分的灾害避难场所;提高建筑物抗震性能和耐燃性;建立防灾避难据点并使之体系化;确保通信系统的多元化,多样化;强化生命线末端工程的安全性-争取在震灾时即使局部破坏.整个系统也不致失效而保障运行等等这些教训与今后需要解决的课题,对于我们也有启迪我们当务之急是城市规划和城市抗震防灾规划中如何确保交通系统网格安全及可替代性,公园绿地,广场符合震灾避难疏散的方便,城市基础设施(生命线工程)的防灾安全措施,及确定避难据点,防火消防水源等.3,加强规范标准修订工作,并严肃严格执行.进入灾区的第一印象是城市基本面貌犹存.这与当年的唐山灾后面貌截然不同,市内众多建筑.高层或超高层建筑未受损坏,仍然正常使用.这主要归功于70年代.尤其是8o年代以后按新抗震法设计建设的房屋和其它设施.按新规范(1980年颁布实施)设计建设的高架桥(阪神高速公路进入大阪一线)未有倒塌与大破坏,仅有可修复的中,小等级和轻微破坏.甚至在倒塌严重的木结构中,凡三层以上按抗震规范设计的(一,二层无抗震规范)也未有倒塌与大破坏.这表明日本的抗震规范(此乃按我国习惯说法,日本是建筑基准法实施改正令规定的结构抗震设计方法)受到此次地震考验-证明总体上是可行的,也兑明抗震工程学的理论与技术较为成熟13本从195j年开始建筑引入结构抗震设计以来,经过两次大的修改?一次是经过1964年新泻和1968年十胜冲震灾后.于197j年颁布实施改正令;二是通过建设省下达并组织的”新耐震没计法的开发”综合研究课题-和i978年宫城县冲地震后.于1980年颁布1981年实施的改正令,【_i本称为”新耐震法”,在设计理论与方法上划97t年规范作了较大较全面的修改(已如前述)新耐震法纳入建筑基准法以法律形式表现出来-具有强制性.超过60m的超高层建筑必须经过建设大臣认定.也表现对其结构安全的高度重视根据目前我国建筑设计与施工状况,极有必要大力强调和采取有效措施确保抗震设计规范的严格执行,保证施工质量并且根据国内外地震的新情况和有关理论方法的新进展,及时组织修改,补充抗震规范.我国某些大城市是否实行高层建筑结构的安全认定工作.也是值得考虑的问题.日本的经验明白告诉我们.集当代科研成果与实践经验的规范标准的制定与实施的扳端重要性.4,应该继续重视旧房和旧有设施抗震鉴定和加固工作.日本此次地震房屋及高架桥倒塌和破坏,绝大部分(90以上)是不符台现行规范的.尤其是o60年代建造的房屋和设施(包括生命线工程),但均未进行加固.抗震加固是困扰日本的一大难题据称.不符合198年新规范的房屋建筑约有iso0万栋(其中公寓式住宅l3万栋)约占全国房屋总量的60以上,有些城市占80左右.可见加固的工作量之大.任务之繁重.这是其一.其二,现在设有不符台现行规范的建筑必须加固的法律规定,而且房屋大都是私有资产.不能靠行政命令从事;其三,除必要的立法程序之外,加固需投入巨额资财.其四,需要的关的组织管理机构,技术人员的培训和相应技术的解决等,日本有关官员和专家都痛感加固的重要性,但觉得是十分棘手的问题即使如此,日本根据地震预测预报近年东海有发生大地震可能性的相关地区,如神奈jli县的某些房屋尤其是高架桥已于去年开始tdll35德国建筑产品法简介李明哲德国建筑产品法全称”关于建筑产品的投人使用和贸易法”.德国参议院于】988年颁布了该法,j992年又进行了修订,该法对建筑产品质量认证的范