徐有邻：由地震引发对预制预应力圆孔板的思考
笔者在坟川地震9天后奔赴都江堰、彭州、汉旺、青川等灾区，进行了为期15天的震害调研工作。
地震中大量砖混结构房屋倒塌。舆论对于预制预应力圆孔板(简称预制板)多有指责，将房屋倒塌伤人的责任归咎于使用了预制板，要求取消预制板的呼声甚高。笔者根据震害调查，探究现象背后的本质，并希望就此展开争鸣和讨论，为建筑产业化的方向以及装配式结构的发展提供科学、客观的依据。
地震中预制板之所以下坠伤人，一个原因是支承它的竖向构件倒塌了，预制板随之下坠;二是当上部有重物塌落时，预制板被折断成为零散板块而下坠。第一种情况伤人占多数情况。
震害调研表明，造成墙体倒塌的原因有3个:1)墙体自身承载力不足;2)墙体构造不合理;3)传统的预制装配式楼盖的整体性差，没有起到有效连接竖向构件(墙体)协调受力的作用，使得墙体在地震作用下被逐个推倒。造成预制板折断的原因也有3个:1)预制装配未做连接，楼盖的整体性差，当上部有重物塌落时，预制板单板受力，容易折断;2)预制板采用冷加工提高强度的冷拔低碳纲丝和冷轧带肋钢筋，延性较差，容易脆断;3)预制板的制作材料和工艺可能存在缺陷。
总之，造成预制板下坠的根本原因为:1)墙体自身承载力不足;2)墙体构造不符合要求;3)预制一装配式楼盖没有做好连接和拼装构造，整体性差;4)采用冷加工钢筋的预制板延性差或者制作质量没有保证。以下逐一结合震害调查进行说明。
1.1 墙体自身承载力不足
震害调查发现:几乎所有倒塌的砖混结构房屋都是没有完整圈梁一构造柱体系的单纯砖砌墙体结构。尤其是构造柱的缺失，不仅降低了墙体的抗压承载力，而且未能对脆性材料(砖和砂浆)构成的砖砌墙体形成约束，致使其在地震作用下开裂、破碎、压溃、倾覆、倒塌。
调查中也看到，在许多配有构造柱而未倒塌的房屋中，尽管构造柱遭受重创而破碎、压溃(这正证明了其在抗震中的作用)，但由于其围箍约束而使墙体没有倾倒，哪怕墙体已经支离破碎、摇摇欲坠，只要它未倾覆，支承在上而的预制板就绝不会脱落、下坠。
因此，引起房屋倒塌的根本原因并非水平构件(预制板楼盖)承载力问题，而是结构体系中竖向构件(砖砌墙体)承载力严重不足，在地震中倾倒。
1.2 墙体连接构造不符合要求
调查发现，倒塌房屋的砖砌体墙普遍未按规定加配钢筋(砖夹筋);梁下也没有梁垫;大梁还往往偏压在薄弱的窗间墙上;甚至还有在门、窗洞口上设置梁的不合理布置等。所有这些不符合规范的做法，导致了墙体承载力的缺陷，这是造成砖墙倒塌的直接原因。
调查中发现的另一通病是:砖砌墙体与周边构件也未设拉结筋(胡子筋)连成一体。在地震作用下，墙体失去依靠而“外闪”倾覆，直接压到室内人员，造成伤亡。
1. 3 预制一装配式楼盖未做连接构造
楼盖作为水平构件，其作用是直接承受使用荷载(人群、家俱、设备等的重量及自重);同时将垂直构件(墙、柱)在两端(头、脚部位)连成一体，协调垂直构件的侧向受力，使其能够共同承受水平作用，形成抗侧力体系。因此，楼盖自身也是抗侧力体系中的一部分。
1. 3. 1 预制板之间的拼装
所有倒塌的预制一装配式楼盖仍在采用传统的拼装构造方式。预制板的侧边仍为斜平边;所有的板间拼缝都采用基本没有强度的砂浆填塞(图1);有些甚至只用建筑垃圾填充了事(因为找不到混凝土或砂浆粘结的任何痕迹)由于只作预制板的简单拼装(浮搁)，而未采取任何加强预制板之间连接构造的措施，致使楼盖整体性及承载能力大大降低。
楼盖整体性差的后果，一方面是没有起到有效连接、协调竖向构件共同受用，使得墙体在地震作用下被逐个推倒;另一方面，由于缺乏有效连接，各预制板只能单板承力，承载能力大大降低。在地震作用下，当上部有重物塌落时，预制板容易被折断成零散板块而下坠。
事实上，如果预制板侧边采用双齿槽形式，再以具有一定强度的混凝土灌缝，则通过板侧拼缝的键槽咬合作用，各预制板就可以互相支承而形成楼盖整体受力的状态。这不仅可以克服前述缺陷，还有利于消除拼装楼盖的板间错台(高低差)和拼接裂缝。
1.3.2 预制板和支承结构的连接
几乎所有倒塌楼盖中的预制板与支承结构(墙顶、圈梁或挑耳梁)之间都未作任何连接板。端伸出用于锚固的钢筋(胡子筋)全部都贴边垂直弯起而未作互相连接;板底圈梁也没有伸出钢筋与其连接，根本起不到连接一锚固的作用，而且所有的圆孔板端头均不设堵头，并以豆石混凝土灌缝(图1) 。
象这样水平构件(预制板)浮搁在垂直构件(墙)上，两者间完全没有传递水平力能力的楼盖，在正常使用的垂直荷载作用下，尚能勉强支承传力。但在地震作用下，预制板就难免要脱离支座，楼盖也就随之解体、倒塌了。
在灾区另一值得注意的现象是:成排的预制板尽管已被砸断，但与支承的圈梁仍未脱离，成排地悬挂在尚未倒塌的各楼层侧而上(图2)。或者楼层已经倒塌，但断板仍紧连着圈梁，仍能保持成排重叠的形式(图3)。这证明了一个重要的事实:装配的预制板完全有可能实现与支承结构的可靠连接一锚固，以致在被砸断裂的超设计能力的强大意外荷载作用下，仍能保持与支承结构的可靠连接而不致坠落。
进一步仔细观察板端与支座的连接，发现其只采取了两项简单的措施:板端伸出钢筋均在拼缝中弯折;用具有一定强度的混凝土灌筑拼缝(图4)。因此预制板与支承结构之间有着可靠的连接构造，这是预制板断而不坠的根本原因。这说明:尽管还不是理想的“硬架支模”做法，但只靠简单的弯折锚固，即使在钢筋被砸断裂的情况下，预制板还能与支座保持可靠的连接。
1. 4 预制板脆断或制作质量问题
调查发现，所有断裂的预制板均采用冷加工钢筋作预应力配筋，且直径偏细(普遍为4mm)通过冷加工而提高强度的冷拔低碳纲丝和冷轧带肋钢筋，强度并不高，但延性较差。尤其作预应力配筋时应力起点就高，因而更容易脆断。在正常承载时，其具有必要的承载力和良好的裂缝控制性能;但地震时在下坠重物撞击下，往往就会折断而造成断板下坠。
当然也不排除在村镇地区生产条件下，预制板原材料质量和工艺操作的缺陷:地条钢筋、钢筋强度低、预应力张拉不准、混凝土的经验配合比、施工失控造成的质量问题等。这些缺乏管理的做法，都可能造成楼板折断。
震害调查发现，在强震区并不是所有的预制板装配式楼盖都塌落解体、坠落的都是未采取任何构造措施的早期(上世纪九十年代以前)预制一装配式楼盖。这种错误做法，在唐山地震中已经有过经验教训，不幸的是31年后同样的悲剧又在四川重演。而遵守有关标准、规范和标准图作了技术改进的近年建成的装配整体式楼盖，预制板均未坠落伤人。这些成功的经验应该加以总结。
综上所述，要避免房屋倒塌，关键在于采取构造措施防止竖向墙、柱倒塌，而不在于限制水平楼盖、取消预制构件板。根据表面现象来武断地取消某种结构形式，是极不理性的。
吸取唐山地震的教训，我国科研和工程界一直在致力于解决砖混结构抗震性能的问题，表现为两方面的努力:1)用圈梁一构造柱体系围箍约束砌体，以增强其抗震性能;2)采取构造措施加强预制板之间、预制板与支座之间的连接，形成整体性良好的装配整体式楼盖。有关成果表现为近年来公布的系列标准、规范和标准图集。
3. 1 1989年公布的国家标准《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)提出了预制板间灌缝及连接整体性的原则要求。
3. 2 1992年公布的北京市地方标准图集《预应力短向(长向)圆孔板》(京92G41、42)，提供了预制圆孔板装配整体式楼盖“硬架支模”的构造措施。图集要求板端圆孔内必须预先埋入堵头，深60mm;板端应靠墙支模或以砂浆铺垫;圈梁伸出拉结筋 ∮6~500mm;短向板伸出锚筋弯折交叉，且应配通长∮6构造筋;长向板伸出锚筋与通长∮12连结筋点焊(隔根且每板不少于4根)，且应配通长∮8构造筋;拼缝清理、湿润后用混凝土灌缝;必要时贯通支座两侧，在混凝土叠合层中配筋“硬架支模”的配套构造措施，远比上述板端钢筋弯折锚固的简单措施要牢固得多，完全能够维系预制板与支承结构之间的可靠连接，保证楼盖的整体牢固性。
3. 3 1993年公布的国家产品标准《预应力混凝土空心板》(GB14040-93)正式废止了预制板侧的斜平边、单齿边，改用双齿槽边的形式。这就可以通过采用混凝土灌缝而形成的键槽作用，变单板受力为整个楼盖共同承载，大大加强了楼盖的整体性。
3. 4 1995年公布的国家产品标准《预应力混凝土用钢丝》（GB/T5223-1995）提供了用于生产预制板的预应力螺旋肋钢丝。这种高效预应力钢丝具有很高的强度(1 570MPa )，且有很好的锚固性能和预应力传递性能。用做预制圆孔板的预应力配筋，不仅可以大幅度节约用钢量，还有很好的裂缝控制性能。这种高效预应力预制构件由于钢筋强度高、韧性大而绝不会脆断;同时还有极强的卸载后回复挠度和闭合裂缝的能力。
3. 5 1997年公布的国家标准图集《建筑物抗震构造详图》(97G329 -3 )系统地提出了在不同抗震条件下砖墙楼房的配套抗震构造措施，详细介绍了各种节点连接的构造做法，具有很大的可操作性及实用价值。
3. 6 2002年公布的国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010 -2002)提出了预制板侧间双齿槽边，细石混凝土灌缝，以及预制板楼盖装配整体的要求。
3. 7 2003年公布的国家标准图集《预应力混凝土圆孔板》 （03SG435-1, 2 ）综合了十多年来为改善装配整体式楼盖所做的努力，反映了历次改进的经验，提供了新一代的预制预应力圆孔板标准图。
1)预制板采用高强((1570一1860MPa)螺旋肋钢丝(钢绞线)作预应力配筋;
2)预制板侧边采用双齿槽边，拼缝清理、湿润后用混凝土(宜掺膨胀剂)灌缝且加强养护，以加强楼盖整体性并控制拼接裂缝;
3)“硬架支模”施工:板端靠墙支模或砂浆铺垫、板端堵孔、钢筋互连、圈梁拉结筋、通长构造筋、浇筑混凝土(图5);
4)在强震区根据国家标准图集《建筑物抗震构造详图》(97G329 -3)的要求布置现浇带，板侧、板端加配构造钢筋，或做成叠合楼板形式等，详见图集
近年伴随着商品混凝土技术的推广，现浇混凝土楼盖得到普遍应用。其具有整体性好、用程序设计简单快捷、建筑布置灵活等优点。但在此过程中也暴露出一些缺陷:
1) 采用低强的非预应力钢筋配筋，钢筋用量大幅度增加((3倍以上)。
2) 现浇板混凝土量增加30%以上，加大了材料的消耗，楼盖重量也增加了，在地震作用下更为不利。
3) 平板楼盖跨度小、荷载轻，若采用梁系则增加层高，影响有效使用。
4) 没有预压应力控制，现浇楼盖很难避免温度一收缩裂缝，并引起渗漏。
5) 板、梁、柱不同强度等级混凝土难以分别浇筑，混用往往影响施工质量。
6) 现场施工支模、布筋、浇筑、养护等，工程量大且工艺复杂，湿作业量大
7) 材料遗洒、噪音扰民、施工干扰周边民众，影响环境保护。
8) 非产业化工厂生产产品质量难以保证，村镇地区更难以推广商品混凝土。
9) 地震时现浇整体楼盖在墙体倾覆时失去依托，同样也会一垮到底，而且其重量大、刚度硬，在灾后实施救援将更为困难唐山地震已有相应的教训，故不能不慎重考虑。
调查表明:塌垮的楼盖基本上没有吸取唐山震害的教训，都仍在采用传统拼接方法，未能形成整体受力，整体牢固性很差，地震时难免解体、倒塌。而近年根据规范及标准图设计施工的预制板装配整体式楼盖房屋，即使在强震区也“大震不倒”这说明关键不在是否采用预制板，而在于构造措施缺失。
匆忙取消预制板，尚存用预制板建成的既有房屋是否属于危房?是否必须拆除或加固改造?简单化的仓促处理，可能会引起民众不安，影响社会安定。发达国家(包括多地震的日本)随着建筑产业化进程的发展，预制构件应用的比例是逐年增加的。
本文仅代表个人震害调查分析后的意见，希望得到不同意见者的批评，以便引起争议，深化对圆孔板、预制构件及装配整体式结构的认识。