15.4过去地震中木建筑的表现
设计抗震结构的第一步工作便是把过去地震中的地面震动数据，结构在地震中反应以及损坏调查数据都保留了下来。
比如r和k（1999）对于地震中平台式轻型建筑的表现进行了调查，并尽可能详细地记录了破坏建筑和未损建筑的地点，并用等值线图表示了出来，同时比较了类似建筑的地震表现，大量的建造时并未考虑其抗震，甚至建筑在工程计算方法建立之前就建有大量的建筑，他们在地震中的表现非常好。
Mediterranean地区的古老的民居，日本和中国的塔，寺庙已经经过强震作用的环境的考验，屹立千年不倒。大部分的中国塔，寺庙所表现的抗震性能良好，主要是由于其对称的平面布置，几乎统一的举架高度，轻质，结构整体性好和超静定系统（有些塔由32个柱作支撑）。日本塔则具有同样的优点，其中值得一提的是在17世纪甚至还在建筑物的中央设有独立的悬挂柱，在地震作用下，该柱就像一个悬挂的摆，成为反向控制装置，减小建筑物的动力反应。此外，近百年来的北美平台式轻型在强震中表现也非常好。
良好的舒适性来自于木材本身的特性，其轻质和高强，然而，认为所有的都在地震中都是安全的说法是错误的。轻型木框架房屋在过去的地震中一直表现良好，但是也有一些房屋的表现不尽人意（译者注：请注意后文提到的失败的工程例子，对其设计缺陷深刻认识，以指导我们今后的设计工作）。比如二战之后重建中发现，传统的日式的梁—柱体系结构和大尺度的不规则形状的轻型木框架建筑的损坏也很严重，通过大地震之后的调查，我们可以从失败的案例中吸取教训。对以后的设计方法和建筑方式加以改良。
下面是我们对七次地震的观测记录进行的归纳，尤其关注平台式轻型建筑。
15.4.1阿拉斯加地震
阿拉斯加地震的里氏震级M=8.4是在20世纪北美最大的地震之一。其标志性事件便是强烈的地震动造成了Anchorage居民区巨大的滑坡。地面沉降和大幅度的水平、竖地震动会对地基础和其上的建筑损毁严重。造成巨大的人员伤亡。然而，关于此地面运动的数据没有被记录下来，像盒子一样的轻质木框架房屋大部分完好无损，在地震中保存了下来。有些房子的朝向偏移了原来的位置，除此之外，房屋损坏很少，修补一下就可以了。
图1 1964年阿拉斯加地震，该图前部的小型轻型房屋和车库虽掉落到底层滑动处，但只受轻微损伤，而其后方的钢筋混凝土升板式建筑则被震毁。 （图片来源：U.S.Forest Service Research Paper）
15.4.2加利福尼亚 1971
这次地震的震级为6.7级，震源在洛基北郊郊区，这次地震损坏了大量的民居，公共及高用建筑，导致64人死亡。五层的无筋砌块结构veterans医院倒塌，造成46人死亡。还有一些钢筋混凝土的建筑发生倒塌，或损毁严重，不得不拆除，比如Olove，View医院。此次地震中，圣费南多地区水平地面加速度达到0.6g，甚至更高，该地区的老旧木房子从轻微损坏到倒塌均有，带软弱底层的二层公寓也损毁严重。轻型房屋的最大缺点在于那些大开间，非对称的建筑平面的建筑发生的扭转，尤其是在底层，这种结构处理方式会导致所谓的薄弱层。
图2. 该次地震中，一栋二层木框架房屋由于一层的薄弱层，造成支柱毁坏。
图3 此次地震中，该建筑地基上方的脚蹬墙倒塌
图4 此次地震中 烟囱损坏的例子
正是在此次地震中，这种带有底部软弱层的轻型房屋的缺点才被首次认识到其重要性，许多类似的缺点才得以改正，正是这次地震，美国西部通用的一些建筑标准UBC才做了大的修订。
软弱的底层很难消除，因为很多住户都喜欢大窗户的开敞感觉和底层车库带来的便利。如果建筑的其它部分可以提供足够的抗力，那么大开间也是可以接受的。无论何类建筑，如果不重视这种问题，不在其余部分提供足够的抗力补偿，那么地震会继续抓住这个弱点，造成损害。除了在表15.1中列表的失效类型，大部分的新建轻型木建筑都表现良好，尤其是那些生命安全线准则被采用的建筑更是如此。即使建筑与基础滑移，cripple墙倒塌，建筑物的其余部分仍保持完整，避免对住户造成严重伤害或死亡。
15.4.3 1987，新西兰 edgecumbe地震
这次地震由5.2级的前震，6.3级的主震，以及四次大于5级的余震组成，此次震源发生在农村，仅在距震源20km的Matahina记录了地震的数据，水平地面加速度峰值为0.32g。Edgecuble镇（人口2000），周围10km范围发生大量砂土液化，因为其距震中仅8km。大量的建筑工程如铁路，桥梁，民宅，工业建筑，仓库，电力设施，市政服务设施遭到严重破坏，所幸未见人员伤亡的报道。
受影响的建筑主要为木框架住宅，这些建筑一般采用混凝土条基或混凝土片阀基础，在建筑底板下设有低矮的爬行空间，大部分的墙都是内挂石膏板，外覆外墙挂板，木框架还附加了K字支撑或对角支撑，该区域大约有6500幢房屋，只有不到50幢发生严重破坏，且并未倒塌。地震造成的损坏包括房屋与基础间发生滑移，外墙饰板开裂，倒塌，烟囱倒塌，基础失效。其房屋缺陷与其余地方的一样，主要是缺少与基础的连接或支撑，采用了脆弱，重质材料，缺少水平支撑等。
15.4.4 加拿大 魁北克 沙格奈河 地震
虽然在加拿大魁北克的沙格奈河地震的震级只有5.7级，不像其它地震那么大，但它是最近50年来北美洲东部最大的地震，而且有总共11对水平和竖向地震记录。此次地震震中在魁北克省北150km的人口稠密区。地面加速度峰值发生地为塞克提米的人口稠密区，这里离震中36km，在圣劳伦斯河北岸100km的地方，加速度峰值达到0.12-0.17g。由于北美地区地壳的较低的地震衰减率，此次地震地面运动主要属高频地面运动。在距震中500km外还有震感。
此次地震中，轻型建筑的损坏主要集中在烟囱、基础和外墙饰面，没有发生近于倒塌的事例，没有人员伤亡。建筑物的破坏模式一般都与软弱地基有关，大部分破坏都是由地基位移导致，而非结构上的缺陷。
15.4.5 1989 美国 加利福尼亚 洛马?普里埃塔地震
洛马?普里埃塔地震，震级为7.1级，震中在旧金山市南100km，但是却波及到了旧金山市北部的奥克兰市，共造成了62人死亡，3000多人受伤。其中49人死于奥克兰市双层公路的坍塌，这次地震造成了巨大的损失。从震中到奥克兰，沿途都可看到倒塌的老式无筋砌体建筑，在旧金山的marina bay区，有大量的四层公寓建在了回填土上，由于底层的大开间车库形成软弱层，震后，可以看到上面三层建筑都保持完整，但却压在了一层破碎的残骸上。而震中区域附近的木框架房屋大部分保持完整，仅个别地方需要修复处理。
图4 loma pritia 地震中 一栋几乎倒塌的四层木框架公寓， 其主要原因就是一层的薄弱层
15.4.6 1994 美国加州 北岭地震
北岭地震里氏震级6.7级，以其巨大的地面水平运动加速度和竖向加速度为其鲜明特点，有些地方甚至超过1.0g，地震对住宅、公共建筑、商用建筑以及洛杉矶西北20km处的高速公路都造成了巨大的损害。这次地震产生了目前为止北美有人居住区的最强烈的地振动，超过30人丧生，估计经济损失达到30-40，000，000，000美元。这次地震让人们把目光再一次聚集到1971年圣.费尔南多地震中的主要建筑缺陷----多层轻型软弱的底层。
图5. 北岭地震中，一个支承二楼的立柱失效，使上面的建筑物压在了下面的停车场上
在1971年的地震中，这类建筑扭曲严重，但并未倒塌，而在1994年的这场地震中，大量的建筑物一层倒塌。仅此一项即造成某公寓中16人丧生，巨大的水平地震力和同样巨大的竖向地震力的组合效应多产生的加速度值为正常设计所能抵抗的加速度—0.4g的二倍还多。 两外，还有三栋房屋建在山坡上，地震产生的山体缓坡导致建筑物垮塌，造成4人死亡。由于北岭地震中超过50%的死亡事件是在轻型建筑中发生的，因此，人们做了一个关于高地震危险性地区轻型性能的调查。尽管发生了这样的惨剧，除去不合理的设计和建造地点原因，绝大多数的木建筑表现非常好，像其他地震用一样，仅是烟囱部分发生倒塌，其余部分无甚大碍。
图10.北岭地震中，一个红砖烟囱倒塌的例子
15.4.7 1995 日本 神户 hyogo-ken nanbu 地震
1995年2月17日，日本阪神地区神户市发生了一场地震。这场地震是步入现代以来最严重的一次地震。经济损失估计超过100，000，000，000美元，6000多人丧生，依据日本气象局的测定级数为7.2级，换算承里氏震级为6.8级。
该地区原有的设防烈度低于此次地震级数，因此，建筑物的设计和施工的抗震准备都不充分。各种建筑类型的建筑均遭到严重破坏甚至垮塌。高速公路、桥梁、港口、公共设施、铁路、地铁工程，以及混凝土、钢结构、的低层和高层建筑无一幸免。在如此大规模的破坏中，也有一些新建建筑在地震中屹立不倒，甚至根本看不出任何损坏，这些建筑包括一些高层（大部分为钢结构）和一些二三层的现代技术轻型房屋。这些成功的事例说明，现代建造技术可以抵抗这次如此严重的地震，甚至毫发无伤。
此次地震震中在神户市西南的Awaji岛附近，断裂带从市中心向东延伸至其邻市Nishinomiya,在神户市南部的人口密集区和周边城市，地面加速度峰值记录为0.8g，这么巨大的水平运动伴随者同样巨大的竖向运动加速度，其效果更加剧烈。 此种现象与1994年的北岭地震类似。其特点都是震中区地面剧烈的振动。在受影响地区的那些建筑中，遭受最沉重打击的建筑物是二战前后建设的那一批建筑，这些房子由梁柱框架做骨架，用钉在立柱上的板做墙面，内填竹编材料和粘土，外墙为灰泥，屋顶由水平屋面板上覆一层棕粘土，再加一层粘土瓦构成。这样的屋顶构造有效地抵抗了该地区的台风，但是由于其很重的屋面使得在地震中获得的地震力更大，最终损毁严重。这次地震中暴露出的建造缺陷有：过重的屋面，水平支承不足，缺少剪力墙，材料腐朽以及建筑存在软弱层，这些是这次地震中建筑破坏的主要原因。
图7. 此次地震中，日本西宫一处现场，图片后方是三栋未损坏的现代木框架建筑，图片前方则是一栋老式建筑物，损毁严重
在一片老式房子的断壁残垣中，有好多现代房屋表现非常良好，几乎看不到损坏的迹象，而这些建筑都同样处在地振动剧烈的区域，这证实了现代木框架房屋可以地方峰值加速度为0.6g甚至更高，同时损坏很小。
最著名的例子是在神户市相邻的nishiward的seattle-vancouver镇和Hankyu nishinomiya Housing Park的建筑，前者为单纯的轻型建筑，后者则是梁柱体系和轻型建筑都有。这两个地区的地振动都非常剧烈，seattle-vancouver镇周围区域的峰值加速度为0.3～0.5g，Hankyu nishinomiya Housing Park地区的比它还要高些，而对于这些地区的木房屋来说，除了一些屋面瓦片的碎裂，几乎看不出任何损害。
图8. 日本西宫地区 “2x4”轻型房屋，在此次地震中几乎没有任何损坏地保存下来。
神户大地震又一次展示了地震发生在居民区时的巨大破坏力，每一个设计，建造和维护期间的缺陷都被暴露出来，并对各种类型的建筑造成巨大的损失。然而，其中的一个例外就是现代轻型房屋，我们在这里引用一段神户地震的震后调查报告中的一句话
“西式轻型建筑的表现近乎完美，几乎未见此类建筑受损的报告”
总结
对于最近一些地震中平台式轻型抗震表现的调查显示，建筑可以抵抗超过0.6g的地震峰值加速度，保证生命安全。因此，符合生命至上的准则。那些损伤的构件也证明框架房屋有进一步提高的余地，也符合更严格的灾害控制准则。然而，底层软弱层的现象之得重点注意，以减少潜在的倒塌和损坏。
下表汇总历次地震中的遇难人数及在轻型中的死亡人数。这些数据雄辩的证明了在大量房屋在地震摇晃的情况下在木框架房屋中的死亡人数是非常少的。良好的表现是基于合理的设计，合格的施工和正确的维护上的。过去的良好表现并不意味这不需要进一步的提高了。为了在确保以后的房屋表现仍然良好，设计规范应该定期修订，以反映理论和试验上的最新成果。将来地震灾害报告还是应该重点放在调查那些未损坏的建筑上，并尽可能地建立起建筑性能与地面运动强度之间的关系。
Table . Casualties in earthquakes （历次地震中的遇难者调查）
注1：* 由地基失效引起结构垮塌造成人员伤亡。
注2：** 在震区中采用2x4结构的轻型房屋。
注3：译者注：由上述表格中也可看出，大地震在美国、日本等地发生后，其总体伤亡人数很少，而回观我们去年的5.12的惨痛历史，数以万计的生命被无情践踏。对比如此，情何以堪。我国的建筑抗震设计工作任重、道远。
