震后房屋建筑反思 解讀國外建筑抗震設(shè)計

　　北京時間5月12日14時28分，在四川汶川縣（北緯31度，東經(jīng)103.4度）發(fā)生7.8級地震。近十年來，世界相繼發(fā)生了多次重大地震，1989年美國Loma Prieta地震（M7.0）、1994年美國Northridge地震（M6.7）、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年臺灣集集地震（M7.6）等等。那么針對抗震國外其他國家又是如何應(yīng)對的呢？他們在抗震設(shè)防方面又采取了那些措施呢？

　　日本的抗震設(shè)計

　　我們的鄰國日本是一個地震多發(fā)的國家，每年發(fā)生有感地震約1000多次，全球10%的地震均發(fā)生在日本及其周邊地區(qū)。近年來，日本不斷加大城市防震減災(zāi)的新技術(shù)開發(fā)，探索城市綜合減災(zāi)的新思路。不僅如此，日本在建筑抗震、防火等安全性方面的規(guī)定復(fù)雜而嚴格。

　　1.剛性結(jié)構(gòu)提高建筑物的抗震性能

　　在日本許多高層公寓開始銷售不久即告罄。一個重要因素是這些高層公寓多半與高層寫字樓作了同等水平的抗震設(shè)計。一座號稱日本最高的公寓，使用了與美國紐約世界貿(mào)易中心相同的鋼管，確保了抗震強度。這種鋼管的直徑最大達800毫米，厚度達40毫米，而且鋼管中還注入了比通常混凝土強度高3倍的高強度混凝土，該公寓共使用這種鋼管168根。另外，該公寓還使用了剛性結(jié)構(gòu)抗震體。通常高層公寓柔性結(jié)構(gòu)為主流，靠整個建筑來減弱地震引起的搖動，但在強風(fēng)刮過來時，樓的結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定的搖動。采取了剛性結(jié)構(gòu)后，搖動大大降低。如遇阪神大地震級別的地震發(fā)生時，柔性結(jié)構(gòu)的建筑一般要搖動1米左右，而剛性結(jié)構(gòu)建筑只搖動30厘米。

　　2．使用橡膠提高建筑物的抗震性能

　　在日本東京一座免震結(jié)構(gòu)公寓高達93米，建筑物的外圍使用了新研制的高強度16積層橡膠，建筑物的中央部分使用了天然橡膠系統(tǒng)的積層橡膠。這樣，在裂度為6的地震發(fā)生時，就可將建筑物的受力減少至二分之一。一種超高層樓房用抗震裝置，使用的是類似橡膠的黏彈性體，該裝置可將強風(fēng)造成的搖動減輕40%，同時也可提高抗震能力。

　　3．“局部浮力”的抗震系統(tǒng)

　　近日日本開發(fā)了一種名為“局部浮力”的抗震系統(tǒng)，即在傳統(tǒng)抗震構(gòu)造基礎(chǔ)上借助于水的浮力支撐整個建筑物。據(jù)日本媒體報道，普通抗震結(jié)構(gòu)把建筑物的上層結(jié)構(gòu)與地基分離開，以中間加入橡膠夾層和阻尼器的方式支撐建筑物。相比之下，“局部浮力”系統(tǒng)在上層結(jié)構(gòu)與地基之間設(shè)置貯水槽，建筑物受到水的浮力支撐。水的浮力承擔(dān)建筑物大約一半重量，既減輕了地基的承重負荷，又可以把隔震橡膠小型化，降低支撐構(gòu)造部分的剛性，從而提高與地基間的絕緣性。地震發(fā)生時，由于浮力作用延長了固有振蕩周期，即晃動一次所需時間，建筑物晃動的加速度得以降低。6到8層建筑物的固有周期最大可以達到5秒以上。因此，在城市海灣沿岸等地層柔軟地帶也可以獲得較好抗震效果。此外，貯水槽內(nèi)貯存的水在發(fā)生火災(zāi)時可用于滅火，地震發(fā)生后可作為臨時生活用水。這一系統(tǒng)成本并不算高。以8層樓醫(yī)院為例，成本比普通抗震系統(tǒng)高出大約2％。

　　4．“滑動體”基礎(chǔ)提高建筑物抗震性能

　　獨戶、古舊建筑獨戶建筑與高層樓房相比整體重量輕，積層橡膠不起作用。有效的抗震方法是在建筑物與基礎(chǔ)之間加上球型軸承或是滑動體，形成一個滾動式支撐結(jié)構(gòu)，這樣可減輕地震造成的搖動。古舊建筑的抗震問題也得到了有關(guān)方面的重視。東京都臺東區(qū)的國立西洋美術(shù)館補修了抗震處理結(jié)構(gòu)，東京都豐島區(qū)區(qū)政廳也實施了補修工程。

　　5．嚴格的法律

　　日本《建筑基準法》規(guī)定，日本的高層建筑必須能夠抵御里氏７級以上的強烈地震。一個建筑工程為獲得開工許可，除了設(shè)計、施工圖紙等文件外，還必須提交建筑抗震報告書。這一報告書主要內(nèi)容是，根據(jù)地震的不同強度，計算不同的建筑結(jié)構(gòu)在地震中的受力大小，進而確定建筑的梁柱位置、承重以及施工中鋼筋、混凝土的規(guī)格和配比。

　　日本法律還規(guī)定，只有一級建筑師以上的人才能有資格編制抗震報告書，而且，報告書中的相關(guān)計算必須要使用國土交通省認可的專用程序。普通的一個８、９層公寓樓，其抗震報告書動輒厚達兩三百頁。建筑抗震報告書必須經(jīng)過相關(guān)部門或人員的檢查，確認無誤后才能開工。

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　　國際最新抗震設(shè)計理念

　　目前，許多國家在高層建筑的抗震設(shè)計方案中，已經(jīng)出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)，如：美國紐約的42層高層建筑物，建在于基礎(chǔ)分離的98個橡膠彈簧上，日本的建在弧型鋼條上防地震建筑物，前蘇聯(lián)的建在與基礎(chǔ)分離的沙墊層上的建筑物，以及在中國已經(jīng)獲得了美國、中國和英國發(fā)明專利權(quán)的，剛?cè)嵝愿粽?、減震、消震建筑結(jié)構(gòu)與抗震低層樓房加層結(jié)構(gòu)，都十分成功的應(yīng)用于工程實踐中，都明顯的在建筑結(jié)構(gòu)體型上，改變了傳統(tǒng)的插入式剛箍捆住內(nèi)力（吸收地震能量）的結(jié)構(gòu)體系。總之都在建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)方面設(shè)法擺脫在地震災(zāi)害時，嚴重威脅著人們的生命安全的插入式剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系。其實質(zhì)都反映了對“似地球為相當(dāng)好的慣性參考系”為指導(dǎo)理論，所制定的現(xiàn)行抗震硬抗、死抗地震打擊設(shè)計規(guī)范的動搖，本質(zhì)上也是改變了建筑結(jié)構(gòu)受力體系，而不在似地球為絕對靜止不動的慣性參考系了。

　　彈性建筑日本在東京建造了12座彈性建筑，經(jīng)里氏6．6級地震的考驗，減災(zāi)效果顯著。這種彈性建筑物建在隔離體上，隔離體由分層橡膠、硬鋼板組和阻尼器組成，建筑結(jié)構(gòu)不直接與地面接觸。阻尼器由螺旋鋼板組成，可減緩上下的顛簸。滾珠大樓美國硅谷興建了一座電子工廠大廈，采用一種抗震新法，即在建筑物每根柱子或墻體下安裝不銹鋼滾珠，由滾珠支撐整個建筑，縱橫交錯的鋼梁把建筑物同地基緊緊地固定起來。發(fā)生地震時，富有彈性的鋼梁會自動伸縮，于是大樓在滾珠上輕微地前后滑動可以大大減弱地震的破壞力。彈簧大樓日本鹿島建筑部門發(fā)明了一種新的防震大樓營造法：由彈簧把連著地基的基礎(chǔ)部分和建筑物主體分開，讓建筑物主體處在一種能吸收地震和其他振動沖擊的中介物上。無論地基怎樣搖晃，振動能量傳到這種建筑物時也將減到原來的1／10。

　　我國的抗震設(shè)計

　　總體來看，我國在抗震法律法規(guī)、國家標準上做得比較充分。我國發(fā)布有《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》、《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃管理規(guī)定》等國家標準，對建筑物抗震設(shè)防分類、責(zé)任劃歸、防災(zāi)規(guī)劃均有具體劃分?！冻鞘锌拐鸱罏?zāi)規(guī)劃管理規(guī)定》第八條規(guī)定：當(dāng)遭受多遇地震時，城市一般功能正常；當(dāng)遭受相當(dāng)于抗震設(shè)防烈度的地震時，城市一般功能及生命線系統(tǒng)基本正常，重要工礦企業(yè)能正常或者很快恢復(fù)生產(chǎn)；當(dāng)遭受罕遇地震時，城市功能不癱瘓，要害系統(tǒng)和生命線工程不遭受嚴重破壞，不發(fā)生嚴重的次生災(zāi)害。