震后房屋建筑反思 解讀國(guó)外建筑抗震設(shè)計(jì)

　　北京時(shí)間5月12日14時(shí)28分，在四川汶川縣（北緯31度，東經(jīng)103.4度）發(fā)生7.8級(jí)地震。近十年來(lái)，世界相繼發(fā)生了多次重大地震，1989年美國(guó)Loma Prieta地震（M7.0）、1994年美國(guó)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(tái)灣集集地震（M7.6）等等。那么針對(duì)抗震國(guó)外其他國(guó)家又是如何應(yīng)對(duì)的呢？他們?cè)诳拐鹪O(shè)防方面又采取了那些措施呢？

　　日本的抗震設(shè)計(jì)

　　我們的鄰國(guó)日本是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)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(lái)，日本不斷加大城市防震減災(zāi)的新技術(shù)開(kāi)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(yán)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(kāi)始銷售不久即告罄。一個(gè)重要因素是這些高層公寓多半與高層寫(xiě)字樓作了同等水平的抗震設(shè)計(jì)。一座號(hào)稱日本最高的公寓，使用了與美國(guó)紐約世界貿(mào)易中心相同的鋼管，確保了抗震強(qiáng)度。這種鋼管的直徑最大達(dá)800毫米，厚度達(dá)40毫米，而且鋼管中還注入了比通常混凝土強(qiáng)度高3倍的高強(qiáng)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(gè)建筑來(lái)減弱地震引起的搖動(dòng)，但在強(qiáng)風(fēng)刮過(guò)來(lái)時(shí)，樓的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生一定的搖動(dòng)。采取了剛性結(jié)構(gòu)后，搖動(dòng)大大降低。如遇阪神大地震級(jí)別的地震發(fā)生時(shí)，柔性結(jié)構(gòu)的建筑一般要搖動(dòng)1米左右，而剛性結(jié)構(gòu)建筑只搖動(dòng)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(dá)93米，建筑物的外圍使用了新研制的高強(qiáng)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(shí)，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(qiáng)風(fēng)造成的搖動(dòng)減輕40%，同時(shí)也可提高抗震能力。

　　3．“局部浮力”的抗震系統(tǒng)

　　近日日本開(kāi)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(gè)建筑物。據(jù)日本媒體報(bào)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(kāi)，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(fù)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(shí)，由于浮力作用延長(zhǎng)了固有振蕩周期，即晃動(dòng)一次所需時(shí)間，建筑物晃動(dòng)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(dá)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(shí)可用于滅火，地震發(fā)生后可作為臨時(shí)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(dòng)體”基礎(chǔ)提高建筑物抗震性能

　　獨(dú)戶、古舊建筑獨(dú)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(dòng)體，形成一個(gè)滾動(dòng)式支撐結(jié)構(gòu)，這樣可減輕地震造成的搖動(dòng)。古舊建筑的抗震問(wèn)題也得到了有關(guān)方面的重視。東京都臺(tái)東區(qū)的國(guó)立西洋美術(shù)館補(bǔ)修了抗震處理結(jié)構(gòu)，東京都豐島區(qū)區(qū)政廳也實(shí)施了補(bǔ)修工程。

　　5．嚴(yán)格的法律

　　日本《建筑基準(zhǔn)法》規(guī)定，日本的高層建筑必須能夠抵御里氏７級(jí)以上的強(qiáng)烈地震。一個(gè)建筑工程為獲得開(kāi)工許可，除了設(shè)計(jì)、施工圖紙等文件外，還必須提交建筑抗震報(bào)告書(shū)。這一報(bào)告書(shū)主要內(nèi)容是，根據(jù)地震的不同強(qiáng)度，計(jì)算不同的建筑結(jié)構(gòu)在地震中的受力大小，進(jìn)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(jí)建筑師以上的人才能有資格編制抗震報(bào)告書(shū)，而且，報(bào)告書(shū)中的相關(guān)計(jì)算必須要使用國(guó)土交通省認(rèn)可的專用程序。普通的一個(gè)８、９層公寓樓，其抗震報(bào)告書(shū)動(dòng)輒厚達(dá)兩三百頁(yè)。建筑抗震報(bào)告書(shū)必須經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)或人員的檢查，確認(rèn)無(wú)誤后才能開(kāi)工。

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　　國(guó)際最新抗震設(shè)計(jì)理念

　　目前，許多國(guó)家在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)方案中，已經(jīng)出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)，如：美國(guó)紐約的42層高層建筑物，建在于基礎(chǔ)分離的98個(gè)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(guó)已經(jīng)獲得了美國(guó)、中國(guó)和英國(guó)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(shí)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(jì)的結(jié)構(gòu)方面設(shè)法擺脫在地震災(zāi)害時(shí)，嚴(yán)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(shí)質(zhì)都反映了對(duì)“似地球?yàn)橄喈?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(jì)規(guī)范的動(dòng)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?yàn)榻^對(duì)靜止不動(dòng)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(jí)地震的考驗(yàn)，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(guó)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(gè)建筑，縱橫交錯(cuò)的鋼梁把建筑物同地基緊緊地固定起來(lái)。發(fā)生地震時(shí)，富有彈性的鋼梁會(huì)自動(dòng)伸縮，于是大樓在滾珠上輕微地前后滑動(dòng)可以大大減弱地震的破壞力。彈簧大樓日本鹿島建筑部門(mén)發(fā)明了一種新的防震大樓營(yíng)造法：由彈簧把連著地基的基礎(chǔ)部分和建筑物主體分開(kāi)，讓建筑物主體處在一種能吸收地震和其他振動(dòng)沖擊的中介物上。無(wú)論地基怎樣搖晃，振動(dòng)能量傳到這種建筑物時(shí)也將減到原來(lái)的1／10。

　　我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)

　　總體來(lái)看，我國(guó)在抗震法律法規(guī)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)上做得比較充分。我國(guó)發(fā)布有《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》、《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃管理規(guī)定》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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。《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃管理規(guī)定》第八條規(guī)定：當(dāng)遭受多遇地震時(shí)，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(shí)，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?；蛘吆芸旎謴?fù)生產(chǎn)；當(dāng)遭受罕遇地震時(shí)，城市功能不癱瘓，要害系統(tǒng)和生命線工程不遭受嚴(yán)重破壞，不發(fā)生嚴(yán)重的次生災(zāi)害。