國際抗 震防震建筑發展趨勢

王志成

近年來，世界各地的地震災害頻繁地困擾著人類，每次大地震都給人類造成了巨大的損失。由于形成地震的原因十分復雜，截至目前，我們仍然無法準確預報地震的發生，這也給我們防御地震災害帶來了難度，盡管如此，隨著科技的發展、社會的進步，我們抵御地震災害的能力也得到了不斷提高，各個國家對于抗震防震建筑的重視與發展出現了新的趨勢。

各國抗震建筑發展新趨勢

地震是至今人類不能防御的天災，但隨著科技的發展，減少大地震造成的損失卻完全可以做到。這其中最主要的是關于建筑物抗震防震能力的國家法律與政府法規。鑒于各國的具體情況不同，經濟實力和科技水平也差異很大，可以說是各有各的高招。

美國的“泛美抗震金字塔”

1994年1月，位于美國加利福尼亞州南部的洛杉磯市北嶺地區發生了里氏6.7級地震，許多房屋嚴重開裂，但都未倒塌，僅有60多人死亡。1999年10月，美國南加州發生了7.1級大地震，房屋未倒塌。美國地震專家指出，強制規定所有建筑必須滿足防震抗震要求，注意對危房進行加固防患，是洛杉磯市老百姓在地震中避免傷亡的重要原因。

洛杉磯地下2萬米左右深處就有一個斷層。地震學家預測，洛杉磯在一兩代人內發生里氏8級地震的可能性很大。在頻繁的小地震和可能的大地震威脅下，美國及加州地方政府部門制訂的建筑條例強制規定，所有房屋的建筑設計必須滿足抗震要求，而郊外民房則多是獨立式單層或兩層木質結構建筑，這樣在發生重大地震災害時可減少房屋垮塌的危害，降低人員死亡率。

其實，美國有許多現代大都市都位于地震帶上。要降低地震損失的方法之一，就是設計足以承受致命震撼的建筑物“泛美抗震金字塔”。這個泛美金字塔的抗震強度是《舊金山灣區建筑法》規定的兩倍。在大型地震中，這些建筑物的地基可以減少地震震動1/3。

另外，美國的建筑結構具有很強的抗震性，且多為木結構和鋼結構。加州的建筑條例強制規定，所有房屋建筑設計必須達到抗震要求，而郊外民房則多是獨立式單層或兩層木質結構建筑，這樣，在發生重大地震時可減少房屋垮塌的危害，降低人員死亡率。據報道，鋼結構在美國發展最快，1965年鋼結構在美國僅占建筑市場的15%，到2000年就上升到75%。許多一層或兩層民用住房、別墅和度假村房屋都采用鋼結構，目前有15%的美國人住在這種鋼結構房子里。

還讓人感興趣的是，加州對學校及醫院建設規定極其嚴格。據報道，在1933年加州發生的6.3級大地震中，有70多所學校徹底倒塌，嚴重受損的有120多座。這引起了當地政府的極大關注。30天之后，加州政府出臺了《菲爾德法案》，對公立學校的防震規格作出特別要求，此外，公立學校的建筑監督權也從地方政府上交到州政府。這一法規實施后，加州沒有一所公立學校在地震中坍塌，也沒有發生任何學生傷亡案例。后來，加州政府又對醫院的建筑標準進行了特別規范。現在，學校和醫院的建筑規范是加州所有建筑中要求最苛刻的。

日本實施建筑物抗震最高水準

日本處于地震帶上，是地震發生頻率最高的國家之一。在長期的抗震救災實踐中，日本積累了比較豐富的經驗，在立法、機制建設和培訓國民等方面，都有許多經驗值得我們借鑒。

在1923年關東大地震之后，日本就制定法律，要求建造房屋時必須計算防震程度，1995年日本發生阪神大地震后，當年就頒布了建筑防震標準《建筑基準法》等相關法令，2006年1月又進行了修改以使該法規得到進一步的完善，把各類建筑的抗震基準提高到最高水準，除木結構住宅外，高層建筑必須能夠抵御里氏7級以上的強烈地震，尤其是商務樓要求能夠8級地震不倒，使用期限能夠超過100年。該《基準法》還規定，一個建筑工程為獲得開工許可，除了設計、施工圖紙等文件外，還必須提交建筑抗震報告書。抗震報告書的主要內容包括，根據地震的不同強度，計算不同的建筑結構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、混凝土的規格和配比。普通的一座八九層公寓樓，其抗震報告書都有兩三百頁。建筑抗震報告書必須經過相關部門的檢查，確認無誤后才能開工。

日本的建筑物地震保險是在國家的干涉下推行的。日本從1956年開始實施建筑物地震保險，1966年政府設立《日本地震再保險（Japan Earthquake Reinsurance——JER ）條例》，此后此條例幾經修訂。日本的建筑物地震保費是將全國分為4個危險區，將民居分為木結構和非木結構來作為確定保費的基本依據。此外也可以根據建筑的年代或者經鑒定確定的建筑抗震等級實施優惠。2001年以后建造的木結構民居可有10%的優惠，而抗震等級為3級的可享受30%的優惠。

新西蘭嚴格實施《抗震防震建筑法》

新西蘭位于太平洋板塊與澳大利亞板塊的交界處，東面受太平洋板塊向西的強烈俯沖，地震活動十分強烈。1855年首都惠靈頓附近發生的8級大地震摧毀了惠靈頓地區，為此，新西蘭政府非常重視建筑物防震工作，特別是首都惠靈頓附近。

早在1983年，新西蘭政府就制定了《建筑物抗震防震建筑法》的國家法律。各地區則依法制定了各自更實際而詳細的建筑物抗震防震規劃。新西蘭建筑研究協會是專門研究抗震建筑的公司。他們的研究實用性極強，所設計的木框架大玻璃輕型建筑符合新西蘭國情。房屋造價不高，可以為一般居民接受。在1987年南島6.7級地震中已證明他們所設計的房屋有很好的抗震性能。

新西蘭在《建筑法》和《建筑規范》中對投資者、設計師以及設計圖都有具體規定，建筑師和設計師都可以監督施工。對于建筑工程的審查，《建筑法》規定，投資者委托設計師進行圖紙設計，要送交有關專業部門審核，為確保安全，建筑物出現問題要追查建筑商、設計師、政府審查人員的責任。

墨西哥細化建筑抗震能力

1985年9月，墨西哥曾發生里氏8.1級地震。受地震影響，首都墨西哥城市中心30%的建筑物化為廢墟。此后，墨西哥修改了相關建筑規范法，將墨西哥城易受地震影響區域房屋的抗震能力從地震前的里氏7.5級調整至里氏8.5級。政府根據各區域地質的不同，對房屋防震抗震的修建和維修作了精細化的不同規定，首先，對于地質較松軟地區，需要嚴格審查建筑許可，甚至直接規定使用何種建筑材料。

其次，政府要求建在土質松軟地基上的新建筑物之間必須留有一定空間，避免地震發生時房屋互相碰撞而倒塌。還有，政府要求有關部門根據地質條件，把全城劃為4類大區，按危險程度大小，在地圖上分別以紅、黃、綠、藍4種顏色標出。

再者，政府責令有關部門把全城劃分成500多個小區，然后，通過抽樣調查，把每個小區的建筑物按12個等級劃分，并對有危險的建筑物提出拆除、改建或修繕加固的建議。

土耳其重視建筑物抗震防震能力

受地質影響，土耳其也是地震多發國家之一。自20世紀以來，土耳其發生的嚴重破壞性地震達40次，這給土耳其造成了嚴重的人員傷亡，有據可查的地震災害就造成40多萬人死亡。

1999年地震后，土耳其政府對地震情況作了認真的分析，經核查：一是建筑場地選擇不合理，二是新建筑物存在嚴重抗震防震的安全隱患。其實，土耳其并不缺少有關抗震方面的法律法規和技術標準，只是監管力度不夠，特別是對勘察、設計、施工質量，缺乏有效的監督管理手段，法規和標準形同虛設，致使豆腐渣工程越來越多，越來越嚴重。

總結慘痛的教訓后，土耳其政府立即亡羊補牢，開始聘請專家勘察斷層帶的所在之處，區別各地可能承受地震強度的等級，并擬訂抗震防震建筑的新法，規定不同區域的建筑物抗震標準。土耳其大國民議會決定，出臺的《赦免法》的赦免范圍不包括那些已被判刑的非法建筑責任人。并由政府對建筑市場確立更有效的監督機制，加大對建造劣質房承包商的懲處力度，堅決根治建筑市場中存在的諸多問題，如建筑材料質量問題，設計不規范、不科學，施工隊伍不專業，只求速度不管質量等。

智利建筑擁有全球最好抗震功能

2010年2月27日，智利發生8.8級強地震。但即便是震中的許多高層建筑依然完好無損，這要歸功于智利的房屋建筑擁有全球最好的防震功能。智利房屋的防震設計理念不是建造堅不可摧的建筑，而是盡可能地緩沖、釋放地震能量，并最大限度地保全建筑物。

自1985年遭遇8級地震后，智利政府就要求所有建筑必須按能抗9級地震的標準來設計。按照智利法規，所有建筑開建前，必須由專業機構設計。設計圖紙要送到政府公共工程部審核，通過后才能拿到政府頒發的建房許可證。建筑過程中，不斷會有工程師進行檢測。如房屋動工前，施工人員會在地基和周邊區域挖幾個坑，結構工程師和力學計算師需要來現場查看土質，決定新房地基應該挖多深。每一次澆筑混凝土前，監督人員會拿走幾箱樣品，檢測其強度。不建太高的房子，也是智利的抗震經驗。如在圣地亞哥，除了市中心有一些高層建筑外，老城區和中小城市，多是一二層樓的建筑。

國外建筑抗震防震開發新技術

建什么樣的房和如何建房是提高建筑物抗震防震能力、預防地震災害的核心問題。目前國外提高建筑物抗震能力的新科技有：

滾珠大樓：美國建造了一種可以防震的“滾珠大樓”，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，發生地震時，富有彈性的鋼梁會自動伸縮，于是大樓在滾珠上會輕微地前后滑動，可以大大減弱地震的破壞力。

彈性大廈：處于地震高發區的日本設計了一種“彈性建筑”——東京電通大廈，有優異的抗震性能。現在，日本東京建成了12座這種彈性建筑，其中東京電通大廈經東京發生的里氏6.6級地震考驗，證明在減輕地震災害方面效果顯著。這種彈性建筑物建在隔離體上，隔離體由分層橡硬鋼板組和阻尼器組成，建筑結構不直接與地面接觸。阻尼器由螺旋鋼板組成，以減緩上下的顛簸。日本各都市都在“彈性建筑”上大做文章，有的城市建筑物的地基部分加上硬質橡膠和鋼板，使建筑物本身結構有了彈性，能抗7級左右地震。

彈簧大樓：日本鹿島建筑部門發明了一種新的防震大樓營造法。其特點是，由彈簧把連著地基的基礎部分和建筑物主體分開，讓建筑物主體處于一種漂浮狀態，而彈簧正是一種能吸收地震和其他振動沖擊的中介物，無論地基怎樣搖晃，建筑物都不會受到強烈的沖擊。實驗證明，烈度里氏6～7級的地震搖晃，傳到這種建筑物時也將減到原來地震烈度的1/10。

自我愈合樓房：目前英國科學家正在希臘的一處山坡上建造一種特殊的樓房，它能在地震中“自我愈合”。據稱，這種墻體在壓力（地震期間）的擠壓下，納米聚合粒子將流入裂縫中并變硬，形成固體材料，從而對房屋的裂縫進行自動填補。

橫向負量大廳：日本關西國際機場的出境大廳屋頂是由一連串格狀橫向負量鋼桁所組成，其線條呈現強烈的方向性。特別是外伸的桁架支柱頗為醒目，讓人聯想到日本建筑設計的一項重要標準：抗震。不過，在設計時也特別注意到避免因視覺上的明確性，犧牲了結構的邏輯性，從屋頂到下部整體結構一致，使需要控制的空氣量減到最低。因為地震區內的大型建筑設計一般都會依地震風險程度，將部分重量轉移到橫向負量。日本屬于地震高風險區，所以依照建筑法規定，關西機場結構物的橫向載重能力，必須超過其本身的重量。如同工程師們所津津樂道的，機場建筑就算蓋在墻上也能維持平穩。

剛性抗震高樓：一座號稱日本最高的崎玉縣川口公寓，使用了與美國紐約世界貿易中心相同的鋼管，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，確保了抗震強度。另外，該公寓還使用了剛性結構抗震體。通常高層公寓柔性結構為主流，靠整個建筑來減弱地震引起的搖動，但在強風刮過來時，樓的結構也會發生一定的搖動。采取了剛性結構后，搖動大大降低。如遇阪神大地震級別的地震發生時，柔性結構的建筑一般要搖動1米左右，而剛性結構建筑只搖動30厘米。

橡膠大樓：日本東京的一座免震結構大樓高達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的積層橡膠。這樣，在里氏6級地震發生時，就可將建筑物的受力減少至1/2。這座大樓的基礎還使用了類似橡膠的黏彈性體抗震裝置，該裝置可將強風造成的搖動減輕40%，同時也可提高抗震能力。

局部浮力大樓：日本新建成的京王飯店，開發了一種名為“局部浮力”的樓房抗震系統，即在傳統抗震構造基礎上借助于水的浮力支撐整個建筑物。據報道，普通抗震結構把建筑物的上層結構與地基分離開，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”系統在上層結構與地基之間設置貯水槽，建筑物受到水的浮力支撐。水的浮力承擔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，降低支撐構造部分的剛性，從而提高與地基間的絕緣性。地震發生時，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。因此建在城市海灣沿岸等地層柔軟地帶的樓房，可以獲得較好的抗震效果。

滑動體抗震館：日本東京都臺東區的國立西洋美術館補修了“滑動體”抗震處理結構，大大提高了這座古舊建筑的抗震能力，可以經受里氏7～8級的地震。這座獨戶古舊建筑與高層樓房相比整體重量輕，積層橡膠不起作用。日本科學家采用了有效的抗震方法，即在建筑物與基礎之間加上球型軸承或是滑動體，形成一個滾動式支撐結構，這樣可減輕地震造成的裂震與搖動。

輕型木房屋：在新西蘭政府的大力提倡下，新西蘭低層和多層住宅采用的主要結構形式大多采用了輕型木結構。這種類型的結構分為兩大部分：基礎和上部結構。基礎一般采用鋼筋混凝土結構，上部結構則采用一定規格的木基結構板材以及其他工程木材料，其特征類似箱型結構；上部結構與基礎之間通過錨栓連接，樓屋蓋和剪力墻形成結構的主要抗側力體系。實踐證明，輕型木結構因其自身質量輕、強度高以及結構的高次超靜定等特性，均表現出良好的抗震性能，能最大限度地避免生命財產遭受巨大損失。

繃帶柱建筑：日本發明了一種廉價的防震加固技術，以類似安全帶的樹脂材料“繃帶”包裹建筑物內支柱。由構造品質保證研究所開發的這種防震加固技術被稱為“SRF工藝”。抗震“繃帶”采用樹脂纖維編織制造，形狀類似安全帶。施工時，將抗震帶涂上黏合劑，包裹后固定在建筑物支柱上。地震發生時，支柱即使出現內部損傷也不會倒塌，這可以確保人員的生存空間。這項抗震工程施工也相當簡單，研究所此前已經完成了250個此類項目，包括新干線高架橋、醫院以及約40棟學校建筑物等。

智能修復房屋：希臘屬于地震多發國家，據介紹，“智能修復房屋”的最大特色就是能夠進行“自我保護和修復”。這種房屋里安裝了多種傳感設備，即便是對最輕微的震動也會有所察覺，并可借助屋內設備減少甚至抵消地震帶來的震動。“智能修復房屋”采用的材料具有自動修復功能，一旦墻體在地震中出現裂縫，液態修補材料可以像膠水一樣，粘住裂縫并迅速固化，從而防止房屋倒塌。