論房屋建筑隔震抗震的重要性與實用性

張海夫

[關鍵詞：建筑；抗震；實用性]

眾所周知，地震又稱地動，是地殼快速釋放能量過程中造成的震動，期間會產生地震波的一種自然現象。地震常常造成嚴重人員傷亡，能引起火災、水災、有毒氣體泄漏、細菌及放射性物質擴散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災害。帶來難以承受的損失，嚴重危害人們的生命與財產安全。目前，應對地震的方式主要有兩種，即地震的預測與提高房屋的抗震，然而當前的科技水平尚無法預測地震的到來，未來相當長的一段時間內，地震也是無法預測的。所謂成功預測地震的例子，基本都是巧合。對于地震，我們更應該做的是提高建筑抗震等級、做好防御，而不是預測地震。

在地震發生的時候，地殼內部要釋放巨大的能量，這些能最以能量波德形式向周圍傳遞。在地震的波及范圍內，它用輸入能量的方式破壞建筑物，建筑物會產生激烈的振動，甚至遭到嚴重破壞而倒塌。地震時建筑物的振動劇烈程度與其本身的阻尼相關，建筑物的阻尼越小。其對地震能量的吸收和消耗就越小，那么振動就越劇烈，反之振動就越輕。傳統建筑把上部結構和基礎牢固地連接在一起，地震時，能量就通過基礎傳輸到上部結構，使結構發生振動以致變形，當結構受力超過結構強度時，便發生破壞或倒塌。建筑工程結構抗震技術的最基本的思想就是要想方設法增加建筑物的阻尼，以增大對地震所釋放能量的吸收和消耗量，從而達到減輕振動、減少損害的日的。這是建筑工程結構抗震技術區別于傳統抗震技術的根本所在，結構抗震技術是將地震看作一種能量的釋放過程，透過增加建筑物的阻尼的方式主動抗震，從而減輕地震對建筑物的破壞。而傳統的抗震方法只是將地震看作是一種力的作用，透過增強建筑物的剛度和強度的方式實行被動防震，效果并不理想。

因此，提高建筑抗震等級，有兩個方向。其一是通過增大梁柱截面的尺寸，增加梁柱配筋和提高建筑材料強度等方法來實現。但這種方法會導致結構剛度越大，向上部的地震作用越強的結果。另外一個方向即是工程界最常用的疊層橡膠隔震支座和耗能元件，形成剛度很低的柔性底層，稱為隔震層，以延長整個結構體系的自振周期、增大阻力，減少輸入上部結構的地震能量，達到預期防震要求，它的幾大特點使這個方向則具有很大的前景。第一：安全。憑借耗能裝置來消耗地震能量，進而保護建筑物：第二：經濟，成本不是很高；第三：合理；第四：維護費用低，適用范圍廣。當前，比較常用的耗能減震裝置有復合型耗能器、摩擦耗能減震裝置、粘滯阻尼器、金屬阻尼器以及粘彈性阻尼器等。隔震和消能減震技術目前在日本、美國已有了一定數量的應用，并在震害中有較好的表現。我國從1990年代開始，也以試點的方式在一些工程中應用了這些技術并獲得了一些好的經驗。新的抗震設計規范已給出了隔震和消能減震技術工程應用的指導性意見，標志著這些新技術已進入實用性階段。

隔震和消能減震技術雖然能夠大幅度提高建筑結構的抗震性能，但目前建造成本較高，且該技術從設計到構造，施工較復雜，正確合理地掌握和實施尚存在一些問題，因此新技術距離大規模推廣和應用還需要一定時間的準備。

同時，合理的建筑設計，也可提高建筑結構的安全可靠性其實從建筑設計的角度出發，在正確的抗震理論指導下，依據合理的設計原則，同樣可以提高甚至保證建筑結構的安全可靠性。這些原則包括：結構構件應具備足夠大的承載能力；結構應具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉和位移；結構應具有足夠大的延性和耗能能力，這一點對結構在強震作用下的安全性尤為重要。延性是指構件和結構屈服后，具有承載力不降低或基本不降低且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大，說明塑性變形能力大，強度或承載力的降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結構倒塌。

綜合運用抗震原則，以承載力、剛度和延性為主導目標，多道防線剛柔結合，同時保證結構體型簡單，結構受力和傳力途徑直接，整體結構與結構構件共同作用，如此一來就可以從設計上確保建筑結構在地震作用下的安全性。工程抗震是一門在實踐中不斷發展的學科，每一次地震都會為我們提供新的信息，推動建筑抗震設計向更好的方向發展，從而提高建筑的安全性。我國的建筑結構抗震的設計與研究50多年來取得了巨大的進步，隨著我國經濟實力的提升，建筑結構設計中的安全儲備大幅提高。近年來，新技術、新型建材以及新的設計思想得到越來越多的應用，建造出大批高質量的建筑。這些在新的抗震規范指導下設計的建筑，基本能夠保證在地震下的設計目標。

以著名美籍華裔設計師林同炎設計的尼加拉瓜首都馬那瓜美洲銀行大樓為例，該樓18層61米高，采取了多道防線剛柔結合的設計思想，通過在總體系中預設薄弱環節作為強烈地震作用下可被破壞但不影響整體安全的耗能構件，以保證結構的抗震性能。1972年馬那瓜強烈地震時，該樓僅出現少量裂縫，經過簡單維修加固后至今仍可使用，而周圍大量建筑物倒塌，5000多人死亡。美洲銀行大樓在馬那瓜地震中的表現充分證實了概念設計思想的創造性和前瞻性，這說明以承載力、剛度和延性為主導目標，在罕遇的強烈地震作用下，通過充分發揮結構和構件的延性與耗能能力，仍可使結構具有足夠的承載能力。

地震是一場災難，為了最大限度地保護人民以及整個社會的利益，建筑行業有責任更加努力地工作，戰勝災難，建設美好的家園。