论房屋建筑隔震抗震的重要性与实用性

张海夫

[关键词：建筑；抗震；实用性]

众所周知，地震又称地动，是地壳快速释放能量过程中造成的震动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。带来难以承受的损失，严重危害人们的生命与财产安全。目前，应对地震的方式主要有两种，即地震的预测与提高房屋的抗震，然而当前的科技水平尚无法预测地震的到来，未来相当长的一段时间内，地震也是无法预测的。所谓成功预测地震的例子，基本都是巧合。对于地震，我们更应该做的是提高建筑抗震等级、做好防御，而不是预测地震。

在地震发生的时候，地壳内部要释放巨大的能量，这些能最以能量波德形式向周围传递。在地震的波及范围内，它用输入能量的方式破坏建筑物，建筑物会产生激烈的振动，甚至遭到严重破坏而倒塌。地震时建筑物的振动剧烈程度与其本身的阻尼相关，建筑物的阻尼越小。其对地震能量的吸收和消耗就越小，那么振动就越剧烈，反之振动就越轻。传统建筑把上部结构和基础牢固地连接在一起，地震时，能量就通过基础传输到上部结构，使结构发生振动以致变形，当结构受力超过结构强度时，便发生破坏或倒塌。建筑工程结构抗震技术的最基本的思想就是要想方设法增加建筑物的阻尼，以增大对地震所释放能量的吸收和消耗量，从而达到减轻振动、减少损害的日的。这是建筑工程结构抗震技术区别于传统抗震技术的根本所在，结构抗震技术是将地震看作一种能量的释放过程，透过增加建筑物的阻尼的方式主动抗震，从而减轻地震对建筑物的破坏。而传统的抗震方法只是将地震看作是一种力的作用，透过增强建筑物的刚度和强度的方式实行被动防震，效果并不理想。

因此，提高建筑抗震等级，有两个方向。其一是通过增大梁柱截面的尺寸，增加梁柱配筋和提高建筑材料强度等方法来实现。但这种方法会导致结构刚度越大，向上部的地震作用越强的结果。另外一个方向即是工程界最常用的叠层橡胶隔震支座和耗能元件，形成刚度很低的柔性底层，称为隔震层，以延长整个结构体系的自振周期、增大阻力，减少输入上部结构的地震能量，达到预期防震要求，它的几大特点使这个方向则具有很大的前景。第一：安全。凭借耗能装置来消耗地震能量，进而保护建筑物：第二：经济，成本不是很高；第三：合理；第四：维护费用低，适用范围广。当前，比较常用的耗能减震装置有复合型耗能器、摩擦耗能减震装置、粘滞阻尼器、金属阻尼器以及粘弹性阻尼器等。隔震和消能减震技术目前在日本、美国已有了一定数量的应用，并在震害中有较好的表现。我国从1990年代开始，也以试点的方式在一些工程中应用了这些技术并获得了一些好的经验。新的抗震设计规范已给出了隔震和消能减震技术工程应用的指导性意见，标志着这些新技术已进入实用性阶段。

隔震和消能减震技术虽然能够大幅度提高建筑结构的抗震性能，但目前建造成本较高，且该技术从设计到构造，施工较复杂，正确合理地掌握和实施尚存在一些问题，因此新技术距离大规模推广和应用还需要一定时间的准备。

同时，合理的建筑设计，也可提高建筑結构的安全可靠性其实从建筑设计的角度出发，在正确的抗震理论指导下，依据合理的设计原则，同样可以提高甚至保证建筑结构的安全可靠性。这些原则包括：结构构件应具备足够大的承载能力；结构应具有足够大的刚度以减小地震作用下的扭转和位移；结构应具有足够大的延性和耗能能力，这一点对结构在强震作用下的安全性尤为重要。延性是指构件和结构屈服后，具有承载力不降低或基本不降低且有足够塑性变形能力的一种性能。延性大，说明塑性变形能力大，强度或承载力的降低缓慢，从而有足够大的能力吸收和耗散地震能量，避免结构倒塌。

综合运用抗震原则，以承载力、刚度和延性为主导目标，多道防线刚柔结合，同时保证结构体型简单，结构受力和传力途径直接，整体结构与结构构件共同作用，如此一来就可以从设计上确保建筑结构在地震作用下的安全性。工程抗震是一门在实践中不断发展的学科，每一次地震都会为我们提供新的信息，推动建筑抗震设计向更好的方向发展，从而提高建筑的安全性。我国的建筑结构抗震的设计与研究50多年来取得了巨大的进步，随着我国经济实力的提升，建筑结构设计中的安全储备大幅提高。近年来，新技术、新型建材以及新的设计思想得到越来越多的应用，建造出大批高质量的建筑。这些在新的抗震规范指导下设计的建筑，基本能够保证在地震下的设计目标。

以著名美籍华裔设计师林同炎设计的尼加拉瓜首都马那瓜美洲银行大楼为例，该楼18层61米高，采取了多道防线刚柔结合的设计思想，通过在总体系中预设薄弱环节作为强烈地震作用下可被破坏但不影响整体安全的耗能构件，以保证结构的抗震性能。1972年马那瓜强烈地震时，该楼仅出现少量裂缝，经过简单维修加固后至今仍可使用，而周围大量建筑物倒塌，5000多人死亡。美洲银行大楼在马那瓜地震中的表现充分证实了概念设计思想的创造性和前瞻性，这说明以承载力、刚度和延性为主导目标，在罕遇的强烈地震作用下，通过充分发挥结构和构件的延性与耗能能力，仍可使结构具有足够的承载能力。

地震是一场灾难，为了最大限度地保护人民以及整个社会的利益，建筑行业有责任更加努力地工作，战胜灾难，建设美好的家园。