論房屋建筑隔震抗震的重要性與實(shí)用性

張海夫

[關(guān)鍵詞：建筑；抗震；實(shí)用性]

眾所周知，地震又稱地動(dòng)，是地殼快速釋放能量過程中造成的震動(dòng)，期間會(huì)產(chǎn)生地震波的一種自然現(xiàn)象。地震常常造成嚴(yán)重人員傷亡，能引起火災(zāi)、水災(zāi)、有毒氣體泄漏、細(xì)菌及放射性物質(zhì)擴(kuò)散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災(zāi)害。帶來難以承受的損失，嚴(yán)重危害人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全。目前，應(yīng)對(duì)地震的方式主要有兩種，即地震的預(yù)測(cè)與提高房屋的抗震，然而當(dāng)前的科技水平尚無法預(yù)測(cè)地震的到來，未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，地震也是無法預(yù)測(cè)的。所謂成功預(yù)測(cè)地震的例子，基本都是巧合。對(duì)于地震，我們更應(yīng)該做的是提高建筑抗震等級(jí)、做好防御，而不是預(yù)測(cè)地震。

在地震發(fā)生的時(shí)候，地殼內(nèi)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(nèi)，它用輸入能量的方式破壞建筑物，建筑物會(huì)產(chǎn)生激烈的振動(dòng)，甚至遭到嚴(yán)重破壞而倒塌。地震時(shí)建筑物的振動(dòng)劇烈程度與其本身的阻尼相關(guān)，建筑物的阻尼越小。其對(duì)地震能量的吸收和消耗就越小，那么振動(dòng)就越劇烈，反之振動(dòng)就越輕。傳統(tǒng)建筑把上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)牢固地連接在一起，地震時(shí)，能量就通過基礎(chǔ)傳輸?shù)缴喜拷Y(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)以致變形，當(dāng)結(jié)構(gòu)受力超過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，便發(fā)生破壞或倒塌。建筑工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的最基本的思想就是要想方設(shè)法增加建筑物的阻尼，以增大對(duì)地震所釋放能量的吸收和消耗量，從而達(dá)到減輕振動(dòng)、減少損害的日的。這是建筑工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)抗震技術(shù)的根本所在，結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)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(dòng)抗震，從而減輕地震對(duì)建筑物的破壞。而傳統(tǒng)的抗震方法只是將地震看作是一種力的作用，透過增強(qiáng)建筑物的剛度和強(qiáng)度的方式實(shí)行被動(dòng)防震，效果并不理想。

因此，提高建筑抗震等級(jí)，有兩個(gè)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(qiáng)度等方法來實(shí)現(xiàn)。但這種方法會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度越大，向上部的地震作用越強(qiáng)的結(jié)果。另外一個(gè)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(zhǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期、增大阻力，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量，達(dá)到預(yù)期防震要求，它的幾大特點(diǎn)使這個(gè)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(jìn)而保護(hù)建筑物：第二：經(jīng)濟(jì)，成本不是很高；第三：合理；第四：維護(hù)費(fèi)用低，適用范圍廣。當(dāng)前，比較常用的耗能減震裝置有復(fù)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(shù)目前在日本、美國(guó)已有了一定數(shù)量的應(yīng)用，并在震害中有較好的表現(xiàn)。我國(guó)從1990年代開始，也以試點(diǎn)的方式在一些工程中應(yīng)用了這些技術(shù)并獲得了一些好的經(jīng)驗(yàn)。新的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已給出了隔震和消能減震技術(shù)工程應(yīng)用的指導(dǎo)性意見，標(biāo)志著這些新技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用性階段。

隔震和消能減震技術(shù)雖然能夠大幅度提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，但目前建造成本較高，且該技術(shù)從設(shè)計(jì)到構(gòu)造，施工較復(fù)雜，正確合理地掌握和實(shí)施尚存在一些問題，因此新技術(shù)距離大規(guī)模推廣和應(yīng)用還需要一定時(shí)間的準(zhǔn)備。

同時(shí)，合理的建筑設(shè)計(jì)，也可提高建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性其實(shí)從建筑設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，在正確的抗震理論指導(dǎo)下，依據(jù)合理的設(shè)計(jì)原則，同樣可以提高甚至保證建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。這些原則包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具備足夠大的承載能力；結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)和位移；結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的延性和耗能能力，這一點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的安全性尤為重要。延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jié)構(gòu)倒塌。

綜合運(yùn)用抗震原則，以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，多道防線剛?cè)峤Y(jié)合，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)體型簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力和傳力途徑直接，整體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同作用，如此一來就可以從設(shè)計(jì)上確保建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。工程抗震是一門在實(shí)踐中不斷發(fā)展的學(xué)科，每一次地震都會(huì)為我們提供新的信息，推動(dòng)建筑抗震設(shè)計(jì)向更好的方向發(fā)展，從而提高建筑的安全性。我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)與研究50多年來取得了巨大的進(jìn)步，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全儲(chǔ)備大幅提高。近年來，新技術(shù)、新型建材以及新的設(shè)計(jì)思想得到越來越多的應(yīng)用，建造出大批高質(zhì)量的建筑。這些在新的抗震規(guī)范指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的建筑，基本能夠保證在地震下的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

以著名美籍華裔設(shè)計(jì)師林同炎設(shè)計(jì)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?cè)峤Y(jié)合的設(shè)計(jì)思想，通過在總體系中預(yù)設(shè)薄弱環(huán)節(jié)作為強(qiáng)烈地震作用下可被破壞但不影響整體安全的耗能構(gòu)件，以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。1972年馬那瓜強(qiáng)烈地震時(shí)，該樓僅出現(xiàn)少量裂縫，經(jīng)過簡(jiǎn)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(xiàn)充分證實(shí)了概念設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)造性和前瞻性，這說明以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，在罕遇的強(qiáng)烈地震作用下，通過充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性與耗能能力，仍可使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力。

地震是一場(chǎng)災(zāi)難，為了最大限度地保護(hù)人民以及整個(gè)社會(huì)的利益，建筑行業(yè)有責(zé)任更加努力地工作，戰(zhàn)勝災(zāi)難，建設(shè)美好的家園。