國際抗 震防震建筑發(fā)展趨勢

王志成

近年來，世界各地的地震災(zāi)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(fù)雜，截至目前，我們?nèi)匀粺o法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震的發(fā)生，這也給我們防御地震災(zāi)害帶來了難度，盡管如此，隨著科技的發(fā)展、社會的進(jìn)步，我們抵御地震災(zāi)害的能力也得到了不斷提高，各個(gè)國家對于抗震防震建筑的重視與發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢。

各國抗震建筑發(fā)展新趨勢

地震是至今人類不能防御的天災(zāi)，但隨著科技的發(fā)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(guān)于建筑物抗震防震能力的國家法律與政府法規(guī)。鑒于各國的具體情況不同，經(jīng)濟(jì)實(shí)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(qū)發(fā)生了里氏6.7級地震，許多房屋嚴(yán)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(fā)生了7.1級大地震，房屋未倒塌。美國地震專家指出，強(qiáng)制規(guī)定所有建筑必須滿足防震抗震要求，注意對危房進(jìn)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(gè)斷層。地震學(xué)家預(yù)測，洛杉磯在一兩代人內(nèi)發(fā)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(qiáng)制規(guī)定，所有房屋的建筑設(shè)計(jì)必須滿足抗震要求，而郊外民房則多是獨(dú)立式單層或兩層木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑，這樣在發(fā)生重大地震災(zāi)害時(shí)可減少房屋垮塌的危害，降低人員死亡率。

其實(shí)，美國有許多現(xiàn)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(shè)計(jì)足以承受致命震撼的建筑物“泛美抗震金字塔”。這個(gè)泛美金字塔的抗震強(qiáng)度是《舊金山灣區(qū)建筑法》規(guī)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(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的抗震性，且多為木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。加州的建筑條例強(qiáng)制規(guī)定，所有房屋建筑設(shè)計(jì)必須達(dá)到抗震要求，而郊外民房則多是獨(dú)立式單層或兩層木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑，這樣，在發(fā)生重大地震時(shí)可減少房屋垮塌的危害，降低人員死亡率。據(jù)報(bào)道，鋼結(jié)構(gòu)在美國發(fā)展最快，1965年鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，目前有15%的美國人住在這種鋼結(jié)構(gòu)房子里。

還讓人感興趣的是，加州對學(xué)校及醫(yī)院建設(shè)規(guī)定極其嚴(yán)格。據(jù)報(bào)道，在1933年加州發(fā)生的6.3級大地震中，有70多所學(xué)校徹底倒塌，嚴(yán)重受損的有120多座。這引起了當(dāng)?shù)卣臉O大關(guān)注。30天之后，加州政府出臺了《菲爾德法案》，對公立學(xué)校的防震規(guī)格作出特別要求，此外，公立學(xué)校的建筑監(jiān)督權(quán)也從地方政府上交到州政府。這一法規(guī)實(shí)施后，加州沒有一所公立學(xué)校在地震中坍塌，也沒有發(fā)生任何學(xué)生傷亡案例。后來，加州政府又對醫(yī)院的建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了特別規(guī)范?，F(xiàn)在，學(xué)校和醫(yī)院的建筑規(guī)范是加州所有建筑中要求最苛刻的。

日本實(shí)施建筑物抗震最高水準(zhǔn)

日本處于地震帶上，是地震發(fā)生頻率最高的國家之一。在長期的抗震救災(zāi)實(shí)踐中，日本積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)，在立法、機(jī)制建設(shè)和培訓(xùn)國民等方面，都有許多經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒。

在1923年關(guān)東大地震之后，日本就制定法律，要求建造房屋時(shí)必須計(jì)算防震程度，1995年日本發(fā)生阪神大地震后，當(dāng)年就頒布了建筑防震標(biāo)準(zhǔn)《建筑基準(zhǔn)法》等相關(guān)法令，2006年1月又進(jìn)行了修改以使該法規(guī)得到進(jìn)一步的完善，把各類建筑的抗震基準(zhǔn)提高到最高水準(zhǔn)，除木結(jié)構(gòu)住宅外，高層建筑必須能夠抵御里氏7級以上的強(qiáng)烈地震，尤其是商務(wù)樓要求能夠8級地震不倒，使用期限能夠超過100年。該《基準(zhǔn)法》還規(guī)定，一個(gè)建筑工程為獲得開工許可，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。抗震報(bào)告書的主要內(nèi)容包括，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。普通的一座八九層公寓樓，其抗震報(bào)告書都有兩三百頁。建筑抗震報(bào)告書必須經(jīng)過相關(guān)部門的檢查，確認(rèn)無誤后才能開工。

日本的建筑物地震保險(xiǎn)是在國家的干涉下推行的。日本從1956年開始實(shí)施建筑物地震保險(xiǎn)，1966年政府設(shè)立《日本地震再保險(xiǎn)（Japan Earthquake Reinsurance——JER ）條例》，此后此條例幾經(jīng)修訂。日本的建筑物地震保費(fèi)是將全國分為4個(gè)危險(xiǎn)區(qū)，將民居分為木結(jié)構(gòu)和非木結(jié)構(gòu)來作為確定保費(fèi)的基本依據(jù)。此外也可以根據(jù)建筑的年代或者經(jīng)鑒定確定的建筑抗震等級實(shí)施優(yōu)惠。2001年以后建造的木結(jié)構(gòu)民居可有10%的優(yōu)惠，而抗震等級為3級的可享受30%的優(yōu)惠。

新西蘭嚴(yán)格實(shí)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(qiáng)烈俯沖，地震活動十分強(qiáng)烈。1855年首都惠靈頓附近發(fā)生的8級大地震摧毀了惠靈頓地區(qū)，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(qū)則依法制定了各自更實(shí)際而詳細(xì)的建筑物抗震防震規(guī)劃。新西蘭建筑研究協(xié)會是專門研究抗震建筑的公司。他們的研究實(shí)用性極強(qiáng)，所設(shè)計(jì)的木框架大玻璃輕型建筑符合新西蘭國情。房屋造價(jià)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(shè)計(jì)的房屋有很好的抗震性能。

新西蘭在《建筑法》和《建筑規(guī)范》中對投資者、設(shè)計(jì)師以及設(shè)計(jì)圖都有具體規(guī)定，建筑師和設(shè)計(jì)師都可以監(jiān)督施工。對于建筑工程的審查，《建筑法》規(guī)定，投資者委托設(shè)計(jì)師進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，要送交有關(guān)專業(yè)部門審核，為確保安全，建筑物出現(xiàn)問題要追查建筑商、設(shè)計(jì)師、政府審查人員的責(zé)任。

墨西哥細(xì)化建筑抗震能力

1985年9月，墨西哥曾發(fā)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(guān)建筑規(guī)范法，將墨西哥城易受地震影響區(qū)域房屋的抗震能力從地震前的里氏7.5級調(diào)整至里氏8.5級。政府根據(jù)各區(qū)域地質(zhì)的不同，對房屋防震抗震的修建和維修作了精細(xì)化的不同規(guī)定，首先，對于地質(zhì)較松軟地區(qū)，需要嚴(yán)格審查建筑許可，甚至直接規(guī)定使用何種建筑材料。

其次，政府要求建在土質(zhì)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(fā)生時(shí)房屋互相碰撞而倒塌。還有，政府要求有關(guān)部門根據(jù)地質(zhì)條件，把全城劃為4類大區(qū)，按危險(xiǎn)程度大小，在地圖上分別以紅、黃、綠、藍(lán)4種顏色標(biāo)出。

再者，政府責(zé)令有關(guān)部門把全城劃分成500多個(gè)小區(qū)，然后，通過抽樣調(diào)查，把每個(gè)小區(qū)的建筑物按12個(gè)等級劃分，并對有危險(xiǎn)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(zhì)影響，土耳其也是地震多發(fā)國家之一。自20世紀(jì)以來，土耳其發(fā)生的嚴(yán)重破壞性地震達(dá)40次，這給土耳其造成了嚴(yán)重的人員傷亡，有據(jù)可查的地震災(zāi)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(rèn)真的分析，經(jīng)核查：一是建筑場地選擇不合理，二是新建筑物存在嚴(yán)重抗震防震的安全隱患。其實(shí)，土耳其并不缺少有關(guān)抗震方面的法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只是監(jiān)管力度不夠，特別是對勘察、設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量，缺乏有效的監(jiān)督管理手段，法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)形同虛設(shè)，致使豆腐渣工程越來越多，越來越嚴(yán)重。

總結(jié)慘痛的教訓(xùn)后，土耳其政府立即亡羊補(bǔ)牢，開始聘請專家勘察斷層帶的所在之處，區(qū)別各地可能承受地震強(qiáng)度的等級，并擬訂抗震防震建筑的新法，規(guī)定不同區(qū)域的建筑物抗震標(biāo)準(zhǔn)。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(zé)任人。并由政府對建筑市場確立更有效的監(jiān)督機(jī)制，加大對建造劣質(zhì)房承包商的懲處力度，堅(jiān)決根治建筑市場中存在的諸多問題，如建筑材料質(zhì)量問題，設(shè)計(jì)不規(guī)范、不科學(xué)，施工隊(duì)伍不專業(yè)，只求速度不管質(zhì)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(fā)生8.8級強(qiáng)地震。但即便是震中的許多高層建筑依然完好無損，這要?dú)w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(shè)計(jì)理念不是建造堅(jiān)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(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)。按照智利法規(guī)，所有建筑開建前，必須由專業(yè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(fā)的建房許可證。建筑過程中，不斷會有工程師進(jìn)行檢測。如房屋動工前，施工人員會在地基和周邊區(qū)域挖幾個(gè)坑，結(jié)構(gòu)工程師和力學(xué)計(jì)算師需要來現(xiàn)場查看土質(zhì)，決定新房地基應(yīng)該挖多深。每一次澆筑混凝土前，監(jiān)督人員會拿走幾箱樣品，檢測其強(qiáng)度。不建太高的房子，也是智利的抗震經(jīng)驗(yàn)。如在圣地亞哥，除了市中心有一些高層建筑外，老城區(qū)和中小城市，多是一二層樓的建筑。

國外建筑抗震防震開發(fā)新技術(shù)

建什么樣的房和如何建房是提高建筑物抗震防震能力、預(yù)防地震災(zāi)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(gè)建筑，縱橫交錯的鋼梁把建筑物同地基緊緊地固定起來，發(fā)生地震時(shí)，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(fā)區(qū)的日本設(shè)計(jì)了一種“彈性建筑”——東京電通大廈，有優(yōu)異的抗震性能。現(xiàn)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(jīng)東京發(fā)生的里氏6.6級地震考驗(yàn)，證明在減輕地震災(zāi)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(jié)構(gòu)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(zhì)橡膠和鋼板，使建筑物本身結(jié)構(gòu)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(fā)明了一種新的防震大樓營造法。其特點(diǎn)是，由彈簧把連著地基的基礎(chǔ)部分和建筑物主體分開，讓建筑物主體處于一種漂浮狀態(tài)，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(qiáng)烈的沖擊。實(shí)驗(yàn)證明，烈度里氏6～7級的地震搖晃，傳到這種建筑物時(shí)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(xué)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(jù)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(jìn)行自動填補(bǔ)。

橫向負(fù)量大廳：日本關(guān)西國際機(jī)場的出境大廳屋頂是由一連串格狀橫向負(fù)量鋼桁所組成，其線條呈現(xiàn)強(qiáng)烈的方向性。特別是外伸的桁架支柱頗為醒目，讓人聯(lián)想到日本建筑設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)：抗震。不過，在設(shè)計(jì)時(shí)也特別注意到避免因視覺上的明確性，犧牲了結(jié)構(gòu)的邏輯性，從屋頂?shù)较虏空w結(jié)構(gòu)一致，使需要控制的空氣量減到最低。因?yàn)榈卣饏^(qū)內(nèi)的大型建筑設(shè)計(jì)一般都會依地震風(fēng)險(xiǎn)程度，將部分重量轉(zhuǎn)移到橫向負(fù)量。日本屬于地震高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，所以依照建筑法規(guī)定，關(guān)西機(jī)場結(jié)構(gòu)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(jī)場建筑就算蓋在墻上也能維持平穩(wěn)。

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(mào)易中心相同的鋼管，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?；炷翉?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，確保了抗震強(qiáng)度。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)建筑來減弱地震引起的搖動，但在強(qiáng)風(fēng)刮過來時(shí)，樓的結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定的搖動。采取了剛性結(jié)構(gòu)后，搖動大大降低。如遇阪神大地震級別的地震發(fā)生時(shí)，柔性結(jié)構(gòu)的建筑一般要搖動1米左右，而剛性結(jié)構(gòu)建筑只搖動30厘米。

橡膠大樓：日本東京的一座免震結(jié)構(gòu)大樓高達(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，在里氏6級地震發(fā)生時(shí)，就可將建筑物的受力減少至1/2。這座大樓的基礎(chǔ)還使用了類似橡膠的黏彈性體抗震裝置，該裝置可將強(qiáng)風(fēng)造成的搖動減輕40%，同時(shí)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(fā)了一種名為“局部浮力”的樓房抗震系統(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)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，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)，由于浮力作用延長了固有振蕩周期，即晃動一次所需時(shí)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(qū)的國立西洋美術(shù)館補(bǔ)修了“滑動體”抗震處理結(jié)構(gòu)，大大提高了這座古舊建筑的抗震能力，可以經(jīng)受里氏7～8級的地震。這座獨(dú)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(xué)家采用了有效的抗震方法，即在建筑物與基礎(chǔ)之間加上球型軸承或是滑動體，形成一個(gè)滾動式支撐結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)形式大多采用了輕型木結(jié)構(gòu)。這種類型的結(jié)構(gòu)分為兩大部分：基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)則采用一定規(guī)格的木基結(jié)構(gòu)板材以及其他工程木材料，其特征類似箱型結(jié)構(gòu)；上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間通過錨栓連接，樓屋蓋和剪力墻形成結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力體系。實(shí)踐證明，輕型木結(jié)構(gòu)因其自身質(zhì)量輕、強(qiáng)度高以及結(jié)構(gòu)的高次超靜定等特性，均表現(xiàn)出良好的抗震性能，能最大限度地避免生命財(cái)產(chǎn)遭受巨大損失。

繃帶柱建筑：日本發(fā)明了一種廉價(jià)的防震加固技術(shù)，以類似安全帶的樹脂材料“繃帶”包裹建筑物內(nèi)支柱。由構(gòu)造品質(zhì)保證研究所開發(fā)的這種防震加固技術(shù)被稱為“SRF工藝”?？拐稹翱噹А辈捎脴渲w維編織制造，形狀類似安全帶。施工時(shí)，將抗震帶涂上黏合劑，包裹后固定在建筑物支柱上。地震發(fā)生時(shí)，支柱即使出現(xiàn)內(nèi)部損傷也不會倒塌，這可以確保人員的生存空間。這項(xiàng)抗震工程施工也相當(dāng)簡單，研究所此前已經(jīng)完成了250個(gè)此類項(xiàng)目，包括新干線高架橋、醫(yī)院以及約40棟學(xué)校建筑物等。

智能修復(fù)房屋：希臘屬于地震多發(fā)國家，據(jù)介紹，“智能修復(fù)房屋”的最大特色就是能夠進(jìn)行“自我保護(hù)和修復(fù)”。這種房屋里安裝了多種傳感設(shè)備，即便是對最輕微的震動也會有所察覺，并可借助屋內(nèi)設(shè)備減少甚至抵消地震帶來的震動。“智能修復(fù)房屋”采用的材料具有自動修復(fù)功能，一旦墻體在地震中出現(xiàn)裂縫，液態(tài)修補(bǔ)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。