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1.背景 四川5.12汶川8.0级大地震造成了大量的人员伤亡和工程结构破坏，引起了巨大的经济损失。强烈的地表运动和变形是引起破坏的根本原因，而地震引起的山体滑坡和工程结构倒塌破坏则是导致人员伤亡和经济损失的直接元原因，也是整个灾区恢复重建必须要首先面对的两个核心问题，即：如何在未来地震中避免滑坡灾害?如何在未来地震中保证工程结构的安全以有效避免人员伤亡和巨大的经济损失?简单讲，第一个问题可以通过地震地质灾害评估，选择合适的工程建设场地或采取有效的滑坡治理措施获得解决;第二个问题的解决则可以通过对新建及恢复重建工程采取必要的抗震或减震措施、如比较成熟的建筑减隔震技术等，达到大震不倒、大震不破坏甚或大震条件下基本完好以确保生命财产安全的目标。 实际上，早在1960年代中后期，新西兰、日本、美国等国家就已经对建筑隔震技术开展了系统的理论和试验研究，并取得了较好的成果。1970年代初，新西兰率先开发出铅芯叠层橡胶支座，1974年世界首栋隔震建筑在新西兰建成，美国、日本首栋隔震建筑分别在1984年和1985年建成。1990年代，全世界共有30多个国家和地区围绕这一问题展开了更加广泛深入的研究和应用，1994年洛杉矶地震和1995年日本阪神地震后迅速发展，隔震技术相继写入各国抗震规范，美国、日本开始大量采用隔震建筑。我国于1960年代开始建筑基础隔震理论及应用技术的探索研究，80年代后期获得重视，90年代以后取得长足进步并在许多重要工程中获得应用。2001年隔震减震技术写入我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，标志着隔震技术的成熟。 从技术角度讲，建筑基础隔震技术是在建筑上部结构与基础(或下部结构)之间设置可以人为改变结构体系振动特性的隔震系统，使建筑物上部结构与地基“隔开”，“隔断”地震能量向上部结构的有效传递路径，实际上是通过隔震层的水平向大变形运动以消耗掉大部分地震能量，减轻上部结构所受到的惯性地震作用，有效降低地震引起的结构加速度反应、减小层间剪力及相应的剪切变形。实际结构地震反应记录和试验研究表明建筑物采取有效的隔震措施后，上部结构反应一般仅相当于相同不隔震结构的1/4—1/12。可以有效地保护上部结构免遭破坏，同时室内装修及设备也可得到有效保护，即使在强震作用下也可保持建筑功能完好。 从经济角度讲，抗震设防基本烈度越高，采用隔震措施所获得的直接经济效益越明显，以采用叠层橡胶垫隔震技术为例，以达到相同的抗震能力为衡量标准，当抗震设防基本烈度为9度时，与相同规模的非隔震建筑相比，隔震后建筑物的平均土建造价最高可节省约15～20%;8度时，最高可节省土建造价约10%;7度时，基本不节省造价或造价略有增加约1～5%左右;6度时，土建造价增加约10%。虽然上述比较是以达到相同的抗震能力为衡量标准，但实际上6、7度设防时，采用基础隔震措施后，房屋的实际抗震能力已远大于相同不隔震建筑的抗震能力，其所带来的安全储备大幅度提高(可提高2～10倍)。在类似于汶川大地震这样千年难遇的意外事件发生时，不但会保护生命财产的安全，更重要的是地震将不再是灾难，不再会对社会造成恐慌，无需停产停业停学，我们的孩子将不再成为灾难的焦点，我们无需再次动员全国的力量投入大量的人力物力搞恢复重建，人们可以高枕无忧、安居乐业。这样的效益和回报，显然远高于建设初期增加的一点点土建造价。 本文将重点围绕第二个问题，通过分析砌体结构、底框架砌体结构以及钢筋混凝土框架结构等三类建筑结构在此次地震中的破坏特点，针对性地提出几点震后恢复重建中如何合理应用较为成熟且简单易用的叠层橡胶基础隔震技术的具体建议。 2. 砌体结构恢复重建之隔震技术应用 砌体结构尤其是砖混结构是此次汶川8.0级大地震灾区的主要房屋结构类型之一，在地震中遭到了普遍破坏，约占受损建筑总面积的40%，也是灾区恢复重建的首选建筑结构类型之一。受损砌体结构主要分为三种类型，第一类是居民自建房，大多采用砖或其他类型砌块墙承重、装配式预制钢筋混凝土楼板，圈梁、构造柱设置不规范或干脆不设，承重墙厚度多以墙顶所支撑楼板的状况确定，一般支撑两跨楼板者采用24墙，支撑一跨楼板者采用18墙，非承重墙采用12墙，墙体普遍偏薄，楼板端部无足够支撑长度，板与板之间无可靠连接。第二类属经抗震设计、施工的砖混结构房屋，采用装配式预制钢筋混凝土楼板，由于楼板之间多缺乏可靠连接，房屋整体性较差;第三类亦属经抗震设计、施工的砖混结构房屋，采用整体现浇钢筋混凝土楼板，房屋整体性较好。 在剧烈地震作用下，上述三类房屋均由于楼层荷载较大、墙体相对较薄，缺乏足够的抗剪能力或抗弯能力而导致横墙及窗间墙剪切破坏(具体表现为单向或交叉斜裂缝)、或窗间墙弯曲破坏(水平裂缝);或由于房屋窗肚墙较弱、在水平地震作用下房屋纵向整体偏“柔”，沿房屋纵向窗肚墙发生“连梁式”剪切破坏;或由于楼板板端搭接长度不够，在房屋层间侧向变形较大时，楼板端部失去支撑，发生“落梁式”塌落破坏，进而塌落的楼板砸坏下层楼板或砸坏其一侧支撑墙体，导致连锁式楼板塌落或墙体破坏失稳，致使结构整体或局部垮塌;或由于局部墙体薄弱、破坏较重失去承载能力，而导致房屋局部倒塌;或多数承重墙体破坏严重、层间侧向变形过大而导致结构整体失稳、垮塌。 如果在恢复重建时对砌体结构采取合适的叠层橡胶垫隔震措施，则可完全避免上述各类破坏。因为对于非隔震砌体结构而言，其结构基本自振周期一般介于0.1秒～0.5秒之间，场地卓越周期一般介于0.3秒～0.5秒之间，地震动特征周期也一般0.2秒～0.8秒左右，三者非常接近。地震发生时，房屋结构很容易发生类共振效应，导致严重甚至倒塌破坏。而采用合适的叠层橡胶垫隔震措施后，则可人为控制结构体系的振动周期，延长隔震后结构体系的自振周期使之达到1.0秒以上，远离上述三个共振区域，避免类共振效应发生，达到避免破坏保护结构安全的目的。具体建议如下： (1)首选砌体结构底层与基础之间设置隔震层，即在毛石基础或条形基础顶部加设圈梁，在圈梁顶部设隔震层，隔震层由合适数量的铅芯和无铅芯普通叠层橡胶隔震支座混合构成; (2)在结构首层底部加设托梁，在纵横墙交接处底部设置合适尺寸(一般为Φ400～Φ600)的叠层橡胶隔震垫; (3)隔震装置必须具有足够的初始刚度，风载及微震时，隔震层基本无变形。当强震发生时，叠层橡胶隔震装置柔性消震，体系进入消能状态;(4)隔震层增加大震侧向限位装置，保证意外大震发生时，结构不会发生因隔震层侧向变形过大而结构整体失稳。 |
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