让隔震技术走进每个建筑

郭金慧

【摘要】随着社会文明的不断发展，人们对建筑的要求也在不断提高，隔震技术能让建筑在满足功能需求的条件下，保护人们的生命财产不受地震的威胁，但大多数地区由于经济性等因素的限制不能推广这项技术。我们在隔震设计的道路上还有很长的路要走。

【关键词】地震的引发；隔震技术；限制；发展方向

近年全国发生几次不同震级的地震，给人民的生命财产带来了巨大的损失，这让每个人都不禁担忧，如果地震发生在自己的家园，为我们遮风挡雨的建筑能经受住地震的考验吗？现在的房屋都进行了抗震设计，为何地震来了却往往无法保护我们呢？

首先，我们要从地震的引发说起。虽然我们对地震的成因已有了科学的认知，但要想在地震之前预测它，可以说是漫漫长路的开始。原因是如果把地球看作是一个在太空中的大苹果，地球最外层的地壳就相当于苹果的皮，其厚度约30多公里，这层皮并不是一个整体，它由六个板块构成；2800多公里的地幔就如同果肉包裹着3400公里的地核；地核是一切的源头，无时无刻不在释放其强大的能量，这些能量影响着地球板块，使它们以不同的速度，朝不同的方向移动、挤压，从而导致了火山、地震等自然现象。每年全球发生大大小小的地震就约有500万次，但由于目前人类钻探的极限深度有限，想在这个基础上去准确预测地震时间、地点和强度，这还是世界性难题。

中国位于亚欧大陆板块上，东接太平洋板块，西临印度洋板块，属于地震多发区。中国地震台网中心预报部主任蒋海昆说：人类进入21世纪以来，特别是从印尼2004年遭受海啸袭击开始，全球发生8级以上地震的次数与上世纪相比明显增加了。从强震活动的周期特征可以看出，在数十年内发生强震的可能性大大增加了。

既然地震是无法预测的，我们在建造房屋时是否可以采取适当的构造措施，达到一劳永逸呢？现在绝大多数的建筑都采用混凝土、钢材和木材等作为主要建造材料，为了达到使用要求并抵御外界环境的破坏，设计师需要通过计算使其达到足够强度和唯韧性。

虽然这样可以消散一定的地震能量，但当地震强度大到一定程度，依然无法完全保证结构构件不造成破坏，更不要说强度超过预计时会发生什么结果；另外，如果只用结构本身去对抗地震力，不仅会造成工程造价大幅度提高10%～40%，还会因结构构件尺寸太大而束缚了建筑的发展。建筑之所以被地震破坏，是因为建筑都是坐落在大地上的，如果能把建筑与大地用有一种有效的方法隔离开，那么建筑就有可能得到最大的保护。

古语有“以柔克刚”，这是现代隔震技术理念完美地表达。就如同在海面行驶的船只感受不到海底发生的地震一样。在我国发生的唐山大地震，倒塌的房屋不计其数，但有两幢四层的房屋因为墙下有一层沥青防潮层而没有倒塌，只是沿地面滑动了40厘米左右，这是一个奇迹，也给人们留下了启示。地震发生时产生的能量会以地震波的形式传播，而地震波又有两种，竖向的纵波和水平向的剪切波，对建筑损坏最大的是水平向的剪切波，它会使建筑底层破坏，从而导致了整幢房屋的倒塌。人们针对这一破坏，想到了现在的隔震方法，把隔震器或隔震垫安装在受力最大的地方，使建筑物振動周期拉长、阻尼比增大，通俗的说，就是隔震器使建筑物在地震作用下的摆动变为沿地面的水平位移，用以柔克刚的方式把地震剪切力消减掉。

隔震房屋与抗震房屋在设计理念上是完全不同的。从结构体系看，抗震房屋的上部结构与基础是刚性连接，它以强化结构刚度和延性来提高自身的抗震能力，从而达到抵御地震目的；而隔震房屋的上部结构与基础则是柔性连接，用隔震器等过滤地震波，使得地震能量减少向房屋输入。

隔震体系的减震作用已经有理论分析和强震记录所支持。实践数据比较，隔震房屋在地震时所受的地震力仅为抗震房屋的1/4～1/8，而且在罕遇地震中效果更好。在国内外的模拟地震实验中我们可以看到，隔震后的建筑房屋由剧烈晃动变为缓慢的平移，不仅房屋受损减少了，也减少了因房内家具等设施倒塌引起的人员伤亡。如日本阪神地震中，因家具设备造成的伤亡占总伤亡人数的10%。

从理论上来说，我们终于找到化解地震对建筑物破坏的方法，但广泛运用隔震技术我们还要考虑它的安全性和经济性。隔震体系中重要的角色是隔震器，它主要是由钢和橡胶垫层层叠加组成。橡胶是一种容易被氧化的材料，把它运用在重量如此大的建筑上是否安全呢？经过实验和实践的探索，隔震器除了由承受竖向力的钢板和具有水平柔性的橡胶组成外，外边还有一次人造橡胶包裹，已达到隔绝有害气体的目的，隔震体系按要求必须设置在专门的隔震层内，这里没有紫外线和有害气体，从而保证了隔震器的正常使用寿命达到并超过建筑物的使用年限。从经济性上看，经过多年的比较，大多数房屋加装隔震垫后造价比不假装的房屋还低一些，这是由于我国现行规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（以下简称《规范》）规定，隔震房屋在上部梁柱设计时可适当减小截面，虽然增加了隔震体系的开支，但却节约了钢材和混凝土的用量。由此可见，隔震设计和技术不仅可提高建筑的耐震等級，大幅降低地震對结构和室内设施的破坏，如梁柱墙的开裂倒塌、门窗变形、家具倒塌等，还能减少材料用量，降低结构造价10%～35%，室内空间也随结构构件尺寸的减小而增大，最大的优点是不论地震多大，我们都不会受到伤害。

虽然很多例子都能让我们看到不再惧怕地震的希望，但由于目前受隔震材形式及成本等诸多因素的影响，并不是所有建筑都适合加装隔震体系的。《规范》提出了在采用隔震技术时的各项要求，如结构的高宽比、场地类别、风荷载与非地震水平荷载的比重、隔震层的要求等。在《规范》中对隔震设计规定只有短短10页篇幅，从此看出，这项技术在我国大部分地区并没有得到推广，隔震设计在抗震设防烈度较低地区的应用没有突破。

经过隔震技术的不断的发展完善，国家在对此项技术的推广做出不断地调整，如不再对隔震设计的结构类型做出限制，只是强调其在提高房屋抗震性能上的优势，是否运用要看建筑具体的使用功能要求，并且取消了对建筑隔震周期小于1.0s的要求等等。

从我国推广隔震房屋的现状来看，我们今后的方向应该是着重研究针对不同地区的隔震设计要求并制定单独的隔震规范，这是推广隔震设计和技术的首要任务；我国全国抗震设防烈度共四个等级，根据不同等级采取不同措施是推广隔震设计和技术的必要条件；隔震技术的多样化，可以让隔震技术应用更合理，比如现在有针对农村地区房屋设计制作的隔震垫，它是在橡胶垫中加入特殊经纬纺织品作为夹层，价格便宜，是经济不发达地区用得起的隔震技术。我们也盼望今后像这类的技术能得到广泛地推广，人们可以在真正安全的房屋中，安心地生活和工作。

参考文献

[1] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）. 北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）统一培训教材》.北京：地震出版社 2010

[3] 黄鸿铭建筑事务所，传统建筑结构概念.台湾：网络