为配合北京市“十三五”时期的防震减灾规划，在具备条件的新建学校、医院、幼儿园、体育场馆等人员密集场所，推行减隔震技术应用，《城市与减灾》精心策划了减隔震技术及应用专刊，特别邀请周福霖院士、程邵革研究员、束伟农教授级高工等我国著名专家学者对新型抗震技术及工程应用进行了详细介绍，旨在推动我国新型抗震技术的应用，最大限度地减轻地震灾害造成的损失。为更好地普及防震减灾技术成果应用情况，我们将陆续把这些大作摘选刊登，请各位持续关注。





个人简介


       中国工程院院士，广州大学工程抗震研究中心主任、教授。曾任联合国工业发展组织(UNIDO)隔震技术顾问，现任国际隔震减震控制学会(ASSISI)主席、中国建筑学会抗震防灾分会结构减震控制委员会主任委员、中国土木学会减震防灾技术推广委员会主任委员。湖南大学土木工程工民建本科毕业，加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）结构与抗震研究生毕业。长期从事土木结构工程、结构抗震、隔震和减震控制的研究。曾主持国家973项目、国家12.5项目、国家自然科学基金重点项目、联合国科技开发项目、中外隔震减震国际合作项目。曾获国家科技进步奖、建设部、教育部科技进步奖等十多项。曾出版中英文著作4部，文章150多篇。


隔震、消能减震与结构控制体系

终止我国城乡地震灾难的必然技术选择


（一）

中国不断重复的地震灾难
       我国地处世界两大地震带——环太平洋地震带和地中海－喜马拉雅地震带的交汇区域，是世界上地震活动最频繁的国家之一。自从我国有地震记录以来，死亡人数在20万以上的灾难性大地震有：1303年山西洪洞大地震、1556年陕西华县大地震、1920年宁夏海原大地震、1976年唐山大地震等。20世纪，全世界由于地震死亡的人数中，中国人约占60%。近几十年来，我国高震级地震频发，如邢台地震、海城地震、唐山地震、汶川地震、玉树地震、芦山地震、鲁甸地震等，均造成了大量人员伤亡和巨大经济损失。
    我国陆地面积约占全世界的1/14，而大陆破坏性地震却占了全世界的1/3。我国是世界上地震风险最高的国家,平均每5年发生1次7.5级以上地震,每10年发生1次8级以上地震。历史上，我国各省、直辖市和自治区均发生过5级以上的破坏性地震。我国地震主要有以下几方面的特点：（1）多为浅源地震，震级高、破坏性大；（2）震级和烈度远高于原预期值，造成大灾难；（3）我国城乡人口集中，房屋密集，地震时伤亡惨重；（4）地震时人员伤亡有90%是由于房屋破坏倒塌以及伴随的次生灾害造成的，而我国城乡大量房屋设防标准偏低，房屋抗震能力普遍不足，小震大灾、中震巨灾的现象在我国频频发生，给人民生命财产带来巨大损失，也给国家社会稳定造成巨大影响。一次6?7级地震，在发达国家仅造成几人至几十人死亡，而在我国可能造成数千人乃至数万、数十万人伤亡，导致地震大灾难。这迫使我们要从一次次地震灾难中吸取教训，对原有的抗震设防要求和抗震技术体系，进行反思和创新。我国正处于建设小康社会、步入以人为本的时期，我们这一代人有责任，在中国这片国土上，终止地震造成的一次次重复的大灾难!

传统抗震技术体系及其存在的问题
      在18世纪工业革命时期，以英国为中心，发展了现代科学技术。但英国等欧洲国家处于非地震区域，致使防震技术在第一次工业革命未被启动。至19—20世纪，技术革命向存在地震危险的美国、日本等国家扩展，防震技术有了长足发展，先建立了强度抗震体系（20世纪30年代），后又发展了强度-延性抗震体系（20世纪70年代），即现在的传统抗震体系。我国近二百年，闭关自守，内忧外患，贫穷落后，近代防震技术几乎处于空白，直至新中国成立，先后从前苏联、美国、日本等引进防震技术，经过不断发展完善，建立了与世界各国类似的强度-延性抗震体系，即传统抗震技术体系。这个抗震体系，为我国减轻地震灾害，做出了重要贡献。但由于我国国情，这个抗震体系仍未能终止我国一次次重复的地震大灾难。
 传统抗震技术体系
       一般建筑结构，在地震发生时，强地面运动引起结构的地震反应，结构固接于基础之上，尤如一个地面地震反应“放大器”，结构的地震反应随着高度将逐级被放大至2倍以上（图1a）。中小地震发生时，虽然主体结构可能还未破坏，但建筑饰面、装修、吊顶等非结构构件可能破坏而造成严重损失，室内的贵重仪器、设备可能毁坏而使用功能中断，甚至导致更严重次生灾害。当大地震发生时，主体结构可能破坏乃至倒塌，导致地震灾难。为了减轻地震灾害，人们先后发展了下述抗震技术体系：
（1）抗震“强度”体系：通过加大结构断面和配筋，增大结构的强度和刚度，把结构做得很“刚强”，以此来抗御地震，即“硬抗”地震（图1b）。这种体系，由于结构刚度增大，也将引起地震作用的增大，从而可能在结构件薄弱部位发生破坏而导致整体破坏。在很多情况下，这样“硬抗”地震很不经济，有时也较难实现。
（2）抗震“延性”体系：容许结构构件在地震时被损坏，利用结构构件损坏后的延性，结构进入非弹性状态，出现“塑性铰”，降低地震作用，使结构“裂而不倒”（图1c）。对比“强度”体系，结构“延性”体系仅需要较小的断面和配筋，更为经济。“延性”体系从20世纪70年代建立，已成为我国和世界很多国家采用的“传统抗震体系”。它的设计水准是：在设定设计地震烈度下，小地震时不坏，中等地震时可能损坏但可修复，大地震时明显破坏但还不致倒塌。但超大地震时就无法控制了。

 

 



 传统抗震技术体系存在的问题及对策
传统抗震技术体系长期存在下述难以解决的问题：
（1）结构安全性问题。在设计烈度内，这种传统抗震体系能避免结构倒塌，但当遭遇超过设计烈度的地震时，将可能导致成片建筑结构倒塌，引发地震灾难。如2008年我国5·12汶川地震，地震前的汶川是一个美丽的县城，地震后成为一片废墟。
（2）建筑破坏问题。在地震作用下，传统抗震结构钢筋屈服和混凝土裂缝，结构出现延性，国内外专家早就指出“延性就是破坏”，导致建筑物结构在震后难以修复，虽未倒塌但又不能使用，成为“站立着的废墟”。2008年汶川地震后，宜宾县隆兴乡震后援建的博爱学校，使用仅4年，在2013年芦山地震中破坏严重，其塔楼及结构底层柱有明显破坏，震后修复非常困难（图2）。


（3）建筑功能丧失问题。在地震作用下，传统抗震结构的非弹性变形和强烈振动，引起建筑中的非结构构件及装修、吊顶等的破坏，以及室内设备、仪器、瓶罐等的掉落破坏，必然导致建筑使用功能甚至城市功能的丧失，引起直接或间接的人员伤亡或灾难。例如，地震时医院、学校、指挥中心、网络、试验室、电台、机场、车站、电站等的破坏，会导致现代城市瘫痪或社会灾难，后果是难以想象的！
上述传统抗震技术体系存在的问题，在我国凸显严重，原因是：
（1）我国建筑物的抗震设防标准偏低。除少数地区外，我国大部分地区的设计地震动加速度为0.10 g；而日本、智利为0.30 g，土耳其为0.20?0.40 g，伊朗也已提高为0.35 g。也即，我国建筑物地震设防标准（地震动加速度）仅为世界其他多地震国家设防标准的1/2?1/4。如果同样的地震发生在我国，建筑物的破坏和人员伤亡，要比其他国家要严重得多！
（2）我国很多灾难性地震发生在中、低设防烈度区，或频繁发生超设防烈度的大地震，引发大灾难。唐山的设防烈度为Ⅵ度（地震动加速度0.05 g），1976年唐山大地震震中烈度达Ⅺ度（地震动加速度估计为0.90 g）；汶川的设防烈度为Ⅶ度（地震动加速度0.10 g），2008年5·12地震震中烈度达Ⅺ度（地震动加速度0.90 g）；青海玉树的设防烈度为Ⅶ度（地震动加速度0.10 g），2010年玉树地震烈度达Ⅸ?Ⅹ度（地震动加速度0.50?0.80g ）；四川芦山的设防烈度为Ⅶ度（地震动加速度0.10 g），2013年芦山大地震破坏烈度达Ⅸ?Ⅹ度（地震动加速度0.60?0.90 g）；云南鲁甸的设防烈度为Ⅶ度（地震动加速度0.10 g），2014年8·3鲁甸大地震破坏烈度为Ⅸ?Ⅹ度（地震动加速度0.60?0.80 g）。即实际地震的地震动加速度值为设计值的6?18倍！按照传统抗震技术建造的结构，哪能防御这种超级大地震？大灾难不可避免！
目前，我国大面积、大幅度提高设计标准,还不现实，再加上传统抗震技术体系长期存在难以解决的问题，在中国这片国土上，要终止地震造成的一次次重复的大灾难，必须在原来采用传统抗震技术体系的基础上，大力推广采用创新的防震技术新体系——隔震、消能减震、结构控制技术体系——四十年来世界地震工程最重要的创新成果之一!
未
完
待
续

 

 

 


 

文章转载自《地震三点通》