汶川特大地震灾后重建中哪些抗震设计值得推广？高层建筑如何抗震？4月15日至16日，由中国建筑西南设计研究院有限公司、中国建筑设计研究院主办的汶川特大地震5周年工程抗震设计与新技术应用研讨会在成都举行，来自同济大学、清华大学等单位的国内顶尖建筑结构学者齐聚一堂，共同探讨汶川特大地震灾后重建中汲取的工程抗震设计经验及抗震新技术应用。
借力城镇化解决老建筑抗震问题
“汶川特大地震重建中有许多值得推广的经验和经典建筑作品。”中国建筑设计研究院院长修龙说，“我向很多人说起过北川新县城的建筑，这些建筑集中了全国顶级设计师们的智慧。四川在灾后重建中的新建筑将安全、适用功能与当地的文化巧妙地结合起来了。”“对建筑结构安全的考量是我们十分重视的。汶川特大地震后，安全标准进一步提升，监管也更严格。”中国建筑西南设计研究院总工程师冯远介绍，汶川特大地震后，对学校、医院、体育场所等公共建筑的要求更高。“存量巨大的老建筑如何对待是重大课题。”修龙认为，“有些老建筑安全标准不达标又不能简单拆掉，有些老建筑安全但满足不了现在的居住要求。四川有不少历史悠久的建筑，也有很多成功的探索，比如宽窄巷子的改造，可以推广借鉴。”
如何推广？同济大学建筑设计研究院院长丁浩民认为，可借力城镇化建设解决建筑抗震的实施问题。
专业设计应与社会责任高度融合
目前中国超过250米的建筑有94栋，2013年至2018年将有164栋超高层建筑完工。此外，还建起大量外形新颖怪异的建筑，这些建筑是否存在安全方面的隐患？修龙介绍，这些造形奇特的建筑本身的确是存在一定风险，但都经过了科学合理的设计，再加上现代化的建筑技术和建筑材料，应该能达到安全标准。但修龙并不赞同外形越怪越好的观点，“建筑应该越简单、越自然越好。我们大量的新建筑应该吸收传统文化的精髓，同时融入现代的功能和技术。”
丁浩民认为，目前我国对超高层建筑的研究才刚开始，对现有体系要有一个准确的把握，并进行结构体系的创新，使它的结构设计更加合理。“比如，可以用很小的代价，即不到1%的代价，得到20%-30%的改善。”丁浩民同时认为，更重要的是社会责任，汶川特大地震告诉我们，如果专业设计技术不到位，会引起建筑质量安全，承担巨大社会责任。“所以，从这个意义上说，我们更需要对建筑结构有更深入地了解，专业设计应与社会责任高度融合。”
怎样设计建筑物才能抗震
国家汶川地震专家委员会委员、中科院院士滕吉文表示，建议把灾区建筑地震设防烈度提高到9度。建筑物如何设计才能抗震？地震设防烈度又是怎么回事？
首次引入建筑物抗震理念
“地震本身并不伤人，造成人员伤亡的，是由它引发的房屋倒塌、山体滑坡等次生灾害，其中前者又在人员伤亡统计中占绝大部分。就目前的科技能力而言，减轻地震灾害损失的最佳办法，应放在提高建筑物抗震设计上。”原建设部抗震办公室副主任、高级工程师刘志刚说。
刘志刚是我国最早从事建筑物抗震研究的专家之一，据他介绍，我国的建筑物抗震规范是在一次次灾难教训中逐渐改善的。新中国成立时，首次引入建筑物抗震理念是第一个五年计划（1953～1957年）期间，在苏联援建中国的151个工程中，首次引进了建筑物的抗震设计规范。1966年河北邢台地震，引起国家有关部门重视，于1974年颁布《建筑抗震设计规范》；1978年吸取唐山大地震的经验教训，对部分内容予以修正；1989年又再度修改。我们现在使用的是2001年版《建筑抗震设计规范》。《建筑抗震设计规范》中的抗震设防烈度，是根据国家地震局公布的《烈度区划图》确定的。
据刘志刚介绍，建筑抗震设防标准是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。所谓中震，是指建筑物要达到所在地区在《烈度区划图》中划定的烈度标准。小震、大震，是在这个标准下调、上浮1．55至1度。如在汶川地区，它的一般建筑物的抗震烈度是7度，就是说在发生烈度为5．45的地震情况下，建筑物不应该损坏；在烈度为7度的情况下，建筑物仍可修复；在发生8．3度或9度的情况下，建筑物不应该倒塌。在发生地震时，即使烈度超过建筑物的承受极限（大震），某些韧性好的建筑物也不是瞬间倒塌，应该有逃生时间。
基础隔震让建筑物有缓冲
鉴于地震预报仍然是世界性的难题，各国都将重点放在如何提高建筑抗震性能上。
许多国家在研究和应用抗震建筑的时候，离不开抗震理论的指导，其中“基础隔震”作为最为成熟的抗震理论，已经在国内外得到了广泛应用。
“基础隔震”是在建筑物底部与地基之间，增加适当的缓冲物，使建筑物在受到地震波作用后的加速度反应大大减弱，同时让建筑物的位移主要由隔震系统提供，从而使建筑在地震过程中发生的变形非常小，达到防护目的。目前的基础隔震技术主要分为两大类：叠层橡胶支座；滚动、滑动支座，包括砂垫层、石墨垫层。在实践中隔震建筑的抗震效果令人惊叹，这促使各国相继制定出适合自己国情的隔震设计标准，尤以中、美、日三国最具有代表性。
我国的《建筑抗震设计规范》（2001年）在基础隔震设计目标上规定：在遭受小强度地震影响时，建筑结构基本不受损坏和影响使用功能；当遭遇设防烈度的地震影响时，不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，将不发生危及生命安全和丧失使用功能的破坏。
美国在《建筑统一设计规范》（1997年）中规定了如下隔震设计目标：受中、小地震作用时，结构元件、非结构元件或建筑物内的设备等不出现破坏；受大震作用时，隔震体系不出现破坏，结构原件不出现大的破坏，非结构元件不出现重大破坏，并且不影响结构的功能。日本在《日本建筑隔震设计指南》中的隔震设计目标较为简略：在大地震时，隔震建筑上部结构构件不会产生破坏，人员安全和财产安全可以得到保证。
加装“阻尼器”消耗地震能量
在抗震加固技术上，国内外目前广泛采用的是消能减震技术，即在建筑结构中增加各种“阻尼器”。在物理学上，使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用，称阻尼。安置在结构系统上的“特殊”构件，可以提供阻力来耗减运动能量的装置，就称为阻尼器。这种阻尼器用在建筑物的关键节点上，可大量消耗地震波输入到建筑物的能量，保护主体结构免遭破坏。与增强梁、柱、墙来提高抗振动的传统方法相比，阻尼器消能减震技术具有保持建筑原貌、效果明显、节约经费和缩短工期的优势。
据介绍，美国旧金山的威尔斯•法戈银行大楼在1989年地震中受损，其加固就采用了金属阻尼器；美国波士顿的一幢35层建筑在1996年进行抗震加固，共安装了40个黏滞流体阻尼器。国内在这方面也有不少的工程应用，1997年沈阳市政府大楼在抗震加固中采用了摩擦耗能阻尼器，1998年启动的首都防震减灾示范区中，北京的一些标志性建筑如火车站、北京展览馆、北京饭店等，均采用黏滞阻尼器进行了加固。
日本抗震设计
我们的邻国日本是一个地震多发的国家，每年发生有感地震约1000多次，全球10%的地震均发生在日本及其周边地区。近年来，日本不断加大城市防震减灾的新技术开发，探索城市综合减灾的新思路。不仅如此，日本在建筑抗震、防火等安全性方面的规定复杂而严格。
1.刚性结构提高建筑物的抗震性能
在日本许多高层公寓开始销售不久即告罄。一个重要因素是这些高层公寓多半与高层写字楼作了同等水平的抗震设计。一座号称日本最高的公寓，使用了与美国纽约世界贸易中心相同的钢管，确保了抗震强度。这种钢管的直径最大达800毫米，厚度达40毫米，而且钢管中还注入了比通常混凝土强度高3倍的高强度混凝土，该公寓共使用这种钢管168根。另外，该公寓还使用了刚性结构抗震体。通常高层公寓柔性结构为主流，靠整个建筑来减弱地震引起的摇动，但在强风刮过来时，楼的结构也会发生一定的摇动。采取了刚性结构后，摇动大大降低。如遇阪神大地震级别的地震发生时，柔性结构的建筑一般要摇动1米左右，而刚性结构建筑只摇动30厘米。
2．使用橡胶提高建筑物的抗震性能
在日本东京一座免震结构公寓高达93米，建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶，建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。这样，在裂度为6的地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。一种超高层楼房用抗震装置，使用的是类似橡胶的黏弹性体，该装置可将强风造成的摇动减轻 40%，同时也可提高抗震能力。
3．“局部浮力”的抗震系统
近日日本开发了一种名为“局部浮力”的抗震系统，即在传统抗震构造基础上借助于水的浮力支撑整个建筑物。据日本媒体报道，普通抗震结构把建筑物的上层结构与地基分离开，以中间加入橡胶夹层和阻尼器的方式支撑建筑物。相比之下，“局部浮力”系统在上层结构与地基之间设置贮水槽，建筑物受到水的浮力支撑。水的浮力承担建筑物大约一半重量，既减轻了地基的承重负荷，又可以把隔震橡胶小型化，降低支撑构造部分的刚性，从而提高与地基间的绝缘性。地震发生时，由于浮力作用延长了固有振荡周期，即晃动一次所需时间，建筑物晃动的加速度得以降低。6到8层建筑物的固有周期最大可以达到5秒以上。因此，在城市海湾沿岸等地层柔软地带也可以获得较好抗震效果。此外，贮水槽内贮存的水在发生火灾时可用于灭火，地震发生后可作为临时生活用水。这一系统成本并不算高。以8层楼医院为例，成本比普通抗震系统高出大约2%。
4．“滑动体”基础提高建筑物抗震性能
独户、古旧建筑独户建筑与高层楼房相比整体重量轻，积层橡胶不起作用。有效的抗震方法是在建筑物与基础之间加上球型轴承或是滑动体，形成一个滚动式支撑结构，这样可减轻地震造成的摇动。古旧建筑的抗震问题也得到了有关方面的重视。东京都台东区的国立西洋美术馆补修了抗震处理结构，东京都丰岛区区政厅也实施了补修工程。
5．严格的法律
日本《建筑基准法》规定，日本的高层建筑必须能够抵御里氏7级以上的强烈地震。一个建筑工程为获得开工许可，除了设计、施工图纸等文件外，还必须提交建筑抗震报告书。这一报告书主要内容是，根据地震的不同强度，计算不同的建筑结构在地震中的受力大小，进而确定建筑的梁柱位置、承重以及施工中钢筋、混凝土的规格和配比。
日本法律还规定，只有一级建筑师以上的人才能有资格编制抗震报告书，而且，报告书中的相关计算必须要使用国土交通省认可的专用程序。普通的一个8、9层公寓楼，其抗震报告书动辄厚达两三百页。建筑抗震报告书必须经过相关部门或人员的检查，确认无误后才能开工。日本抗震设计我们的邻国日本是一个地震多发的国家，每年发生有感地震约1000多次，全球10%的地震均发生在日本及其周边地区。近年来，日本不断加大城市防震减灾的新技术开发，探索城市综合减灾的新思路。不仅如此，日本在建筑抗震、防火等安全性方面的规定复杂而严格。
参考辞典
震级与烈度
震级是以地震活动释放的能量多少来确定的。震级标准采用里氏分级表，共分9个等级。
烈度是指地震在地面造成的实际影响，也就是破坏程度。影响烈度的因素有震级、距震源的远近、地面状况和地层构造等。一般来讲，一次地震发生后，震中区的破坏最重，烈度最高，称为震中烈度，此次汶川地震的震中烈度就达11度。从震中向四周扩展，地震烈度逐渐减小。一次地震，可以划分出好几个烈度不同的地区。这就像一颗炸弹爆炸后，近处与远处破坏程度不同。炸弹的炸药量，好比是震级；炸弹对不同地点的破坏程度，就是烈度。
我国对地震烈度分为12度：小于3度，人无感觉，只有仪器才能记录到；4～5度，睡觉的人会惊醒，吊灯摇晃；6度，人站立不稳，家畜外逃，器皿倾倒，房屋轻微损坏；7～8度，房屋受到破坏，烟囱损坏，地面出现裂缝及喷沙冒水；9～10度，房屋倒塌，地面破坏严重；10～12度，可造成毁灭性破坏。
