1.背景

　　四川5.12汶川8.0級大地震造成了大量的人員傷亡和工程結(jié)構(gòu)破壞，引起了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。強(qiáng)烈的地表運(yùn)動(dòng)和變形是引起破壞的根本原因，而地震引起的山體滑坡和工程結(jié)構(gòu)倒塌破壞則是導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的直接元原因，也是整個(gè)災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建必須要首先面對的兩個(gè)核心問題，即：如何在未來地震中避免滑坡災(zāi)害?如何在未來地震中保證工程結(jié)構(gòu)的安全以有效避免人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失?簡單講，第一個(gè)問題可以通過地震地質(zhì)災(zāi)害評估，選擇合適的工程建設(shè)場地或采取有效的滑坡治理措施獲得解決;第二個(gè)問題的解決則可以通過對新建及恢復(fù)重建工程采取必要的抗震或減震措施、如比較成熟的建筑減隔震技術(shù)等，達(dá)到大震不倒、大震不破壞甚或大震條件下基本完好以確保生命財(cái)產(chǎn)安全的目標(biāo)。

　　實(shí)際上，早在1960年代中后期，新西蘭、日本、美國等國家就已經(jīng)對建筑隔震技術(shù)開展了系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究，并取得了較好的成果。1970年代初，新西蘭率先開發(fā)出鉛芯疊層橡膠支座，1974年世界首棟隔震建筑在新西蘭建成，美國、日本首棟隔震建筑分別在1984年和1985年建成。1990年代，全世界共有30多個(gè)國家和地區(qū)圍繞這一問題展開了更加廣泛深入的研究和應(yīng)用，1994年洛杉磯地震和1995年日本阪神地震后迅速發(fā)展，隔震技術(shù)相繼寫入各國抗震規(guī)范，美國、日本開始大量采用隔震建筑。我國于1960年代開始建筑基礎(chǔ)隔震理論及應(yīng)用技術(shù)的探索研究，80年代后期獲得重視，90年代以后取得長足進(jìn)步并在許多重要工程中獲得應(yīng)用。2001年隔震減震技術(shù)寫入我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001，標(biāo)志著隔震技術(shù)的成熟。

　　從技術(shù)角度講，建筑基礎(chǔ)隔震技術(shù)是在建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)(或下部結(jié)構(gòu))之間設(shè)置可以人為改變結(jié)構(gòu)體系振動(dòng)特性的隔震系統(tǒng)，使建筑物上部結(jié)構(gòu)與地基“隔開”，“隔斷”地震能量向上部結(jié)構(gòu)的有效傳遞路徑，實(shí)際上是通過隔震層的水平向大變形運(yùn)動(dòng)以消耗掉大部分地震能量，減輕上部結(jié)構(gòu)所受到的慣性地震作用，有效降低地震引起的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)、減小層間剪力及相應(yīng)的剪切變形。實(shí)際結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)記錄和試驗(yàn)研究表明建筑物采取有效的隔震措施后，上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)一般僅相當(dāng)于相同不隔震結(jié)構(gòu)的1/4—1/12?？梢杂行У乇Ｗo(hù)上部結(jié)構(gòu)免遭破壞，同時(shí)室內(nèi)裝修及設(shè)備也可得到有效保護(hù)，即使在強(qiáng)震作用下也可保持建筑功能完好。

　　從經(jīng)濟(jì)角度講，抗震設(shè)防基本烈度越高，采用隔震措施所獲得的直接經(jīng)濟(jì)效益越明顯，以采用疊層橡膠墊隔震技術(shù)為例，以達(dá)到相同的抗震能力為衡量標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)抗震設(shè)防基本烈度為9度時(shí)，與相同規(guī)模的非隔震建筑相比，隔震后建筑物的平均土建造價(jià)最高可節(jié)省約15～20%;8度時(shí)，最高可節(jié)省土建造價(jià)約10%;7度時(shí)，基本不節(jié)省造價(jià)或造價(jià)略有增加約1～5%左右;6度時(shí)，土建造價(jià)增加約10%。雖然上述比較是以達(dá)到相同的抗震能力為衡量標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上6、7度設(shè)防時(shí)，采用基礎(chǔ)隔震措施后，房屋的實(shí)際抗震能力已遠(yuǎn)大于相同不隔震建筑的抗震能力，其所帶來的安全儲(chǔ)備大幅度提高(可提高2～10倍)。在類似于汶川大地震這樣千年難遇的意外事件發(fā)生時(shí)，不但會(huì)保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)的安全，更重要的是地震將不再是災(zāi)難，不再會(huì)對社會(huì)造成恐慌，無需停產(chǎn)停業(yè)停學(xué)，我們的孩子將不再成為災(zāi)難的焦點(diǎn)，我們無需再次動(dòng)員全國的力量投入大量的人力物力搞恢復(fù)重建，人們可以高枕無憂、安居樂業(yè)。這樣的效益和回報(bào)，顯然遠(yuǎn)高于建設(shè)初期增加的一點(diǎn)點(diǎn)土建造價(jià)。

　　本文將重點(diǎn)圍繞第二個(gè)問題，通過分析砌體結(jié)構(gòu)、底框架砌體結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)等三類建筑結(jié)構(gòu)在此次地震中的破壞特點(diǎn)，針對性地提出幾點(diǎn)震后恢復(fù)重建中如何合理應(yīng)用較為成熟且簡單易用的疊層橡膠基礎(chǔ)隔震技術(shù)的具體建議。

2. 砌體結(jié)構(gòu)恢復(fù)重建之隔震技術(shù)應(yīng)用

　　砌體結(jié)構(gòu)尤其是磚混結(jié)構(gòu)是此次汶川8.0級大地震災(zāi)區(qū)的主要房屋結(jié)構(gòu)類型之一，在地震中遭到了普遍破壞，約占受損建筑總面積的40%，也是災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建的首選建筑結(jié)構(gòu)類型之一。受損砌體結(jié)構(gòu)主要分為三種類型，第一類是居民自建房，大多采用磚或其他類型砌塊墻承重、裝配式預(yù)制鋼筋混凝土樓板，圈梁、構(gòu)造柱設(shè)置不規(guī)范或干脆不設(shè)，承重墻厚度多以墻頂所支撐樓板的狀況確定，一般支撐兩跨樓板者采用24墻，支撐一跨樓板者采用18墻，非承重墻采用12墻，墻體普遍偏薄，樓板端部無足夠支撐長度，板與板之間無可靠連接。第二類屬經(jīng)抗震設(shè)計(jì)、施工的磚混結(jié)構(gòu)房屋，采用裝配式預(yù)制鋼筋混凝土樓板，由于樓板之間多缺乏可靠連接，房屋整體性較差;第三類亦屬經(jīng)抗震設(shè)計(jì)、施工的磚混結(jié)構(gòu)房屋，采用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，房屋整體性較好。

　　在劇烈地震作用下，上述三類房屋均由于樓層荷載較大、墻體相對較薄，缺乏足夠的抗剪能力或抗彎能力而導(dǎo)致橫墻及窗間墻剪切破壞(具體表現(xiàn)為單向或交叉斜裂縫)、或窗間墻彎曲破壞(水平裂縫);或由于房屋窗肚墻較弱、在水平地震作用下房屋縱向整體偏“柔”，沿房屋縱向窗肚墻發(fā)生“連梁式”剪切破壞;或由于樓板板端搭接長度不夠，在房屋層間側(cè)向變形較大時(shí)，樓板端部失去支撐，發(fā)生“落梁式”塌落破壞，進(jìn)而塌落的樓板砸壞下層樓板或砸壞其一側(cè)支撐墻體，導(dǎo)致連鎖式樓板塌落或墻體破壞失穩(wěn)，致使結(jié)構(gòu)整體或局部垮塌;或由于局部墻體薄弱、破壞較重失去承載能力，而導(dǎo)致房屋局部倒塌;或多數(shù)承重墻體破壞嚴(yán)重、層間側(cè)向變形過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)、垮塌。

　　如果在恢復(fù)重建時(shí)對砌體結(jié)構(gòu)采取合適的疊層橡膠墊隔震措施，則可完全避免上述各類破壞。因?yàn)閷τ诜歉粽鹌鲶w結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)基本自振周期一般介于0.1秒～0.5秒之間，場地卓越周期一般介于0.3秒～0.5秒之間，地震動(dòng)特征周期也一般0.2秒～0.8秒左右，三者非常接近。地震發(fā)生時(shí)，房屋結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生類共振效應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重甚至倒塌破壞。而采用合適的疊層橡膠墊隔震措施后，則可人為控制結(jié)構(gòu)體系的振動(dòng)周期，延長隔震后結(jié)構(gòu)體系的自振周期使之達(dá)到1.0秒以上，遠(yuǎn)離上述三個(gè)共振區(qū)域，避免類共振效應(yīng)發(fā)生，達(dá)到避免破壞保護(hù)結(jié)構(gòu)安全的目的。具體建議如下：

　　(1)首選砌體結(jié)構(gòu)底層與基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層，即在毛石基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)頂部加設(shè)圈梁，在圈梁頂部設(shè)隔震層，隔震層由合適數(shù)量的鉛芯和無鉛芯普通疊層橡膠隔震支座混合構(gòu)成;

　　(2)在結(jié)構(gòu)首層底部加設(shè)托梁，在縱橫墻交接處底部設(shè)置合適尺寸(一般為Φ400～Φ600)的疊層橡膠隔震墊;

　　(3)隔震裝置必須具有足夠的初始剛度，風(fēng)載及微震時(shí)，隔震層基本無變形。當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，疊層橡膠隔震裝置柔性消震，體系進(jìn)入消能狀態(tài);(4)隔震層增加大震側(cè)向限位裝置，保證意外大震發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生因隔震層側(cè)向變形過大而結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。