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)濟損失。強烈的地表運動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)倒塌破壞則是導致人員傷亡和經(jīng)濟損失的直接元原因，也是整個災(zāi)區(qū)恢復重建必須要首先面對的兩個核心問題，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)濟損失?簡單講，第一個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;第二個問題的解決則可以通過對新建及恢復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產(chǎn)安全的目標。

　　實際上，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)計規(guī)范》GB50011-2001，標志著隔震技術(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，實際上是通過隔震層的水平向大變形運動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。實際結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)記錄和試驗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)一般僅相當于相同不隔震結(jié)構(gòu)的1/4—1/12?？梢杂行У乇Ｗo上部結(jié)構(gòu)免遭破壞，同時室內(nèi)裝修及設(shè)備也可得到有效保護，即使在強震作用下也可保持建筑功能完好。

　　從經(jīng)濟角度講，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)濟效益越明顯，以采用疊層橡膠墊隔震技術(shù)為例，以達到相同的抗震能力為衡量標準，當抗震設(shè)防基本烈度為9度時，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最高可節(jié)省約15～20%;8度時，最高可節(jié)省土建造價約10%;7度時，基本不節(jié)省造價或造價略有增加約1～5%左右;6度時，土建造價增加約10%。雖然上述比較是以達到相同的抗震能力為衡量標準，但實際上6、7度設(shè)防時，采用基礎(chǔ)隔震措施后，房屋的實際抗震能力已遠大于相同不隔震建筑的抗震能力，其所帶來的安全儲備大幅度提高(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，不但會保護生命財產(chǎn)的安全，更重要的是地震將不再是災(zāi)難，不再會對社會造成恐慌，無需停產(chǎn)停業(yè)停學，我們的孩子將不再成為災(zāi)難的焦點，我們無需再次動員全國的力量投入大量的人力物力搞恢復重建，人們可以高枕無憂、安居樂業(yè)。這樣的效益和回報，顯然遠高于建設(shè)初期增加的一點點土建造價。

　　本文將重點圍繞第二個問題，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，針對性地提出幾點震后恢復重建中如何合理應(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、施工的磚混結(jié)構(gòu)房屋，采用裝配式預制鋼筋混凝土樓板，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、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，樓板端部失去支撐，發(fā)生“落梁式”塌落破壞，進而塌落的樓板砸壞下層樓板或砸壞其一側(cè)支撐墻體，導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，而導致房屋局部倒塌;或多數(shù)承重墻體破壞嚴重、層間側(cè)向變形過大而導致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)、垮塌。

　　如果在恢復重建時對砌體結(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。因為對于非隔震砌體結(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，房屋結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生類共振效應(yīng)，導致嚴重甚至倒塌破壞。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)體系的振動周期，延長隔震后結(jié)構(gòu)體系的自振周期使之達到1.0秒以上，遠離上述三個共振區(qū)域，避免類共振效應(yīng)發(fā)生，達到避免破壞保護結(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，風載及微震時，隔震層基本無變形。當強震發(fā)生時，疊層橡膠隔震裝置柔性消震，體系進入消能狀態(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，結(jié)構(gòu)不會發(fā)生因隔震層側(cè)向變形過大而結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。