汶川大地震在無情毀壞我們家園的同時更折射出了建築的品質，使建築產品的質量再一次成為人們關注的焦點。面對天災我們無可逃避，但是通過建築設計來抗震，無疑是減少傷亡和損失的重要方法。而今，當“災後重建”日益提上日程，如何設計、建造更加防震、抗震的房子成了大家最為關心的問題，更是建築師該考慮的問題。筆者認為，應該從設計方法、建築形式、建築選材、政策保證等方面加強建築物的抗震、防震性能。
>>高志博士，加拿大籍，現為加拿大寶佳國際建築師有限公司駐華首席代表，建華建築設計合資有限公司董事長，中國青年科技工作者協會建設工程工作委員會副祕書長，中華全國工商業聯合會房地產商會常務理事。清華大學房地產EMBA及北京大學經濟學院兼職教授。
採用科學設計確保防震
如果房屋採用了科學的抗震設計，那麼生命財產的損失就會大大減少。作為一名建築師，我還是先為大家介紹兩種有效的抗震設計吧。
抗震設計方法一：基於承載力設計方法
基於承載力設計方法又可分為靜力法和反應譜法。靜力法產生於二十世紀初期，是最早的結構抗震設計方法。上世紀初前後，日本濃尾、美國舊金山和意大利Messina的幾次大地震中，人們注意到地震產生的水平慣性力對結構的破壞作用，提出把地震作用看成作用在建築物上的一個總水平力，該水平力取為建築物總重量乘以一個地震係數。意大利都靈大學應用力學教授M.Panetti建議，1層建築物取設計地震水平力為上部重量的1/10，2層和3層取上部重量的1/12。這是最早的將水平地震力定量化的建築抗震設計方法；1943年M.A.Biot發表了以實際地震紀錄求得的加速度反應譜。二十世紀50到70年代，以美國的G. W. Housner、N. M. Newmark和R. W. Clough為代表的一批學者在此基礎上又進行了大量的研究工作。對結構動力學和地震工程學的發展作出了重要貢獻，奠定了現代反應譜抗震設計理論的基礎。
抗震設計方法二：基於承載力和構造保證延性設計方法
隨着研究的深入，N. M. Newmark認識到結構的非彈性變形能力可使結構在較小的屈服承載力的情況下經受更大的地震作用。由於結構進入非彈性狀態即意味着結構的損傷和遭受一定程度的破壞，基於這一觀點，形成了現在的基於損傷的抗震設計方法，並促進人們對結構的非彈性地震反應的研究。而進一步採用能量觀點對此進行研究的結果，則形成現在的基於能量的抗震設計方法。然而由於結構非彈性地震反應分析的困難，因此只能根據震害經驗採取必要的構造措施來保證結構自身的非彈性變形能力，以適應和滿足結構非彈性地震反應的需求。而結構的抗震設計方法仍採用小震下按彈性反應譜計算的地震力來確定結構的承載力。與考慮地震重現期的抗震設防目標相結合，採用反應譜的基於承載力和構造保證延性的設計方法成為目前各國抗震設計規範的主要方法。應該說這種設計方法是在對結構非彈性地震反應尚無法準確預知情況下的一種以承載力設計為主的方法。
創新建築形式規避災害
近年來，國外科學家運用現代科技，設計建造了不少新型抗震建築。尤其是地震高發區的日本，在這方面就顯得特別有經驗，我在日本工作過，瞭解他們的一些先進技術，為大家介紹一下。日本設計了一種叫做“彈性建築”，有比較好的抗震性能。這種彈性建築物建在隔離體上，隔離體由分層橡硬鋼板組和阻尼器組成，建築結構不直接與地面接觸。阻尼器由螺旋鋼板組成，以減緩上下的顛簸。日本在東京總共建築了12座彈性建築物。經東京發生的里氏6.6級地震能量的考驗，證明在減輕地震災害方面效果顯著；日本鹿島建築部門發明了一種新的防震大樓營造法，它以日本的“彈簧大樓”為代表。其特點是，由彈簧把連着地基的基礎部分和建築物主體分開，讓建築物主體處於一種漂浮狀態，而彈簧正是一種能吸收地震和其他振動衝擊的中介物，無論地基怎樣搖晃，建築物都不會受到強烈的衝擊。實驗證明，烈度6—7度的地震搖晃，傳到這種建築物時也將減到原來的十分之一。
美國也因為地震頻繁，因此在建築設計上很突出抗震性能，其中就有一種比較成功的建築，名為“滾珠大樓”。具體是在硅谷興建了一座電子工廠大廈，它採用一種抗震新法，即在建築物每根柱子或牆體下安裝組成的不鏽鋼滾珠，由滾珠支撐整個建築，縱橫交錯的鋼樑把建築物同地基緊緊地固定在一起。當發生地震時，富有彈性的鋼樑會自動伸縮，於是大樓在滾珠上會輕微的前後滑動，可以大大減弱地震的破壞力。
上述種種給了我們諸多啓示，建築不要只追求新奇，要有利於抗震，而採用合理科學的建築形式就可以大大減弱地震的破壞力。
選用抗震材料提高性能
在日本，許多高層公寓開始銷售不久即告罄。一個重要因素是這些高層公寓多半與高層寫字樓作了同等水平的抗震設計。一座號稱日本最高的公寓，使用了與美國紐約世界貿易中心相同的鋼管，確保了抗震強度。這種鋼管的直徑最大達800毫米，厚度達40毫米，而且鋼管中還注入了比通常混凝土強度高3倍的高強度混凝土，該公寓共使用這種鋼管168根。另外，該公寓還使用了剛性結構抗震體。通常高層公寓柔性結構為主流，靠整個建築來減弱地震引起的搖動，但在強風颳過來時，樓的結構也會發生一定的搖動。採取了剛性結構後，搖動大大降低。如遇阪神大地震級別的地震發生時，柔性結構的建築一般要搖動1米左右，而剛性結構建築只搖動30釐米。
在日本東京，有一座免震結構公寓高達93米，建築物的外圍使用了新研製的高強度16積層橡膠，建築物的中央部分使用了天然橡膠系統的積層橡膠。這樣，在裂度為6的地震發生時，就可將建築物的受力減少至二分之一。有一種超高層樓房用抗震裝置，使用的是類似橡膠的黏彈性體，該裝置可將強風造成的搖動減輕40%，同時也可提高抗震能力。此類抗震材料的採用大大提高了建築物的抗震性能，起到了有效的防震效果。
加強建築立法嚴把質量
以上從技術層面講述了該如何加強建築物的抗震、防震性能。此外，需要特別強調的是，有力的政策保證是抗震設計的基礎。鑑於汶川地震的慘痛教訓，我們應該加強相關法律法規的建設完善，在政策上為建築物的防震性能予以保證。總體來看，我國在抗震法律法規、國家標準上做得比較充分，發佈了《建築工程抗震設防分類標準》、《城市抗震防災規劃管理規定》等國家標準，對建築物抗震設防分類、責任劃歸、防災規劃均有具體劃分。但還不完善細緻，在這方面我們可以借鑑鄰邦日本。日本的《建築基準法》規定，日本的高層建築必須能夠抵禦里氏7級以上的強烈地震，它還規定，一個建築工程為獲得開工許可，除了設計、施工圖紙等文件外，還必須提交建築抗震報告書。這一報告書主要內容是根據地震的不同強度，計算不同的建築結構在地震中的受力大小，進而確定建築的樑柱位置、承重以及施工中鋼筋、混凝土的規格和配比。日本法律還規定，只有一級建築師以上的人才能有資格編制抗震報告書，而且，報告書中的相關計算必須要使用國土交通省認可的專用程序。一個普通的8、9層公寓樓，其抗震報告書動輒厚達兩三百頁。建築抗震報告書必須經過相關部門或人員的檢查，確認無誤後才能開工。嚴格的法律規定，層層保證了建築物的抗震性能，減少了日本這個地震多發國家的人員傷亡。日本的經驗值得我們學習，我們必須花大力氣完善相關法律法規，從政策上保證建築物的抗震性能。
汶川大地震是中華民族的一次切膚之痛，痛定思痛，希望中國建築界能夠對地震引起足夠的重視，從設計方法、建築形式、建築選材、政策保證等方面加強建築物的抗震、防震性能，以儘量減免災害的發生！