浅论地震灾害与结构抗震理论
地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一。近几年来，在全球的多个地方都发生了高强度的地震，如我国四川汶川、日本冲绳岛等大地震，最近智利更是发生了强度为8．8级的地震，其破坏性已经远远地超出了人们的想象。地震所带来的灾难性后果十分骇人，不仅造成大量的人员伤亡，许多建筑物与构筑物也都遭到了极为严重的破坏．例如桥粱断裂、高楼倾塌、铁道变形、公路开裂等。人们为防止地震所带来的灾难性影响，已经开始加强了对建筑结构抗震设计理论的深入研究，下面我就以地震自然灾害与结构抗震理论做一下简单分析讨论。
一、 研究结构抗震理论的必要性
地震是地球的一种突发性运动，我们的地球就是以这种形式来释放它的巨大内部能量，并通过制造震灾的方式向人类显示。人类对地球内部活动机理尚未充分认识，因此在现阶段不可能准确地预报地震。另一方面，人们作地震预报的根本目的在于拯救人类的生命财产。当人们能够对地震的发生作出准确预报，震区的人们可以暂时离开，但房屋和其他不能带走的财产仍然会遭受损失。“因此从工程设计角度，人们的注意力便集中在‘如何能建造在地震中不倒的房屋’这一主题上，所以就工程结构设计来说，抗震设计将是一个永恒的话题。”①
二、 建筑结构抗震设计的重要性
地震是一种人类无法避免的自然灾害，而我国处于环太平洋地震带及欧亚地震带之间。历史上全国除个别省份外，都发生过里氏6级以上地震。地震造成的建筑物及各类工程设施的破坏、倒塌，给国家和人民的生命财产造成了无法统计的巨大损失。为了努力减轻地震造成的破坏，避免人员伤亡。减少经济损失，我国政府和相关部委陆续颁布了一系列防震减灾的法律法规条文，并强制规定设防烈度为6度以上地区的建筑必须进行抗震设计。
三、 结构抗震设计的目标
日前，我国抗震设防为“三水准”目标，即“小震不坏，中震可修、大震不倒”②，具体含义为：当渣受低于本地Ⅸ抗震设防烈度的多遇地震时，建筑物不受损坏或不需修理仍可使用，建筑处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可以视为弹性体系，采用弹性反应谱进行分析；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，结构在地震影响时进人非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系损坏控制在可修复的范围；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏，此阶段结构有较大的非弹性变形，但人员可以进离。
四、 传统结构抗震理论及其弊端
因为地震在全球各地的频发，人们开始逐渐地重视和重新认识起建筑结构抗震学理论，通过对理论与客观事实的不断深入研究。人们已经注意到，“人类在几百年来推行的静态(加大刚度)的建筑结构体系，严重违背了地球地震的客观规律。”③传统的建筑结构抗震理论存在严重错误：
1．“现在世界各国所采用的抵抗地震破坏的建筑物的基本类型，对地球而言，都是以吸取地震能力为主的插入式整体结构。”④其重点就是把建筑物的基础和上部结构设计成—个不可分割的刚体直接插入地球。这样建筑物抗地震破坏力的设计与受力分析，就必须从建筑结构整体来考虑建筑物的抗震性能。地震破坏力以冲击波的运动形式通过土层与岩石冲击建筑物的基础，并把冲击力直接传递给建筑物的上部结构。建筑物上部结构作用力与地震产生的内力又同时反作用于建筑物基础，因此建筑物基础的强度设计要求是地震力与建筑物上部结构反作用力的叠加。
2．垂直于地面的建筑物上部结构的反作用力，与地震破坏力这样的往覆水平剪切力的方向相互垂直。并与处于运动冲击状态的作用力于一个平面上交会。以强大往覆水平推动力的地震破坏力推动着建筑物基础，做水平往覆运动，在这两种力的接触面上，形成的往覆剪切力要远远地超出了地震破坏力。这就使得插入式整体结构中的建筑物抗震能力很难达到实际抗震的设计要求。现在建筑物的设计和建造都偏于保守，不仅使投资大大增加，还不能摆脱和减缓地震所带来的灾害，进而给人民造成巨大的经济损失，生命安全也无法得到保障。
3．在过去，由于建筑物较低，存在的问题还不算明显，而如今在现代化重型、高层建筑中，仍采用建筑物整体插入式钢箍困住内力的结构，实为真正地震灾害到来时的安全隐患。“在建筑结构设计的力学原则中，极其重要的是，无论在何种情况下，建筑结构的传力路线一定要清楚；要以建筑物所在位置的最不利外界因素为设计依据。”⑤在正常情况下，传统的插入式整体建筑结构体系是安全的，而一旦发生地震灾害时，它的结构受力传力路线将发生明显的混乱。地震破坏力会直接传递给建筑物上部结构，使其发生摇晃，由于建筑物上部结构是钢箍捆住内力的结构，使得在晃动中产生的巨大能量因没有释放点而被迫反作用于建筑物基础。随着地震冲击波不断地冲击建筑物基础，向建筑物上部结构传递地震能量，加之建筑物上部结构反作用回的能量与其相遇而发生冲撞，使得建筑结构的破坏点成为了冲撞最厉害的集中点，也是能量集中释放的突破点，进而形成剪切破坏，致使整个建筑物倾斜，甚至倒塌。
五、 新兴结构抗震设计理论
由于传统结构抗震设计理论的局限性及危害性，人类要想在地球上谋求更广阔的生存和发展空间，就必须得从根本上解决能够适应地球地震客观规律的建筑结构体系。于是一些新的建筑结构抗震设计理论逐渐登上历史舞台。
1．释放地震内力的建筑结构体系。
由于以往的建筑结构抗震设计力学理论存在着十分严重的错误，所以创建一种能够与地震力相适应的新型建筑结构抗震设计力学理论在人类的生存发展过程巾显得尤为必要。通过不断钻研，人们已经制定出一种新的建筑结构释放地震冲击波的设计标准，它是一种释放地震内力的建筑结构动态平衡体系，彻底改变了过去的那种只加大建筑结构的刚变，增加建筑结构对地震冲击波的抵抗力的建筑结构体系。释放地震内力建筑结构体系通过现代地球物理学家对地球板块运动理论的力学分析、对地震客观规律的不断揭示而形成了它的理论基础。把地球作为一个结构体系，它在运动中要求得自身内力平衡。这就有两个阶段的运动规律。(1)地球内力的平衡阶段：地球作为一个结构体在围绕太阳周转和自传运动的过程中，其产生的内力处在平衡阶段，因此地表运动也处于内力平衡、地球运动处于静止状态的这个阶段可以看作地球为惯性参考系阶段。(2)处于内力平衡阶段的地球结构体的内力仍不断的增加，地球结构体承受不住日渐增大的内力，而在其运动中。通过地球板块运动，以火山喷发和地震等形式来释放其所承受不住的内力，以获得新的内力平衡，此阶段为地表活跃阶段。由于这两个阶段在地球内力平衡过程中不断地向地球内部循环。从而形成了地球生态平衡发展的必然规律。
2．释放地震内力建筑结构体系的新技术。
释放地震内力建筑结构体系新技术的设计依据采用的动态平衡原理为以柔克刚，其主要特点是能非常有效地减弱地震灾害对建筑物的破坏程度。经中国建筑工程师陆建多年研究而发明的“建筑物消震装置”和“建筑物抗震减零装置”的两项新技术已经先后获得了中国、美国、英国的发明专利权，它彻底改变了以往的插入式钢箍捆住地震内力的建筑结构体系，从而将建筑物整体十分巧妙的隔离成两个受力体系，改变了地震破坏力的传播介质，化直接传递为间接传递。“这种新技术集结了全球常规抗震技术的优点，重点突破且解决了建筑结构抗震的动力平衡问题，从建筑结构抗震设计力学理论中首次提出了分离式释放地震内力的建筑结构体系。”⑥
“建筑物消震装置”和“建筑物抗震减零装置”不仅完全适用于新建筑结构，同时也适用于使用中的已经建成的建筑结构的减震、抗震、消零措施。它的适用范围大，无论是工业建筑和民用建筑、铁路桥梁和公路桥梁，还是塔式和倒摆式结构等建筑结构都可适用。
3．建筑结构抗震设计力学理论新技术的应用。
“‘建筑物消零装置’在建筑物基础遭到地震爆发时能够起到安全保护的作用，它能够从任一方向彻底切断地震波冲击建筑物基础的传力路线。确保建筑物基础安全，从而使建筑物上部结构不会出现倾斜与倒塌。”⑦通过将“建筑物消零装置”与“建筑物抗震减震装置”相结合，还能更加有效的保证高层建筑的安全使用。这种新技术还可用于旧建筑物的消震保护。尤其对展览馆、大会堂、影剧院、大礼堂等这类五十年代到八十年代的旧建筑物，对于那些无法抗震加固的古建筑和大型建筑的消震保护也十分奏效。这种新技术在不影响古旧建筑物的使用和不用搬迁的情况下进行，比常规抗震加固要安全得多，同时还能节省出近一半的投资，就是用于新建筑也能比常规设计剩下五分之一的投资。
六、 结语
随着经济的高速发展，城镇规模的不断扩大，以及人口特别是城市人口的不断密集，地震等重大自然灾害对国民经济的每个环节的破坏性都是显而易见、不堪设想的，虽然我们无法阻止地震的发生，但我们可以依靠科技实力把地震所带来的损失降低到最小，因此结构抗震就显得倍加重要了。通过对传统的建筑结构抗震学理论的分析，我们已经发现其在实际应用中表现出的诸多不足，甚至存在严重错误，让我们深刻认识到建筑结构抗震学理论的新技术是多么重要。要想突破自我，寻求更广泛的生存空间，就必须要打破传统观念，不能以保守的态度来面对新生事物。相信随着科学技术的不断发展，人们还能制定出更为完美的建筑结构抗震理论。
参考文献：
① 王昱，高寒秋. 简述建筑结构抗震设计的必要性
② GB 50011-2001. 建筑抗震设计规范
③ 倪广林. 对建筑结构抗震设计的若干思考
④ 乔建斌. 浅谈建筑结构抗震设计
⑤ 雪伟. 建筑结构抗震设计力学理论分析报告
⑥ 罗群，渠建新，朱葳. 地震工程研究的新进展
⑦ 钟裔龙，张永山. 现代科学技术在工程结构抗震研究中的应用
张大伟，郭立英，于学智. 建筑结构抗震设计中的概念设计
郭继武．建筑抗震设计[M]．北京：高等教育出版社，1999．
黄宜华. 建筑结构抗震概念设计及减轻地震灾害的措施
郑良知 建筑结构三维抗震设计复杂体型结构抗震设计及实例 1995
