智利圣地亚哥。 视觉中国 图

近几个月，“包邮区”偶发微震，有惊无险。其实，从全球范围来看，防震抗灾始终是城市建设的重要议题。

　　在建筑规范技术上，城市结合自身特点，在规划设计、分区布局、建设技术等领域都有新探索，安居各有招。

　　2003年1月21日，一场不幸的灾害中，一个工程界奇迹被世界见证——

　　发生在墨西哥Colima州沿海地区的7.6级地震，给处于断层附近的墨西哥城再次带来巨大的破坏。然而，在30秒的强烈震动过程中，Torre Mayor大楼震感强度比其他建筑小很多。液体阻尼器如同“安全气囊”，最大限度吸收和消耗了地震带来的冲击能量，成功起到减震作用。由此，这幢楼成为世界抗震工程领域的标志性建筑之一。

　　地震是人类社会面临的自然灾害之一。据统计，地球每年平均发生500万次左右的地震，其中，5级以上的破坏性地震约1000次。目前，科学技术还不能准确预测并控制地震的发生。

　　对城市而言，如何更好地防范及降低地震带来的影响，是一项长期工作。工程实践证明，对建筑结构进行抗震设计是减轻地震灾害的一种积极有效的方法。

　　全面分析

　　对抗“七伤拳”

　　地震对建筑的破坏，可以用“七伤拳”来形容，而建筑抗震设计可从对结构与力的充分研究出发，对症下药。

　　近年来，日本和许多国家一样，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路。其中，“免震结构公寓”是诸多新技术的集中展示。

　　一座建在埼玉县川口市的55层公寓在设计中，使用了直径最大达800毫米、管壁厚度40毫米的钢管，管中注入比普通混凝土强度高3倍的高强度混凝土，该公寓共使用这种钢管168根。同时，这一建筑还使用了刚性结构抗震体。通常来说，高层公寓以柔性结构为主流，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。如发生阪神大地震级别的地震时，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。另一幢建在东京的免震结构公寓，高达93米，建筑物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，在烈度为6的地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。

　　在低层、多层住宅建筑方面，轻型木结构是北美、新西兰等国家采用的主要结构形式。这种类型的结构主要是以钢筋混凝土或砌体为基础，上部结构采用规格材料和木基结构板材以及其他工程木产品，其特征类似箱型结构。美国现代建筑规范对轻型木结构的抗震设计都有详细的设计规定。北美洲历史上几次大地震的经验表明，在满足规范要求的前提下，轻型木结构因其自身质量轻、强度高以及结构的高次超静定等特性，均表现出良好的抗震性能。

　　1964年阿拉斯加地震，是20世纪北美震级最大的地震之一，里氏8.4级。这次地震的特点之一是地震与其之后的余震间隔时间很短，造成该州安克雷奇市人口密集区的地表滑移。轻型木结构的建筑在地震中表现出良好的结构整体性，即使在地表运动的情况下，除了建筑物位置方向发生变化，其余均未造成很大的破坏。

　　从建筑结构变革趋势来看，施工技术的发展往往领先于结构设计的发展，当前结构抗震研究的重要目标是加快发展抗震设计方法，更经济安全地保持地震后的建筑功能。现代抗震设计方法始于20世纪初，随着人们对震动和结构反应特性研究的不断深入，结构抗震理论研究经历了以结构承载力分析为主，发展到兼顾承载力和结构变形，再到全面分析结构的承载力、变形、损伤和耗能的过程。

　　在一个多世纪的工程技术发展过程中，研究者们提出的抗震设计基本思路大致有5种：基于承载力的抗震设计方法，基于延性的抗震设计方法，基于损伤耗能的抗震设计方法，能力抗震设计方法，基于性能的抗震设计方法。

　　堵不如疏

　　苦练“乾坤大挪移”

　　2010年3月，一场8.8级特大地震突袭智利，其强度之大震惊世界。当地大部分建筑扛住了巨震。尽管大地震发生在距离其首都圣地亚哥325公里之外，但圣地亚哥市感受到的地震强度也达到了8.2级。之后几天，有人乘车从智利首都圣地亚哥机场前往市区。一路上交通顺畅，车流时速超过100公里。放眼望去，高速公路两旁看不到一栋倒塌的建筑。很难想象，这是一座刚刚经历了大地震劫难的城市。

　　据统计，当时圣地亚哥99%的房屋都成功躲过一劫，虽有一些房屋开裂，但仅有20多栋房屋严重受损。其中原因，除了政府要求所有建筑都按照抗击9级地震的标准来设计之外，还有不少独具匠心的设计思路。“乾坤大挪移”便是其中之一。

　　由于智利曾遭受大地震的袭击，当地人深知地震的巨大动能无法抵抗，所以智利防震设计的理念不是建造坚不可摧的建筑，而是尽可能地缓冲、释放地震能量，对其加以引导，最大限度地保全建筑物，减小损失。堵不如疏，在已有的实践中妙招频频。

　　如：多层房屋的混凝土楼板被专门设计成两块，中间用橡胶或泡沫分隔开。当地震来临时，可以缓冲巨大的冲力，从而保证楼板不会因为扭曲而断裂。

　　在地震中，圣地亚哥机场候机楼连接高速公路的一座桥梁一端塌陷，引发外界质疑。对此，设计师的回应出乎所有人意料——这是“故意的”。设计师的考虑是，如果桥的两端都固定连接，大地震来临时，强大的张力会拉垮与之相连的候机楼或是高速公路。只有一端固定，大地震来时，经过特殊处理的“非固定”一端受力后会自然塌下来，既保护了候机楼，又保护了公路。

　　在智利这一地震多发国家，广泛采用“强柱弱梁”的抗震设计。这一理念是为了在特大地震发生时，通过梁的断裂来缓冲地震能量，但是柱不会断，尽可能保证楼房不会整体倒塌，从而在最大限度地减少伤亡。地震中受灾最严重的康塞普西翁市区，一幢顶部出现30度倾斜的高层建筑，有数层楼的楼板都塌了，但大楼的柱子并未断裂，依然矗立。

　　针对如何引导、释放地震动能，各国科学家和工程领域专家的发明天马行空，充满想象力。

　　一家日本公司开发了名为“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。局部浮力系统在上层结构与地基之间设置贮水槽，水的浮力承担建筑物大约一半重量。这样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，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。以8层楼医院建筑为例，配备这一系统的成本比普通抗震系统高出大约2%。

　　德国科学家则研制出了一种特殊的“抗震墙纸”。地震中大部分的伤亡是由倒塌的房屋造成的。现有的一些抗震材料，比如一种特殊的弹簧结构，可以在地震中减少冲击。然而，这类材料往往很昂贵，德国研究人员希望找到成本更低的替代品。“抗震墙纸”应运而生，它是一种带有玻璃纤维的特殊布料，可以作为砖混结构墙的墙纸使用。材料的主要成分是一种聚氨酯分散体，有助于加固最脆弱的地方。墙纸作用原理是将地震所释放的能量分散到整面墙壁上，避免像窗户和门框这样脆弱的结构超载。测试过程中发现，“抗震墙纸”一定程度上防止了各种结构的崩塌。即使没有完全防止，也可减缓其崩塌的过程，争取更多人员逃生的时间。

　　古今相通“以柔克刚”

　　在建筑抗震领域，古今中外的“鲁班”们，思想也有共通之处。

　　我国古代建筑中，有不少经历多次强烈地震仍然完好无损，这是中国乃至世界建筑史上的佳话。柔性框架、台基隔震、斗拱承托、榫卯连接……这是木结构古建筑的抗震机理。

　　例如，木结构房屋中，结构构件的联结均采用榫卯联结，虽然榫卯削弱了木构件的承载面积，使节点处的承载力有所下降，但古建筑结构中材料余度很大，削弱后的木截面面积仍足以承受较大荷载，从而充分利用了半刚性接头的柔性。榫卯联结不仅改变了结构的特性，而且在地震过程中，由于榫卯接触面的摩擦，耗散了地震能量，相当于在节点处安装了阻尼器，从而减小了结构的地震响应。

　　再如，优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一，对提高建筑的抗震能力也做出过贡献。形成大屋顶需要复杂结构和大量构件，大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性;庞大的屋顶以其自重压在柱网上，也提高了构架的稳定性。

　　几千年后的英国科学家则致力于利用纳米聚合体粒子研发特殊墙体，从而建造一种能在地震中“自我愈合”的特殊房屋。据称，这种墙体在压力（地震期间）的挤压下，纳米聚合粒子将流入裂缝中并变硬，形成固体材料，从而对房屋的裂缝进行自动填补。

　　在希腊，同样有研究人员探索可以自我保护和修复的“智能屋”，路径却与英国人不尽相同——“智能屋”里安装了多种传感设备，即便是对最轻微的震动也会有所察觉，并可借助屋内设备减少甚至抵消地震带来的震动。