抵抗地震災害的動力學結(jié)構(gòu)平衡體系

我們向全世界宣布，經(jīng)過我們20多年的潛心研究終于發(fā)現(xiàn)了：全世界建筑設(shè)計的理論是錯誤的，即建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的嚴重問題：

一、捆住地震內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系

1、現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)存在的錯誤：

世界各國采用的抵抗地震破壞的建筑物體的基本類型，都是以吸收地震能量為主的插入式整體結(jié)構(gòu)，即將建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計為絕對不可分割的剛體插入地球，因而建筑物抵抗地震破壞力的受力分析和設(shè)計，就不得不從結(jié)構(gòu)整體考慮建筑物的抗震性能，地震破壞力是通過土層和巖石沖擊建筑物的基礎(chǔ)并直接將沖擊力傳遞給上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)的作用力加上地震產(chǎn)生的內(nèi)力又反作用于基礎(chǔ)，因而建筑物基礎(chǔ)的強度設(shè)計要求，應是地震力和上部結(jié)構(gòu)反作用力的疊加。地震破壞力是往覆水平剪切力，上部結(jié)構(gòu)的反作用力是垂直于地面的。這樣兩個方向互相垂直，并處于運動沖擊狀態(tài)的作用力，在一個平面上會交了。地震破壞力以強大的往覆水平推動力，推動著建筑物基礎(chǔ)做水平往覆運動，因而很容易分析，在這兩種力的會交面上，實質(zhì)上形成了遠大于地震破壞力的往覆剪切力。因此，建筑物的抗震能力在插入式整體結(jié)構(gòu)中是很難達到實際抗震設(shè)計要求的，現(xiàn)在的建筑物一般都是偏于保守的理想設(shè)計和建造，因而投資也在大大增加，即便如此，在實際的地震災害中，建筑物受破壞的程度依然是很嚴重的，進而也無法擺脫和減輕地震災害，給人民的生命和財產(chǎn)造成的巨大損失。

歷史的教訓足已充分說明，插入式建筑結(jié)構(gòu)體系受到了嚴峻的檢驗，即似地球為相當好的慣性參考系，又將建筑物體插入地球，形成不可分割的剛體。在過去的年代，建筑物還處于低層范圍時，問題還不嚴重，而在現(xiàn)代化高層、重型建筑中，仍然是采用插入式剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)，在實際的地震災害中存在著嚴重的隱患。插入式整體建筑物結(jié)構(gòu)體系在正常情況下，即非地震靜止狀態(tài)，是沒有問題，而在地震災害爆發(fā)時，插入式整體建筑物體系的結(jié)構(gòu)受力傳力路線明顯發(fā)生混亂，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的極其重要的力學原則：

、不論在任何情況下，結(jié)構(gòu)的傳力路線必須清楚。

、以當?shù)氐淖畈焕饨缫蛩貫樵O(shè)計依據(jù)，如很多地區(qū)必須考慮可能發(fā)生的最大地震破壞力。這就是說建筑物抵抗地震破壞的正確條件是：運動中建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的傳遞必須正確、清楚。

插入式整體建筑結(jié)構(gòu)在地震時，將地震破壞力直接傳遞給上部結(jié)構(gòu)，使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生搖晃，由于上部結(jié)構(gòu)是剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)，因而在搖晃中產(chǎn)生的巨大能量沒有釋放點，而被迫返回基礎(chǔ)，地震又很快的不斷的沖擊建筑物的基礎(chǔ)，向上部結(jié)構(gòu)輸送地震能量。這樣上部結(jié)構(gòu)返回的作用力，同基礎(chǔ)傳來的地震內(nèi)力發(fā)生沖撞，沖撞最厲害的集中點，就是能量集中釋放的突破點，也是結(jié)構(gòu)的破壞點，通常都在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的交面上，破壞的形式是剪切破壞，而整個建筑物不是倒塌就是傾斜。

目前，許多國家在高層建筑的抗震設(shè)計方案中，已經(jīng)出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)，如：美國紐約的42層高層建筑物，建在于基礎(chǔ)分離的98個橡膠彈簧上，日本的建在弧型鋼條上防地震建筑物，前蘇聯(lián)的建在與基礎(chǔ)分離的沙墊層上的建筑物，以及在中國已經(jīng)獲得了美國、中國和英國發(fā)明專利權(quán)的，剛?cè)嵝愿粽?、減震、消震建筑結(jié)構(gòu)與抗震低層樓房加層結(jié)構(gòu)，都十分成功的應用于工程實踐中，都明顯的在建筑結(jié)構(gòu)體型上，改變了傳統(tǒng)的插入式剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系。總之都在建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)方面設(shè)法擺脫在地震災害時，嚴重威脅著人們的生命安全的插入式剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系。其實質(zhì)都反映了對“似地球為相當好的慣性參考系”為指導理論，所制定的現(xiàn)行抗震硬抗、死抗地震打擊設(shè)計規(guī)范的動搖，本質(zhì)上也是改變了建筑結(jié)構(gòu)受力體系，而不在似地球為絕對靜止不動的慣性參考系了。

1、現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與地震場地效應的問題

現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ)而來的。結(jié)構(gòu)力學和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范，將地震破壞力簡化并規(guī)定為在建筑物上部結(jié)構(gòu)中的水平運動力，對建筑物的水平作用力與反作用力的硬抗平衡，這一規(guī)定實質(zhì)上存在著嚴重的問題和錯誤。

其一：地震爆發(fā)時，首先是大地在做往覆水平運動，由于建筑物基礎(chǔ)插入大地，因而必然隨大地的往覆水平運動而運動，建筑物上部結(jié)構(gòu)也因此被迫運動，但是建筑物上部結(jié)構(gòu)的運動形式不是水平運動，而是因基礎(chǔ)在受地震水平力運動中，產(chǎn)生的運動力傳遞到上部結(jié)構(gòu)，迫使上部結(jié)構(gòu)沿地震受力方向，作反方向S形式傾斜擺動；

其二：地震爆發(fā)時的沖擊波只有兩個方向，而現(xiàn)在所有城市的建筑物的規(guī)劃設(shè)計，是根據(jù)城市的道路按東西南北方向和建設(shè)的需要各自排列的。將建筑物上部結(jié)構(gòu)視為受水平運動，也只能有30%的建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計受力方向與地震沖擊波受力方向相同，而70%的建筑物的抗震設(shè)計受力方向與實際地震沖擊波的沖擊方向，處于非常不利的位置，當?shù)卣鸨l(fā)時，只有少數(shù)正好與地震沖擊波方向協(xié)調(diào)一致的建筑物不一定破壞，而大多數(shù)與地震沖擊波方向不一致的建筑物，自然就很難逃脫地震沖擊破壞倒塌的后果。地震對建筑物的沖擊破壞，主要是對建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生的水平往覆沖擊剪切力，從而使基礎(chǔ)被沖擊破壞失去穩(wěn)定后，造成上部建筑物的破壞和倒塌，地震沖擊波首先是破壞了基礎(chǔ)，而不是破壞上部建筑結(jié)構(gòu)，所謂萬丈高樓從地起，就是這個道理?；A(chǔ)都破壞了，上部建筑自然就保不住了；

其三：城市中建筑物的類型是多種多樣的，主要反映在超高層、高層、多層和輕重型建筑之分，而這些不同類型的建筑，又以基礎(chǔ)深度的差別體現(xiàn)在地震沖擊波的大小上，基礎(chǔ)越深、越大，受地震沖擊波的沖擊自然很大，在加上城市地下建筑設(shè)施不少，都是構(gòu)成城市地震場地效應發(fā)生互相變化的種種直接因素?，F(xiàn)行抗震設(shè)計中，都沒有考慮地下建筑設(shè)施的自身抗震，以及對地面建筑物基礎(chǔ)和地基的地震場地效應所產(chǎn)生的嚴重問題。

2、現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震樁基設(shè)計與地震場地效應的嚴重問題

現(xiàn)行抗震設(shè)計中的樁基礎(chǔ)的設(shè)計有兩種類型，一種是端承樁類型，另一種是摩擦樁類型。端承樁是將深層的地基反作用力通過樁傳遞給地面，構(gòu)成對上部建筑物作用力的平衡。摩擦樁是通過樁基礎(chǔ)與一定深度的地基土層十分緊密的擠壓結(jié)合中產(chǎn)生足夠的反作用力，通過樁傳遞到地面，構(gòu)成對上部建筑物的作用力的平衡。這里必須指出的是，這兩種類型的樁基礎(chǔ)在對上部建筑物的作用力構(gòu)成平衡的充分條件是：靜力荷載，即在沒有外力的作用下成立的。

在端承樁中，端樁是反作用力的頂點，樁身是傳遞反作用力的通道，樁身四周的土層是給樁身起到了極其重要的穩(wěn)定作用，由此，可以定義：樁端的承載力，樁身的強度是和樁身四周的土層構(gòu)成了端樁基礎(chǔ)的整體，缺一不可。

在摩擦樁中，樁身的強度與樁身四周土層緊密擠壓所產(chǎn)生的反作用力，構(gòu)成了摩擦樁基礎(chǔ)的整體，也是缺一不可的。這兩種類型的樁基礎(chǔ)在地震爆發(fā)時，強大的地震水平往覆沖擊波，完全改變了上述狀態(tài)，使端承樁在地震沖擊波中，使端承樁的承載力發(fā)生水平往覆運動，不但失去對樁身的穩(wěn)定，反而對樁身構(gòu)成了往覆水平?jīng)_擊，其結(jié)果：端承樁不是破壞，就是下沉失穩(wěn)。隨著端承樁的破壞和失穩(wěn)，建筑物上部結(jié)構(gòu)自然也就處于破壞倒塌的危險境地，而摩擦樁的危險就來的更快了，地震沖擊波迫使摩擦樁樁身必須與四周土層與樁基松開，失去摩擦樁身必須與四周土層緊密擠壓的必要條件，并且土層對樁身構(gòu)成水平?jīng)_擊力，隨著摩擦樁中四周土層與樁身摩擦力的解除和改變，樁不是破壞就是失穩(wěn)，其上部建筑物隨之處于時刻會破壞和倒塌的危險之中。

3、現(xiàn)行予應力建筑結(jié)構(gòu)在地震中的嚴重問題

所謂予應力建筑結(jié)構(gòu)，是人為的在建筑結(jié)構(gòu)的主要承力構(gòu)件中，對主要承力構(gòu)件中混凝土施加予應力，一般是通過對結(jié)構(gòu)中承力構(gòu)件的鋼筋進行張拉，利用鋼筋的回彈力擠壓混凝土來實現(xiàn)的。根據(jù)對承力構(gòu)件中鋼筋的張拉，與混凝土的先后關(guān)系，又可分為先張法和后張法兩大類。

從建筑結(jié)構(gòu)中的予應力構(gòu)件，到予應力結(jié)構(gòu)的發(fā)展，已經(jīng)有較長的時間了，在建筑結(jié)構(gòu)中應用予應力構(gòu)件和發(fā)展予應力結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在很多城市的建設(shè)中，得到了較廣泛的應用。在城市建設(shè)和發(fā)展中，推廣和應用予應力構(gòu)件和予應力結(jié)構(gòu)，的確能起到一定的積極作用。但是，有一個十分重要的結(jié)構(gòu)動力學問題需要特別注重，所謂建筑結(jié)構(gòu)動力學方面的問題，也就是地震爆發(fā)時，地震沖擊波迫使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動的動態(tài)反應，地震沖擊波沖擊建筑結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生的內(nèi)力在結(jié)構(gòu)中傳遞，而予應力構(gòu)件和予應力結(jié)構(gòu)的力學模型是：