抵抗地震災害的動力學結構平衡體系

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：全世界建筑設計的理論是錯誤的，即建筑結構抗震設計中的嚴重問題：

一、捆住地震內力的結構體系

1、現(xiàn)行建筑結構抗震技術存在的錯誤：

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構，即將建筑物的基礎和上部結構設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計，就不得不從結構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并直接將沖擊力傳遞給上部結構，上部結構的作用力加上地震產(chǎn)生的內力又反作用于基礎，因而建筑物基礎的強度設計要求，應是地震力和上部結構反作用力的疊加。地震破壞力是往覆水平剪切力，上部結構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構中是很難達到實際抗震設計要求的，現(xiàn)在的建筑物一般都是偏于保守的理想設計和建造，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，插入式建筑結構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力的結構，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構體系在正常情況下，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構受力傳力路線明顯發(fā)生混亂，建筑結構設計的極其重要的力學原則：

、不論在任何情況下，結構的傳力路線必須清楚。

、以當?shù)氐淖畈焕饨缫蛩貫樵O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：運動中建筑結構內力的傳遞必須正確、清楚。

插入式整體建筑結構在地震時，將地震破壞力直接傳遞給上部結構，使上部結構發(fā)生搖晃，由于上部結構是剛箍捆住內力的結構，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，地震又很快的不斷的沖擊建筑物的基礎，向上部結構輸送地震能量。這樣上部結構返回的作用力，同基礎傳來的地震內力發(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，也是結構的破壞點，通常都在基礎與上部結構的交面上，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計方案中，已經(jīng)出現(xiàn)了新的結構，如：美國紐約的42層高層建筑物，建在于基礎分離的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)明專利權的，剛柔性隔震、減震、消震建筑結構與抗震低層樓房加層結構，都十分成功的應用于工程實踐中，都明顯的在建筑結構體型上，改變了傳統(tǒng)的插入式剛箍捆住內力的結構體系。總之都在建筑設計的結構方面設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力的結構體系。其實質都反映了對“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、死抗地震打擊設計規(guī)范的動搖，本質上也是改變了建筑結構受力體系，而不在似地球為絕對靜止不動的慣性參考系了。

1、現(xiàn)行建筑結構抗震設計與地震場地效應的問題

現(xiàn)行建筑結構的抗震設計，是根據(jù)結構力學和建筑結構設計的理論基礎而來的。結構力學和結構抗震設計規(guī)范，將地震破壞力簡化并規(guī)定為在建筑物上部結構中的水平運動力，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，建筑物上部結構也因此被迫運動，但是建筑物上部結構的運動形式不是水平運動，而是因基礎在受地震水平力運動中，產(chǎn)生的運動力傳遞到上部結構，迫使上部結構沿地震受力方向，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)劃設計，是根據(jù)城市的道路按東西南北方向和建設的需要各自排列的。將建筑物上部結構視為受水平運動，也只能有30%的建筑物的結構抗震設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產(chǎn)生的水平往覆沖擊剪切力，從而使基礎被沖擊破壞失去穩(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，而不是破壞上部建筑結構，所謂萬丈高樓從地起，就是這個道理。基礎都破壞了，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，又以基礎深度的差別體現(xiàn)在地震沖擊波的大小上，基礎越深、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施不少，都是構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)行抗震設計中，都沒有考慮地下建筑設施的自身抗震，以及對地面建筑物基礎和地基的地震場地效應所產(chǎn)生的嚴重問題。

2、現(xiàn)行建筑結構抗震樁基設計與地震場地效應的嚴重問題

現(xiàn)行抗震設計中的樁基礎的設計有兩種類型，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，構成對上部建筑物作用力的平衡。摩擦樁是通過樁基礎與一定深度的地基土層十分緊密的擠壓結合中產(chǎn)生足夠的反作用力，通過樁傳遞到地面，構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在對上部建筑物的作用力構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成了端樁基礎的整體，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，構成了摩擦樁基礎的整體，也是缺一不可的。這兩種類型的樁基礎在地震爆發(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，反而對樁身構成了往覆水平?jīng)_擊，其結果：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)，建筑物上部結構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)行予應力建筑結構在地震中的嚴重問題

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

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