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  • 芦山地震警示:绿色建筑抗震性策略探讨分析2
    时间:2013-04-24 10:34 作者:admin 点击:
    混凝土预制体系的实践困境汶川地震可能对我国混凝土预制体系的未来实践空间有不利影响,这种在欧美国家被作为混凝土绿色施工方向的建造体系却由于国内历次大地震中预制楼板的


      
      混凝土预制体系的实践困境——汶川地震可能对我国混凝土预制体系的未来实践空间有不利影响,这种在欧美国家被作为混凝土绿色施工方向的建造体系却由于国内历次大地震中预制楼板的糟糕表现而引发了生存危机。虽然部分学者在一片质疑声中仍然争辩预制楼板的倒塌真相,但当前舆论和市场环境下,混凝土预制体系在国内的可持续发展遇到障碍几乎是必然的,然而从长远来看,既要对混凝土预制板的倒塌根源进行彻底清算,但也不须因噎废食而全面停止探索混凝土预制结构的未来发展空间;就绿色建筑而言,允许混凝土预制结构体系在国内存留确定的示范性实验机会也许仍是有益的。
      
      绿色再生混凝土的开发——再生骨料混凝土是一种循环利用的资源,它以工业废料替代水泥,利用废弃混凝土破碎加工形成的再生骨料取代天然碎石作为混凝土骨料,可以减轻混凝土在制造过程中对自然资源的损耗和破坏,因此同混凝土预制技术一样也是混凝土建筑走绿色目标的基本路径之一,然而再生混凝土的开发应用同样存在抗震研究薄弱的问题,目前再生混凝土大多只应用于结构的基础或少量次要构件部分,如果期望进一步扩大绿色再生混凝土在主体结构中的应用场合,实际上也同时意味着建筑地震风险的暴露,也即:混凝土材料愈绿色,抗震性能愈可能不确定。在目前再生混凝土的配合比设计方法尚不完善的状态下,学术界对再生混凝土抗震性能研究的系统性方面远弱于普通混凝土,这使得工程师在用绿色混凝土诠释建筑师的绿色设计理念时,有可能在结构抗震的可靠性方面留下隐患。
      
      三、绿色建筑耐震性能提升路径的策略分析
      
      各国的抗震规范中普遍采用“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设计思想[3],这是以保障生命安全为单一设防目的,尽管它可以做到大震时主体结构不倒塌以保障生命安全,但它不能完全保障在中小地震下结构的正常使用功能的丧失,从而引起巨大经济损失。作为地震中受创最深的国家,我国的绿色建筑设计有充分理由对上述标准作适当提升,这也是对汶川地震经验教训的现实回应;然而,现实的另一面则是必须严格控制绿色建筑耐震性能的提升幅度以划定明确的限阈。建筑师和工程师应该明白,没有无限抗震的建筑,建筑师不应也没必要试图设计出无限抗震的绿色建筑,对基于小概率事件的抗震设防,仍要顾及社会经济发展的现实;绿色建筑的耐震性能可以提升到哪一步,比如“极震不倒”,抑或“大震不坏”,这是需要通过具体的决策分析才能决定取舍的选择题。
      
      根据现实条件所确定的推进路径,我国绿色建筑耐震性能提升的相关策略可以概括为以下三项要求,即:不追求“大震不坏”;可追求“极震不倒”;应实现“大震可修”。
      
      1.不追求“大震不坏”
      
      对于城市中的重要生命线工程,从防止次生灾害产生以及对震后救援工作的支撑角度着眼,可要求其抗震标准达到“大震不坏”,而不是“大震不倒”;然而,除了这类为数不多的工程,一般的绿色建筑不应轻易以“大震不坏”作为设防目标,因为绿色建筑覆盖层面很广,在其生命周期内遭遇大震的概率很小,如果抗震投入不能维持适度水平的可持续性,将给整个社会带来极为沉重的发展负担。
      
      2.可追求“极震不倒”
      
      追求“极震不倒”并不意味着对绿色建筑需严格按此标准来设计,极震相比大震是更为罕见的概率事件,从现实角度不可能为极震这种极小概率事件投入更高消耗的抗震设防资源,这与不追求“大震不坏”是一个道理;但“极震不倒”与“大震不坏”在本质上仍有所不同,社会和公众能容忍“大震可坏”,但不愿容忍“极震可倒”,虽然“极震可倒”从基于现实条件的抗震决策角度并无不妥也可理解,但社会反响较差,这从汶川地震后公众对专家解释建筑倒塌原因源于极震的说法嗤之以鼻能看出一斑;对于绿色建筑而言,“极震可倒”和“大震可坏”两者之间更有建筑可持续发展层面上的差异,前者意味着建筑生命周期的彻底终止,后者则意味着建筑通过加固维修或许仍可延续生命。
      
      事实上,追求“极震不倒”可通过合理的结构布局和冗余备份的传力路径来实现,当结构仅以“大震不倒”标准来设计但却通过加强结构抗震鲁棒性(robustness)从而有可能获得远超设防标准的所谓极震下不倒塌的安全储备或潜力,这比纯粹依靠提高结构抗震设防标准所花资源要相对节省,例如汶川地震中北川极震区(地震烈度达到11-12度,远超8度大震的水平)仍有部分房屋虽然仅按7度标准设计但构造合理而有较高抗震冗余度,并未在地震中被摧毁,说明在对付超过设防标准之上的罕见概率极震风险时,抗震冗余设计在获取安全储备潜力方面有较高性价比,较之其它抗震设计手段更符合绿色建筑节约资源的可持续发展理念。
      
      绿色建筑不需严格按“极震不倒”标准设计但可通过加强抗震鲁棒性来追求“极震不倒”的潜力,从技术上说,抗震冗余设计既可以是简单参照台湾绿宪章条款而执行正确的结构抗震布局要求,也可能是进行很简单的多重传力路径设置,例如结构设计成多跨形式而非单跨框架,或者教室走廊添加立柱而非悬挑以避免因为某些局部构件的破坏而导致整个结构的倒塌,但抗震冗余设计也有很多新的概念需要建筑师学习掌握以便于方案布置调整,它并非传统的抗震理论,尤其在防止连续倒塌方面,是当前结构工程领域的研究探索前沿,很多最新成果诞生于9•11事件之后,但因为专业间信息阻隔尚未被建筑师广泛认知,因此关于绿色建筑中抗震冗余设计需要建筑师更为主动的融合吸收其它学科的知识元素以确保相关设计创新的安全性。
      
      3.应实现“大震可修”
      
      “大震不倒”确保了人的生命安全,但对建筑而言,可能已经意味着其生命的非正常终止,本次汶川地震中存在着大量未倒但破坏严重的房屋被鉴定为无法再用或必须拆除的危房,如绵竹城区占总量30%的房屋属于未倒但已无修复加固可能的严重破坏状态,这说明仅仅控制建筑大震不倒仍然会造成社会财产的极大损失,这点在发达国家的震害中表现更加突出,伤亡人员极少但大量房屋变形损害使建筑功能丧失却无法修复(美国洛杉矶1994年北岭大地震中,因建筑倒塌死亡仅数十人,但数万间房屋损毁造成的财产损失竟高达300多亿美元),因此“大震不倒”未必是匹配建筑全生命周期的最佳模式,如果从绿色建筑的角度来观察,可以考虑将“大震不倒”的要求向上进一步提升,尽管一方面提高设防标准意味着使用了更多资源抗震,但也避免了大量绿色建筑经历地震虽不倒却被迫等待拆毁的命运,因此这可以看成是全局层面上绿色资源的节约。
      
      传统的抗震结构在其设计过程中,工程师一般都是依据有关规范的条文要求来保证结构具足够的承载力和刚度以及一定的延性,其抗震变形控制具有很大不确定性。尽管传统结构在强震作用下或许能幸免倒塌,但其主要结构构件的破坏或塑性变形将是十分严重的,震后要花费极大的代价才能修复甚至根本无法修复,因此以防止倒塌、保证生命安全为目标的传统抗震结构已远远不能满足现代社会的要求。本次汶川地震再次表明,遵从传统的结构抗震策略其建筑损伤程度是无法控制的;因此,基于绿色建筑的特殊使命和生命规划要求,仅仅以“大震不倒”作为其抗震设计目标偏低,而另一方面将绿色建筑整体提升到“大震不坏”也难以被现实经济水平所承受,因此两相权衡,针对小概率地震事件的绿色建筑抗震策略可以演化为将耐震门槛限定于“大震可修”水平,既可以避免对不可测事件投入超量资源,也可以保证绿色建筑在大震后至少处于能被加固维修并重新使用的状态以重续其生命周期。
      
      四、结语
      
      绿色建筑并非天生耐震,尽管其设计宗旨是强调与自然共生,然而绿色建筑大多数并未在抗震设计理念上有专属性的突破,相反倒是在绿色化设计过程中隐伏了某些抗震目标的不确定性。基于此,作为中国建筑学会在汶川震后所发布专项研究课题的部分内容,本文就绿色建筑的抗震问题展开了一些初步讨论,包括绿色建筑耐震性提升的限阈、抗震冗余设计、潜在技术风险和绿色指标评估等多层面内容,期望能以此更清晰地描述绿色建筑所适用的抗震概念和策略,确保绿色建筑比普通建筑更好的地震生存能力和抗震冗余水平;同时论文在确定的耐震性提升限阈内引入了绿色建筑的大震可修概念,试图探讨绿色建筑通过主体和非主体结构的震后功能性态恢复以实现其在小概率灾难事件下的寿命保全策略。

     

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