我國(guó)地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣，是一個(gè)震災(zāi)嚴(yán)重的國(guó)家。抵抗地震，保障建筑物的安全，是目前我國(guó)大部分建筑結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)重點(diǎn)。隨著地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)的積累，歷次抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修編對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的要求也不斷提高，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越困難。
醫(yī)療建筑在人民日常生活及防災(zāi)救災(zāi)方面具有重要作用，尤其在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，它應(yīng)確保主體結(jié)構(gòu)不被破壞，從而保證醫(yī)療活動(dòng)正常進(jìn)行。因而，國(guó)家有關(guān)規(guī)范對(duì)醫(yī)療建筑的抗震安全要求是很高的。
《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》第三十五條規(guī)定 ：
“新建、擴(kuò)建、改建建設(shè)工程，應(yīng)當(dāng)達(dá)到抗震設(shè)防要求。
重大建設(shè)工程和可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)務(wù)院有關(guān)規(guī)定進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)，并按照經(jīng)審定的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告所確定的抗震設(shè)防要求進(jìn)行抗震設(shè)防。建設(shè)工程的地震安全性評(píng)價(jià)單位應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)，并對(duì)地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告的質(zhì)量負(fù)責(zé)。
前款規(guī)定以外的建設(shè)工程，應(yīng)當(dāng)按照地震烈度區(qū)劃圖或者地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖所確定的抗震設(shè)防要求進(jìn)行抗震設(shè)防 ；對(duì)學(xué)校、醫(yī)院等人員密集場(chǎng)所的建設(shè)工程，應(yīng)當(dāng)按照高于當(dāng)?shù)胤课萁ㄖ目拐鹪O(shè)防要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，采取有效措施，增強(qiáng)抗震設(shè)防能力。”
《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》
為保證上述法律制度的有效實(shí)施，中國(guó)地震局在廣泛調(diào)研和咨詢論證的基礎(chǔ)上，依法確立了學(xué)校、醫(yī)院等人員密集場(chǎng)所建設(shè)工程抗震設(shè)防要求的確定原則，對(duì)有關(guān)問題做出了詳細(xì)規(guī)定。
我國(guó)抗震規(guī)范要求的不斷提高，可以從我們歷年來(lái)設(shè)計(jì)過的建筑結(jié)構(gòu)布置中直觀地感受出來(lái) ：同一城市，建筑使用功能相同，層數(shù)相近，2006 年建設(shè)的某醫(yī)院住院樓采用框架 - 剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻厚 350 毫米，在建筑平面“長(zhǎng)寬比”較大（長(zhǎng)寬比越大越不利于結(jié)構(gòu)抗震）的情況下，墻體數(shù)量較少便可實(shí)現(xiàn) ；
2014 年建設(shè)的某醫(yī)院住院樓采用框架 - 剪力墻結(jié)構(gòu)，平面長(zhǎng)寬比較小的情況下，剪力墻數(shù)量依然有所增加，且最小墻厚需400 毫米 ；而 2017 年的某醫(yī)院住院樓，墻體數(shù)量需要相當(dāng)多，且墻厚至少需 500 毫米才能滿足計(jì)算要求。
抗震設(shè)防要求的不斷提高會(huì)導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、柱、剪力墻）尺寸增加，直接提高結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)，而對(duì)于一個(gè)完整的建筑，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸越大，意味著留給設(shè)備管線、人員使用的空間越小。
醫(yī)療建筑功能復(fù)雜，各層平面布局無(wú)規(guī)律，設(shè)備管線錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件（如剪力墻、柱）的布置位置和大小限制很嚴(yán)格，在剪力墻上開洞頻繁。在功能復(fù)雜、設(shè)備繁多的醫(yī)療建筑中，這些空間損失給業(yè)主帶來(lái)的影響，遠(yuǎn)比土建成本的增加更為嚴(yán)重。
因此，我們需要改變抗震設(shè)計(jì)的思路。傳統(tǒng)的建造結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是依靠增加構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和延性來(lái)增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，來(lái)抵御地震作用，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是地震力越大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件就需要越強(qiáng)，即“以剛制剛”的“硬抗”，而地震力在建筑結(jié)構(gòu)中的作用，卻恰恰也是“吃硬不吃軟”，構(gòu)件截面越大，所吸收的地震力也就越強(qiáng)，二者不斷“惡性循環(huán)”，所以只能不斷加大配筋、增大截面，直到能完全抵抗地震力的程度。
因此，在高抗震烈度地區(qū)，上述“硬抗”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路在平面復(fù)雜的醫(yī)療建筑中已經(jīng)遇到了瓶頸，剪力墻數(shù)量不斷增加、厚度不斷加厚，柱子截面也不斷增大，已經(jīng)嚴(yán)重影響了建筑功能的發(fā)揮。
相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，
采用消能減震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)體系，就像是打太極一般“以柔克剛”，采用可以吸收和消耗地震能量的專用消能部件，如防屈曲約束支撐、軟鋼剪切阻尼器、黏滯阻尼器、粘彈性阻尼器等等，這些部件具有極大的耗能作用，
在強(qiáng)地震中能有效消耗建筑結(jié)構(gòu)的地震能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件免遭損壞，確保建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震中的安全。它們“以疏代堵”地耗散地震能量，地震災(zāi)害發(fā)生之后只需更換損壞的消能部件即可。
從
結(jié)構(gòu)土建部分的經(jīng)濟(jì)性角度講，傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)遵循“硬抗”地震的思路，通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、加大構(gòu)件斷面、加多配筋等方法提高抗震性能，導(dǎo)致抗震結(jié)構(gòu)的造價(jià)大大提高。
消能減震結(jié)構(gòu)是通過“
柔性消能”的途徑以減少結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，因而可以減少剪力墻的設(shè)置，減小構(gòu)件尺寸，減少配筋，而其抗震安全度反而得到提高，并且其施工安裝速度快，減少了濕作業(yè)內(nèi)容，可以縮短施工周期。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用總結(jié)，消能減震結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系相比，可以節(jié)約結(jié)構(gòu)造價(jià) 5%~10%。
從
建筑綜合經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)講，采用消能減震技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系更是提高了整個(gè)建筑的性價(jià)比。由于消能器的設(shè)置，剪力墻的數(shù)量可以極大減少，甚至不需要剪力墻，
這在平面和空間上對(duì)整個(gè)建筑是極其有利的，消能構(gòu)件本身體積小，在平面和空間上占用的空間很有限，建筑開門無(wú)須再考慮剪力墻開洞的計(jì)算問題，設(shè)備管線穿墻也無(wú)須再經(jīng)過結(jié)構(gòu)專業(yè)的復(fù)核計(jì)算，建筑房間布局靈活，輕質(zhì)隔墻位置可以靈活更改，
在建筑使用后期如需重新布置、裝修，也無(wú)須考慮結(jié)構(gòu)承重墻的位置。由于去掉了厚重的剪力墻，使得建筑使用面積增加，通透寬敞的使用空間讓整個(gè)建筑都顯得輕快起來(lái)。
天津市建筑設(shè)計(jì)院醫(yī)療設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的天津市咸水沽醫(yī)院遷址擴(kuò)建項(xiàng)目，位于天津市津南區(qū)，裙房地上 3 層，主樓地上 10 層，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），場(chǎng)地類別 IV 類，根據(jù)國(guó)家及地方的規(guī)定，按照 8 度（0.3g）采取地震作用計(jì)算，按 9 度采取抗震措施，這樣的抗震設(shè)防要求，已經(jīng)接近規(guī)范的最高要求。
經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，若采用框架 - 剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻厚度需達(dá)到550 毫米，會(huì)影響建筑樓梯凈寬、水暖風(fēng)機(jī)、立管位置，占用過多使用面積，建筑空間效果也會(huì)變得非常笨重。
采用消能減震技術(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的體型及受力特點(diǎn)，選用適合本工程的消能器，經(jīng)多輪試算比較后決定采用框架 + 防屈曲約束支撐體系，無(wú)剪力墻，極大地方便了建筑空間布置，提高了空間使用效率，結(jié)構(gòu)的抗震性能也得到了保證，建筑整體經(jīng)濟(jì)效益明顯提升。借助消能建筑技術(shù)，本工程受到了甲方高度好評(píng)，還將成為 2 星級(jí)的綠色建筑。
消能減震技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)抗震安全性能的前提下，給建筑帶來(lái)很高的綜合經(jīng)濟(jì)性，而這種體系計(jì)算分析的復(fù)雜煩瑣程度，比起傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，計(jì)算工作量增加了近一倍，并且計(jì)算分析手段也從傳統(tǒng)的僅需進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性階段線性分析，增加到除上述分析外還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析，另外還需進(jìn)行消能器周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能化設(shè)計(jì)，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提出了更高的專業(yè)技術(shù)要求。
越是采用新技術(shù)，越應(yīng)該保證它的可靠性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的使命就是保證建筑的安全，實(shí)現(xiàn)建筑的功能，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。無(wú)論技術(shù)如何發(fā)展，抗震要求如何提高，我們都會(huì)把加法留給自己，把減法留給業(yè)主，復(fù)雜的設(shè)計(jì)由我們來(lái)實(shí)現(xiàn)，業(yè)主得到的，永遠(yuǎn)是經(jīng)濟(jì)合理美觀安全的設(shè)計(jì)成果。
原文源自《醫(yī)養(yǎng)環(huán)境雜志》2019年第5期；
原文作者/張宸瑞 天津市建筑設(shè)計(jì)院醫(yī)療設(shè)計(jì)院;
原文編輯/侯立萍
當(dāng)前位置：
