導(dǎo)語：世界建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

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（理論）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)（對地球而言），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（荷載）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(yīng)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（抓住）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(zāi)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(zāi)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(zāi)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(zāi)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：

（1）、不論在任何情況下，結(jié)構(gòu)的傳力路線必須清楚。

（2）、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(yīng)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（吸收地震能量）的結(jié)構(gòu)體系?？傊荚诮ㄖO(shè)計的結(jié)構(gòu)方面設(shè)法擺脫在地震災(zāi)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(dǎo)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(yīng)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（因而根本就沒有受水平的作用），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（基）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（如：地下建筑、地鐵、地下大型管道等），都是構(gòu)成城市地震場地效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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（壓力）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（壓力）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（壓力）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(yīng)力建筑結(jié)構(gòu)在地震中的嚴重問題所謂予應(yīng)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(yīng)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(yīng)力構(gòu)件，到予應(yīng)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(yīng)用予應(yīng)力構(gòu)件和發(fā)展予應(yīng)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(yīng)用。在城市建設(shè)和發(fā)展中，推廣和應(yīng)用予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)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(yīng)，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(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)的力學模型是：1）予應(yīng)力張拉兩端的固端成支座，是不允許有任何改變的；2）予應(yīng)力構(gòu)件或予應(yīng)力結(jié)構(gòu)在使用過程中，其構(gòu)件和結(jié)構(gòu)是不允許發(fā)生水平推動，振動彎曲和上下振動的。也就是說，予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)，只有在沒有任何外力的情況下，才能達到予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的使用要求。因此可以定義：予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全使用條件，是不能承受任何外力（尤其是地震沖擊力）的靜力使用狀態(tài)。

地震沖擊波在建筑結(jié)構(gòu)中，將無情的迫使建筑結(jié)構(gòu)中的所有梁、柱、板、墻體等受力構(gòu)件發(fā)生變形，即地震沖擊力能完全改變予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)的兩端邊界條件，使其構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中的予應(yīng)力償失。任何在使用中的予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)，當予應(yīng)力衰退和償失后，其構(gòu)件和結(jié)構(gòu)必然破壞。因此，在地震設(shè)防城市的建設(shè)中，是不能使用予應(yīng)力構(gòu)件和予應(yīng)力結(jié)構(gòu)的。但是，現(xiàn)在許多城市的建設(shè)中都使用了予應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這是十分危險的。因此，應(yīng)盡快在地震爆發(fā)之前，采取補救措施，否則，后果一定是十分嚴重的。

綜上所述，現(xiàn)行世界各國所實行的建筑結(jié)構(gòu)體系，是與地震沖擊波相對抗、硬抗（死抗）的捆住地震內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系。從結(jié)構(gòu)動態(tài)平衡的根本原理來分析，這種與地震力相對抗的結(jié)構(gòu)體系的靜態(tài)平衡在地震中完全破壞了。也就是說，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)體系，只能滿足靜態(tài)（無地震沖擊波）狀況下的作用力與反作用力的平衡。當?shù)卣鸨l(fā)時，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的靜態(tài)平衡被破壞了。這就是現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)體系抵抗不了地震沖擊破壞的根本原因所在。現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，只是加大了建筑結(jié)構(gòu)的剛變，使其增加了對地震沖擊力的對抗力（死抗力），沒有從結(jié)構(gòu)動態(tài)平衡的基礎(chǔ)上去尋求，建筑結(jié)構(gòu)與地震沖擊波的動態(tài)平衡，建立一個與地震內(nèi)力相適應(yīng)（不是相違背）的“釋放地震內(nèi)力的建筑結(jié)構(gòu)動態(tài)平衡體系”。

總之，幾百年來，人類所推行的靜態(tài)（加大剛度）的建筑結(jié)構(gòu)體系，違背了地球地震的客觀規(guī)律。因此，給人類自己造成了巨大的災(zāi)難。人類為了在地球上更好的生存和發(fā)展下去，就得從根本上解決適應(yīng)地球地震客觀規(guī)律的建筑結(jié)構(gòu)體系。因此，一種與地震力相適應(yīng)的“釋放地震內(nèi)力的建筑結(jié)構(gòu)動態(tài)平衡體系”的動態(tài)平衡的力學理論的建立，并制定新的建筑結(jié)構(gòu)釋放地震沖擊波的設(shè)計標準（在也不是對抗的標準），將是人類發(fā)展的方向和目標。

二、釋放地震內(nèi)力的建筑結(jié)構(gòu)體系1、釋放地震內(nèi)力建筑結(jié)構(gòu)體系的理論基礎(chǔ)我們從現(xiàn)代地球物理學家關(guān)于地球板快運動理論的力學分析中，以及對地震客觀規(guī)律的不斷揭示，更進一步對地球的認識，有了新的力學見解，我們認為地球是一個在運動中自身求得內(nèi)力平衡的結(jié)構(gòu)體系，它有兩個階段的運動規(guī)律：

（1）、地球內(nèi)力的平衡階段：地球結(jié)構(gòu)體，在自轉(zhuǎn)和圍繞太陽周轉(zhuǎn)運動的過程中，所產(chǎn)生的內(nèi)力，在平衡階段，地表運動處于內(nèi)力平衡，地球運動處于靜止狀態(tài)，此階段可似地球為慣性參考系階段。

（2）、地球結(jié)構(gòu)體系處于內(nèi)力平衡階段后，其內(nèi)力仍然在不斷的增加，而地球結(jié)構(gòu)體不能承受日益增大的內(nèi)力，而在運動中，通過地球板快的運動，地震和火山等形式釋放出來，以求得新的內(nèi)力平衡，這個階段是地表的活躍階段。其不斷增加的內(nèi)力將在地球內(nèi)力集中點釋放出來，此階段可似為非慣性參考階段。地球內(nèi)力平衡過程中的這兩個階段，在地球內(nèi)部不斷循環(huán)下去，形成了地球生態(tài)平衡的必然規(guī)律。

人類是在地球生態(tài)的環(huán)境中生存的，因此，人類必須遵循地球生態(tài)環(huán)境中的各種自然規(guī)律去發(fā)展。從人們開始認識到對過去認識的不足，即理論上的不足和錯誤，又不斷的在生活實踐中，提高了對地球生態(tài)環(huán)境的認識，進而不斷的揭示自然規(guī)律，掌握和運用規(guī)律為現(xiàn)代人類和將來造福。應(yīng)該明確的指出，人類對地球認識的提高和深化，其指導(dǎo)人類如何適應(yīng)地球生態(tài)的科學理論，也就隨之進入了更高的階段。

2、釋放地震內(nèi)力建筑結(jié)構(gòu)體系新技術(shù)的應(yīng)用：已經(jīng)獲得中國、美國和英國發(fā)明專利權(quán)的新技術(shù)“建筑物抗震減震裝置”、“建筑物消震裝置”和“高層建筑隔震消能裝置”完全改變了傳統(tǒng)的插入式剛箍捆住地震內(nèi)力的建筑結(jié)構(gòu)體系，將建筑物整體有機的隔離成兩個受力體系，這樣地震破壞力的傳遞媒介改變了，由直接傳遞轉(zhuǎn)化為間接傳遞。不言而喻，“建筑物抗震減震裝置”將大大減少地震對上部結(jié)構(gòu)的沖擊，反之，上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的作用力也大大減小。

新技術(shù)的設(shè)計依據(jù)是以柔克剛的動態(tài)平衡原理，該技術(shù)的主要特點是：能十分有效的大大減弱地震災(zāi)害對建筑物的打擊破壞。目前，發(fā)展中國家和發(fā)達國家的科學家們在研究抵抗地震災(zāi)害方面，都從過去只是單純考慮建筑結(jié)構(gòu)加大剛度的硬抗（死抗）方式，而向建筑結(jié)構(gòu)隔震減震的方面發(fā)展了。原因十分清楚，過去幾百年來建筑物硬抗地震災(zāi)害方法的不斷失敗，告訴和啟發(fā)人們要尋求一種適應(yīng)地震客觀規(guī)律的抗震方式。用一句通俗的話來講，以柔克剛，才能達到建筑物在地震沖擊中的動態(tài)平衡，而不被破壞，反之，以硬抗來對抗地震的打擊，即以剛克剛設(shè)計的建筑物是根本抵抗不了地震的打擊的。因為人們設(shè)計建筑物的剛度，不可能達到（保證）比地震破壞力還要大得多的程度。否則現(xiàn)代的專家們?nèi)パ芯拷ㄖ锏南稹⒏粽鹋c減震，不就失去意義了嗎？

“建筑物消震裝置”發(fā)明專利技術(shù)，就是要從根本上解決地震爆發(fā)時對建筑物基礎(chǔ)的安全保護，其形式是沿建筑物四周一定距離內(nèi)，在基礎(chǔ)底面到地面的位置，設(shè)置“建筑物消震裝置”，該裝置的作用是從任一方向完全切斷地震波沖擊基礎(chǔ)的傳力路線，使基礎(chǔ)處于安全保護之中，基礎(chǔ)都安全了，上部建筑自然也就安全了。如果是高層建筑，還要結(jié)合采用另一項“建筑物抗震減震裝置”發(fā)明專利技術(shù)，將更加有效的保護高層建筑的安全使用。該技術(shù)還可以用于50—80年代舊建筑物的消震保護，特別是對大會堂、大禮堂、展覽館、影劇院等，對無法抗震加固的大型建筑和古建筑的消震保護是十分有效的。該發(fā)明專利技術(shù)是在不影響舊建筑物的繼續(xù)使用，不用搬遷的情況進行，比常規(guī)抗震加固安全，還節(jié)省40%左右的投資，用于新建筑中，比常規(guī)設(shè)計節(jié)省20%左右，并能完全達到地震設(shè)防要求。該專利技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于中央黨校、國務(wù)院二招等舊建筑的加高和消震減震工程中。創(chuàng)新科技經(jīng)評審已列為中國北京市重大科技成果推廣計劃，國家科委成果辦發(fā)文向全國推廣，中央電視一臺、二臺、十臺均新聞和專題報道。

“建筑物抗震減震裝置”和“建筑物消震裝置”完全適應(yīng)于新建筑結(jié)構(gòu)，也適應(yīng)于使用中的已建成的建筑結(jié)構(gòu)的抗震、減震和消震措施。即適用于工業(yè)和民用建筑、鐵路橋梁和公路橋梁、塔式和倒擺式結(jié)構(gòu)、大型水庫的大壩以及地面和地下的建筑物。地震給人類造成的災(zāi)害，使人類越來越清醒的認識到，科學技術(shù)的不斷發(fā)展是人類在地球生態(tài)環(huán)境中生存和發(fā)展的需要，人類為了更好的在地球生態(tài)環(huán)境中生存和發(fā)展下去，就必須不斷的認識地球的生態(tài)環(huán)境及自然規(guī)律，不斷的提高科學理論和更先進的技術(shù)水平，使人類建造的、賴以生存和發(fā)展的建筑物適應(yīng)地震破壞力的能力不斷增強，以減免地震災(zāi)害時人民的生命和財產(chǎn)的巨大損失。