空间结构建筑的非结构系统震害

地震后，结构的破坏(尤其是倒塌)及由破坏引起的人员伤亡往往备受关注。在预防结构强震失效方面更是投入了极大的人力物力，并且已取得了显著效果。与之相对，以吊顶系统为代表的非结构系统在历次强震中的震害同样极为严重，而且不仅带来直接经济损失，还影响地震中人员逃生，甚至影响震后应急指挥，延缓灾后重建工作。

此外，在现代建筑中非结构系统的投资比例往往超过结构本身，航站楼等具有特殊使用功能的空间结构建筑更是如此。由于非结构系统震后功能中断带来的损失极有可能超过建筑本身价值数倍，国内外历次强震后航站楼等由于非结构系统破坏而导致功能中断的现象时有发生，除经济损失外更是给抗震救灾带来了一定障碍。体育馆等空间结构建筑中这种情况也尤其显著，体育馆经常被用作应急指挥中心以及灾民安置点。在抗震救灾中起到比较重要的作用，需要其强震下的使用功能不能中断，即要求非结构系统正常工作。

目前对空间结构中非结构的震害研究较少，甚至震害资料也不全面，非结构抗震设计缺乏相应规范标准，或者没有相关的抗震设计，且非结构系统抗震设计方面结构工程师与非结构设计者责任划分不明确，空间结构非结构系统的抗震研究存在多处空白，亟待深入研究。

强震发生后，人们往往十分关注建筑物是否破坏(尤其是倒塌)，以及由于建筑物破坏带来的人员伤亡及灾后重建的经济损失，较少关注非结构的震害情况。非结构构件指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，主要包括非承重墙体，附着于楼面和屋面的构件、装饰构件和部件、固定于屋面的大型储物架等，而地震中非结构破坏带来破坏性影响不亚于甚至超过结构破坏。首先经济损失很有可能大大超过结构破坏。其次，非结构破坏不仅会直接伤害室内人员，还会阻塞逃生通道，影响地震中慌乱的人群向室外逃生。而特殊设防类或重点设防类建筑，如飞机场、核电站、大型体育场馆等建筑，非结构破坏还将带来功能中断、有害物质外泄、阻碍灾后救援等更为严重的后果。

震害实例：吊顶系统是非结构中震害比较严重的部分。现代的吊顶系统不只包括吊顶板、龙骨，还包括与其相连的照明系统、通风系统、喷淋系统等。这些吊装物不仅会坠落伤人，阻碍逃生通道，还可能会延缓灾后救援，影响建筑迅速恢复原有使用功能。2010年智利8.8级地震中，非结构系统破坏给机场带来巨大损失，数千万美元用于修复机场非结构构件。圣地亚哥机场主航站楼金属吊顶失效，大量金属板及与其相连的照明系统、扬声器等一同坠落。震后救灾人员花费大量时间清理，影响机场迅速恢复其使用功能。

圣地亚哥机场吊顶系统破坏，机场等建筑的使用功能在地震中尤为重要。判断其在地震中的损失时不仅要考虑人员伤亡，结构损失，其在地震中的功能可持续性不容忽视，震后功能中断带来的经济损失往往要超过结构本身的价值。1989年，洛马-普雷塔地震袭击了旧金山和蒙特利尔海湾，震后大量的吊顶失效导致旧金山机场被迫关闭，严重影响了灾后救援。而2001年华盛顿地震中西雅图塔科马国际机场失效的吊顶系统也导致机场主航站楼被迫关闭一天。在智利地震中，瓦尔帕莱索市剧院吊顶系统同样遭到破坏，吊顶板及部分木龙骨破坏。

瓦尔帕莱索市剧院吊顶系统破坏，2011年3月11日，日本发生9.0级地震，一些空间结构建筑的吊顶系统出现严重破坏，而在另一次日本较为严重的地震中，一座体育馆内的吊顶系统几乎全部坠落。体育馆等大型场馆一般用作地震中的临时安置点，在震后救援中发挥重要角色。体育馆吊顶系统的严重破坏造成的人员伤亡虽然没有房屋倒塌严重，但吊顶系统破坏造成的功能中断会给刻不容缓的灾后救援带来极大障碍。

在芦山地震中，芦山县体育馆结构出现破坏，这在空间结构中较为罕见，其非结构系统同样也出现了破坏。而芦山县体育馆刚好被用作临时指挥中心与灾后重建的安置点，非结构系统的破坏对二者均有一定程度的影响。

非结构系统在现代建筑中的造价不断增加，且非结构系统对于结构在震中及震后使用功能的维系起到至关重要的作用。非结构系统抗震问题尚未得到足够的重视，相关的规范并不健全，且非结构系统抗震并非结构工程师一己之力能够承担。但由统计的震害资料来看，非结构系统已经造成了不可忽视的损失，尤其对于空间结构这类大型公共建筑，因此亟需深入研究。（文/王多智  戴君武）（来源：建筑时报）