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“震不垮”的夢(mèng)想

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2008-06-27  來(lái)源:中國(guó)混凝土網(wǎng)轉(zhuǎn)自中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)  作者:李賓
核心提示:“震不垮”的夢(mèng)想
  當(dāng)所有的地震專(zhuān)家都告訴我們,地震的預(yù)測(cè)仍然是世界性的難題時(shí),對(duì)于無(wú)數(shù)生活在地震斷裂帶上的人們來(lái)說(shuō),最可倚重的就剩下自己頭頂建筑的抗震能力了。

  此次四川汶川大地震最讓人痛心的是,那些曾為人們提供溫暖庇護(hù)的房屋,那些承載了孩子們夢(mèng)想與歡笑的教室,最終卻成為了生命的終結(jié)者。而據(jù)專(zhuān)家介紹,通常建筑物的毀壞和倒塌造成的人員傷亡占地震傷亡人數(shù)的95%。僅有不足5%的人員傷亡是直接由地震及地震引發(fā)的水災(zāi)、山體滑坡等次生災(zāi)害導(dǎo)致的。

  于是,在1976年的唐山大地震過(guò)去了32年之后,建筑防震的話題再次引起全社會(huì)關(guān)注,畢竟在現(xiàn)代、豪華、舒適等所有的屬性之前,“安全”是對(duì)建筑最起碼的要求。

  事實(shí)上,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,建筑物的抗震技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,尤其是日本、美國(guó)、新西蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家在建筑抗震方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒。

  實(shí)用而昂貴的鋼木結(jié)構(gòu)

  “日本人遇到6級(jí)左右的地震一般是不跑的,因?yàn)樗麄儑?guó)家地震多,人們習(xí)以為常,更重要的是他們的房屋的抗震性能卓越?!睋?jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所王亞勇教授介紹,和中國(guó)很多地方用磚混結(jié)構(gòu)蓋房子不同,日本和美國(guó)的住宅基本上都是鋼結(jié)構(gòu)或者木結(jié)構(gòu),相比中國(guó)傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)的房屋抗震性能要好得多。

  用專(zhuān)家的話說(shuō),磚混結(jié)構(gòu)屬于砌體結(jié)構(gòu),從抗震性能的角度分析,砌體結(jié)構(gòu)由于由磚、石等砌筑而成,砌塊之間的連接較差,雖然設(shè)置了鋼筋混凝土構(gòu)造柱、圈梁等加強(qiáng)措施,但當(dāng)遇到強(qiáng)震時(shí),在水平和豎向交替震動(dòng)下,砌塊之間的連接容易被破壞,導(dǎo)致砌體松散,豎向受力構(gòu)件被破壞,建筑物垮塌?!?976年唐山大地震的時(shí)候,就是因?yàn)榇蠖鄶?shù)建筑是這種磚混結(jié)構(gòu),所以倒塌嚴(yán)重?!蓖鮼営抡f(shuō),“后來(lái),我國(guó)的地震專(zhuān)家發(fā)明了一種‘構(gòu)造柱—圈梁’混凝土結(jié)構(gòu),就是在磚混結(jié)構(gòu)中加入鋼筋混凝土,使其具有一定的抗地震變形能力,但最高仍只能蓋到6層?!?

  在日本、美國(guó)的郊區(qū)和農(nóng)場(chǎng)隨處可見(jiàn)一兩層的木結(jié)構(gòu)房屋。作為一種結(jié)構(gòu)材料,木材的抗震性能明顯優(yōu)于其他材料。木材質(zhì)量輕,因而地震引起的地面加速度在木建筑物上所產(chǎn)生的能量沒(méi)有其他建筑物大。木框架系統(tǒng)的另一個(gè)額外優(yōu)勢(shì)是其柔韌性?xún)?yōu)于其他材料,可以吸收并消散能量。

  據(jù)介紹,日本的木結(jié)構(gòu)房,很多是從加拿大進(jìn)口的。在加拿大按規(guī)格做好裁切,進(jìn)口到日本就可以直接搭建。而其在地震中的良好表現(xiàn)正是其被大力推廣的原因。在日本神戶和美國(guó)洛杉磯的大地震中,木結(jié)構(gòu)房屋多是稍微變形而決不倒塌。即使在強(qiáng)大的地震力下,木結(jié)構(gòu)房屋被整體推前了數(shù)米或地震力使其拋離了基礎(chǔ),仍完好無(wú)散架。由此證明了木結(jié)構(gòu)房屋的抗地震穩(wěn)定性能和結(jié)構(gòu)的完整性。日本政府也在神戶大地震后明令所有的民用住宅必須采用木結(jié)構(gòu)房屋。

  和木結(jié)構(gòu)相似,鋼結(jié)構(gòu)房屋也具有良好的抗震穩(wěn)定性,在美國(guó)、日本得到大量的應(yīng)用。據(jù)報(bào)道,鋼結(jié)構(gòu)在美國(guó)發(fā)展最快,1965年鋼結(jié)構(gòu)在美國(guó)僅占建筑市場(chǎng)的15%,到2000年就上升到75%。許多一層或兩層民用住房、別墅和度假村房屋都采用鋼結(jié)構(gòu),目前有15%的美國(guó)人住在這種鋼結(jié)構(gòu)房子里。

  位于太平洋板塊與澳大利亞板塊交界處的新西蘭,其低層和多層住宅采用的主要結(jié)構(gòu)形式同樣是輕型木結(jié)構(gòu)建筑。

  不過(guò),據(jù)專(zhuān)家介紹,鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)之所以能夠在美、日等國(guó)大量推廣,和其經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)是分不開(kāi)的,而對(duì)于現(xiàn)階段的我國(guó)來(lái)說(shuō),由于傳統(tǒng)和成本的原因,磚混結(jié)構(gòu)仍然是民用低層住宅尤其是農(nóng)村住宅中用得最多的建筑樣式。這也是此次四川地震很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)人員傷亡慘重的原因。

  “彈性”高層建筑

  鋼筋混凝土被歐洲人發(fā)明出來(lái)只不過(guò)大約100年的時(shí)間,而現(xiàn)在以它為結(jié)構(gòu)材料的中高層建筑已經(jīng)成為都市中最恢宏的景象。這些曾單純因?yàn)槿祟?lèi)的夢(mèng)想而生長(zhǎng)起來(lái)的建筑在防震技術(shù)方面需要更多的智慧和投入。日本、美國(guó)這兩個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家同樣應(yīng)用了最多的高層建筑的防震技術(shù)。

  基礎(chǔ)隔震技術(shù)是用水平力很“柔”的隔震元件將上部建筑與基礎(chǔ)隔離,由于隔震層的剛度小,當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),隔震層將發(fā)揮“隔”的作用,承受地震引起的位移運(yùn)動(dòng),而上部結(jié)構(gòu)只作近似平動(dòng)。基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的層間變形很小,這樣不僅建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)破壞,而且建筑內(nèi)的裝修、設(shè)施也保持完好。

  使用較多的隔震手段包括:橡膠(27880,-270.00,-0.96%,吧)墊、瀝青、滾軸等。日本東京一座免震結(jié)構(gòu)公寓高達(dá)93米,建筑物的外圍使用了新研制的高強(qiáng)度16積層橡膠,建筑物的中央部分使用了天然橡膠系統(tǒng)的積層橡膠。這樣,在烈度為6的地震發(fā)生時(shí),就可將建筑物的受力減少至二分之一。使用滾軸隔震的建筑的基礎(chǔ)甚至可以做成鍋底狀,方便建筑自行復(fù)位。

  消能減震技術(shù)是另外一種高層防震技術(shù)?!安捎靡环N消能阻尼器,這種阻尼器有點(diǎn)兒類(lèi)似千斤頂,封閉的,里面是活塞結(jié)構(gòu),活塞腔體里灌滿硅油,阻力很大,把建筑因地震而產(chǎn)生的晃動(dòng)能量消耗在阻尼器里?!睋?jù)王亞勇教授介紹,中國(guó)城市的很多高層建筑也應(yīng)用了這種防震技術(shù),比如北京飯店、國(guó)家博物館、北京展覽館等。

  而近些年來(lái),結(jié)構(gòu)控制技術(shù)被大量應(yīng)用在超高層建筑防震上,包括被動(dòng)控制和主動(dòng)控制兩類(lèi)。前者是采用被動(dòng)平衡建筑的構(gòu)件,比如在樓頂上放一個(gè)幾百?lài)嵉匿撉?,?dāng)?shù)卣鹨鸾ㄖ蝿?dòng)時(shí),鋼球自動(dòng)反方向運(yùn)動(dòng),使樓體復(fù)位。主動(dòng)控制技術(shù)在日本應(yīng)用得很廣泛,主要是利用機(jī)械、電動(dòng)裝置,同時(shí)依靠電腦控制,主動(dòng)向晃動(dòng)的樓體施加反作用力。

  學(xué)校應(yīng)是第一避難所

  王亞勇教授拿出我國(guó)歷史上四個(gè)版本的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,在辦公桌上一字排開(kāi),它們分別于1974、1976、1989、2001年被制定出來(lái)。“可以說(shuō),如果這次地震災(zāi)區(qū)的建筑能夠按照老的1976年或者1989年標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)施工,就不會(huì)出現(xiàn)這么大的垮塌現(xiàn)象,即使這次的地震烈度達(dá)到了11級(jí),比預(yù)期的7級(jí)烈度破壞力要高出十幾倍?!彼z憾地對(duì)記者說(shuō)。

  據(jù)專(zhuān)家介紹,我國(guó)建立的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震思想在國(guó)際上受到廣泛認(rèn)可,“但是就是沒(méi)有完全執(zhí)行,而且越往基層執(zhí)行力度越弱,導(dǎo)致很多建筑都不符合抗震要求。”

  而日本、美國(guó)等國(guó)在嚴(yán)格的法律和完善成熟的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系下,很少有設(shè)計(jì)施工單位敢于違反相關(guān)的建筑法規(guī)?!八麄兊恼麄€(gè)體系運(yùn)行得很?chē)?yán)密,而我國(guó)雖然政府很強(qiáng)勢(shì),但其他環(huán)節(jié)的配合很薄弱。”

  日本《建筑基準(zhǔn)法》規(guī)定,日本的高層建筑必須能夠抵御里氏7級(jí)以上的強(qiáng)烈地震。一個(gè)建筑工程為獲得開(kāi)工許可,除了設(shè)計(jì)、施工圖紙等文件外,還必須提交建筑抗震報(bào)告書(shū)。這一報(bào)告書(shū)主要內(nèi)容是,根據(jù)地震的不同強(qiáng)度,計(jì)算不同的建筑結(jié)構(gòu)在地震中的受力大小,進(jìn)而確定建筑的梁柱位置、承重以及施工中鋼筋、混凝土的規(guī)格和配比。

  日本法律還規(guī)定,只有一級(jí)建筑師以上的人才能有資格編制抗震報(bào)告書(shū),而且,報(bào)告書(shū)中的相關(guān)計(jì)算必須要使用國(guó)土交通省認(rèn)可的專(zhuān)用程序。普通的一個(gè)八九層公寓樓,其抗震報(bào)告書(shū)動(dòng)輒厚達(dá)兩三百頁(yè)。建筑抗震報(bào)告書(shū)必須經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)或人員的檢查,確認(rèn)無(wú)誤后才能開(kāi)工。

  在建筑抗震等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方面的差別同樣引人注意。原建設(shè)部抗震辦公室副主任劉志剛對(duì)記者介紹說(shuō),“按照我國(guó)2004年修訂的《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》,將各類(lèi)建筑劃分為甲、乙、丙、丁四個(gè)等級(jí),對(duì)抗震措施的要求逐級(jí)減弱。而日本、美國(guó)等國(guó)家是沒(méi)有這種劃分的,比如日本,所有建筑物一律按照7.9級(jí)地震的防震標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)防。而在我國(guó),有些地方領(lǐng)導(dǎo)會(huì)指示地震部門(mén)將該地區(qū)的地震烈度降低一些,這樣就能節(jié)省出大筆資金?!?

  另外,專(zhuān)家們坦陳,和日本、美國(guó)比起來(lái),我國(guó)對(duì)于學(xué)校的防震等級(jí)的規(guī)定是偏低的。直到2004年修訂的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),才剛剛將小學(xué)、幼兒園的教學(xué)樓從丙級(jí)列入乙級(jí)抗震范圍,而中學(xué)則不在其內(nèi)。

  相比較而言,以美國(guó)加州為例,其對(duì)學(xué)校及醫(yī)院建設(shè)規(guī)定極其嚴(yán)格。據(jù)報(bào)道,在1933年加州發(fā)生的6.3級(jí)大地震中,有70多所學(xué)校徹底倒塌,嚴(yán)重受損的有120多座。這引起了當(dāng)?shù)卣臉O大關(guān)注。30天之后,加州政府出臺(tái)了菲爾德法案,對(duì)公立學(xué)校的防震規(guī)格作出特別要求,此外,公立學(xué)校的建筑監(jiān)督權(quán)也從地方政府上交到州政府。這一法規(guī)實(shí)施后,加州沒(méi)有一所公立學(xué)校在地震中坍塌,也沒(méi)有發(fā)生任何學(xué)生傷亡案例。后來(lái),加州政府又對(duì)醫(yī)院的建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了特別規(guī)范。

  與美國(guó)類(lèi)似,日本防震有一個(gè)基本原則,就是“學(xué)校是第一避難所”,所有的房子都可以倒,而學(xué)校的房子不能倒。這也是日本總結(jié)歷次地震災(zāi)害教訓(xùn)的結(jié)果。1923年,日本關(guān)東大地震,導(dǎo)致不少學(xué)校教學(xué)樓倒塌,大量學(xué)生集體遇難。當(dāng)時(shí)的日本政府從中吸取了教訓(xùn),要求以“學(xué)生的生命維系著國(guó)家未來(lái)”為最高原則,加強(qiáng)房屋抗震性。

  1995年1月17日大阪、神戶地區(qū)的7.2級(jí)“阪神大地震”之后,日本政府開(kāi)始實(shí)施“校舍補(bǔ)強(qiáng)計(jì)劃”。根據(jù)這一計(jì)劃,全國(guó)各中小學(xué)校全面進(jìn)行一次抗震檢查,對(duì)不符合最新抗震要求(抗震要求為7級(jí))的學(xué)校立即進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工。而且日本校舍也多采用鋼骨架結(jié)構(gòu)。

  聯(lián)系起此次四川地震中那些扼殺了無(wú)數(shù)幼小生命的學(xué)校建筑,不免讓人扼腕?!斑@次看來(lái)需要再次提高學(xué)校的抗震標(biāo)準(zhǔn)了?!蓖鮼営陆淌谡f(shuō)。  
 
 
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