一個土木工程師駁四川省教育廳對校舍倒塌原因的解釋

一個土木工程師駁四川省教育廳對校舍倒塌原因的解釋

注：該文已經(jīng)在人民網(wǎng)強國論壇發(fā)表

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書劍子

 作者博客：http://www.sciencenet.cn/blog/bangjin.htm

校舍在地震中倒塌的原因何在，是一個極其專業(yè)及其嚴(yán)肅的問題。不深層次反思和改進(jìn)，怎么對得起那些死去的花一樣的生命？不盡快尋找出其中人禍的一部分，將一些應(yīng)該為此承擔(dān)起責(zé)任的人繩之以法，將存在問題的制度更正，怎么對得起中年喪子，而又已經(jīng)早已做了絕育手術(shù)的學(xué)生家長？

到目前為止，我們尚未看到任何一個部門出來反思和道歉，更別提承擔(dān)責(zé)任了。我們只看到教育部急切地想把責(zé)任推卸給建設(shè)部。我們只看到一些權(quán)高位重的“專家”們看似很有道理，但是荒唐透頂?shù)摹凹夹g(shù)解釋”。

教育廳是這些校舍的“業(yè)主”。學(xué)生在你的校舍里出了這么大的傷亡，無論原因如何，你都應(yīng)該內(nèi)疚，應(yīng)該道歉，應(yīng)該反思。其次，鑒定校舍的倒塌原因，應(yīng)該由具備專業(yè)資質(zhì)的工程師進(jìn)行。一個教育廳的黨官我想是不具備這個資質(zhì)的。

我們先看看其調(diào)查結(jié)果：四川省教育廳對倒塌校舍做了初步調(diào)查和評估,將倒塌原因歸納為以下幾點:

一、這次地震首先是超過了預(yù)計強度,學(xué)校校舍抗震難以抵御如此強烈的地震。

二、災(zāi)情發(fā)生在上課期間,集體傷亡人數(shù)比較多。

三、學(xué)生上課時集中在教室,樓面負(fù)荷大,疏散時又集中在樓梯間,這些走廊、樓梯相對來說是建筑比較薄弱的,所以造成了一定的損害。

四、根據(jù)四川省教育行政部門提交的材料,四川省倒塌的相當(dāng)多的校舍建筑時間比較長,校舍陳舊落后,這也是導(dǎo)致部分校舍垮塌的重要原因。

五、學(xué)校的建筑在抗震方面本身就存在著設(shè)計方面的先天性缺陷。

很多院士級別的建筑抗震專家，也在為某些人背書，反復(fù)向公眾強調(diào)“震級高、烈度大”甚至可以誤導(dǎo)大眾對抗震的理解！我不想駁斥他們，因為對于專業(yè)工程師來說都不屑于駁斥！如果這些專家們還有良心，請他們自己打開他們自己作為委員制定的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，看看第一頁是如何寫的。當(dāng)然這些專家平時都忙著喝酒吃飯拉項目，可能記憶力衰退了，那我不妨給他們讀一下。讀者們也別總被專家乍乎得不敢說話，其實有些基本問題，還是可以澄清的。

首先我國《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2004）中，將建筑根據(jù)其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類和丁類四個抗震設(shè)防類別。甲類建筑應(yīng)屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑。乙類建筑應(yīng)屬于地震時使用功能不能中斷或者需要盡快恢復(fù)的建筑，丙類建筑應(yīng)屬于除甲乙丁以外的建筑，丁類建筑屬于次要建筑。

《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》對學(xué)校建筑的抗震要求如下：教育建筑中，人數(shù)較多的幼兒園、小學(xué)的低層教學(xué)樓，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為乙類。這類房屋采用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時，可仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施。

因此，可以看到我國目前的技術(shù)規(guī)程，對校舍的抗震要求是不比普通民用建筑低的（甲類一般都是特殊建筑，譬如核電站、生化實驗室、重要化工廠、通信中心等建筑），而“專家”們對這一點避而不談，卻“呼吁”我國在災(zāi)后重建中可考慮“提高”學(xué)校的抗震設(shè)防水平，其用意，路人皆知！

然后我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2001）要求如下：

1.01按本規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計的建筑，其抗震設(shè)防的目標(biāo)是：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損失或者不需要修理可繼續(xù)使用，當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或者不需要修理仍然可以繼續(xù)使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)計的罕遇地震影響時，不至于倒塌或者發(fā)生危危及生命的嚴(yán)重破壞。

1.02 抗震設(shè)防烈度為6度以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計。

3.1.3 各抗震設(shè)防類別的建筑設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)符合下列要求：

 1甲類建筑，地震作用（設(shè)計值）應(yīng)該高于本地區(qū)設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按照比準(zhǔn)的地震安全性評價結(jié)果確定。抗震措施，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時，應(yīng)該按照本地區(qū)設(shè)防高一度的要求。

2 乙類建筑，地震作用（設(shè)計值）應(yīng)該符合本地區(qū)設(shè)防烈度的要求。抗震措施，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時，應(yīng)該按照本地區(qū)設(shè)防高一度的要求。

根據(jù)我國現(xiàn)行的《建筑抗震規(guī)范》要求，四川九寨溝和松潘設(shè)防到達(dá)8度，設(shè)計基本地震動加速度值為300gal(0.3G)。成都、汶川、北川、都江堰、雅安等地，設(shè)防為7度，設(shè)計地震動加速度值為100gal(0.1G)。

如何具體在設(shè)計上實現(xiàn)上面的要求呢？我國目前的設(shè)計要求實現(xiàn)“三水準(zhǔn)兩階段”，前面上的三個層次，就是通俗說的“三水準(zhǔn)”，其要求用“兩階段”設(shè)計來保證。

第一階段為結(jié)構(gòu)設(shè)計計算階段，主要任務(wù)是承載能力計算和一系列基本抗震構(gòu)造措施設(shè)計。確定結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置，用小震作用計算結(jié)構(gòu)彈性位移和構(gòu)件的內(nèi)力，并用極限狀態(tài)法設(shè)計各構(gòu)件（譬如確定配筋或者確定型鋼類型），同時進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震變形驗算，按照延性和耗能要求，采用相應(yīng)的構(gòu)造措施。這樣就基本可以做到保證前面所說的“三水準(zhǔn)”中的前兩個水準(zhǔn)：小震不壞，中震可修。

第二階段為驗算階段，主要對抗震有特殊要求或者對地震特別敏感、存在大震作用時容易發(fā)生災(zāi)害的薄弱部位進(jìn)行彈塑性變形驗算，要求其值在避免結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的范圍內(nèi)。如果層間位移超過允許值，認(rèn)為結(jié)構(gòu)可能發(fā)生嚴(yán)重破壞或者倒塌，則需要對薄弱部位采取必要的措施，直到滿足要求為止。

通過計算和構(gòu)造措施，通過彈性階段的設(shè)計計算和塑性階段的驗算，實現(xiàn)“小震不壞，中震可修、大震不倒”的抗震要求。

看完以上，我想對于“這次地震首先是超過了預(yù)計強度,學(xué)校校舍抗震難以抵御如此強烈的地震”這一點，大眾已經(jīng)有了自己的理解。實際通過航拍圖像也可以看見，即使是震中附近，也有很多相對正規(guī)的房子，依舊挺立，少數(shù)房子甚至還完好無損！日本阪神地震的時候，出于震中的很多高層建筑，連玻璃幕墻都沒壞一塊玻璃！

很多人上了專家的當(dāng)，以為如果是個地區(qū)設(shè)防是7度，一旦烈度超過7度，哪怕是8度，由于8大于7，所以當(dāng)?shù)亟ㄖ驮摰沟霉夤獾摹]倒塌的，都是質(zhì)量超級好的。這是極其錯誤的認(rèn)識！因為首先工程師在設(shè)計過程中，都是偏于安全設(shè)計的。幾乎每一個環(huán)節(jié)，都留有余量；其次，達(dá)到或者略微超過設(shè)防的地震，設(shè)計要求是要求“不發(fā)生損壞或者經(jīng)過修理可以繼續(xù)使用”，而不是倒塌！設(shè)計要求，罕遇大地震來臨時，也能保證建筑結(jié)構(gòu)發(fā)發(fā)生倒塌，以保證人員安全！這一點，是專家們十分清楚但是刻意誤導(dǎo)的！

關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計往往留有很大的余量的最典型的例子為意大利的瓦伊昂水壩。該壩為雙曲拱壩，壩高達(dá)262米，壩頂弧長190.5米，壁厚才19.7米！在1963年10月9日的時候，其庫區(qū)發(fā)生了一次嚴(yán)重的山體滑坡事故，滑動范圍長1.8公里，寬1.6公里，體積大到27億立方米！這么巨大的一個滑坡體，以迅雷不及掩耳之勢，從高處沖進(jìn)水庫，整個水庫幾乎瞬間被填平，水庫的水宛若海嘯一般沖向大壩，越過壩頂，掃蕩了下游的峽谷，電站頃刻作廢，2000多人死亡。 

但是，大壩卻奇跡一般安然無恙！事故以后根據(jù)研究人員模擬的結(jié)果，當(dāng)時作用在大壩上的作用力達(dá)到設(shè)計值得8倍以上！因此工程結(jié)構(gòu)，往往都有相當(dāng)?shù)陌踩珒溆嗔浚?/p>

至于四川省教育廳的第二點：災(zāi)情發(fā)生在上課期間,集體傷亡人數(shù)比較多。我實在難以理解這些高官們的智商。前面說的是“校舍倒塌原因”，而這個第二點只能解釋為什么傷亡大，并不能解釋為什么“校舍倒塌”。

他們的第三個原因，跟教育部一樣。教育部的新聞發(fā)言人（可惜他歷次都是丑聞發(fā)言人），稱是因為學(xué)校人多荷載大。作為一名結(jié)構(gòu)工程師，我強烈抗議！這樣一來，似乎責(zé)任是結(jié)構(gòu)工程師的了。實際上，結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計任何建筑的時候，都會按照該建筑物的使用目的，合理地考慮了荷載的大小，而且還考慮到一些小概率的，不同的荷載同時作用時，也能保證建筑結(jié)構(gòu)完全處于使用狀態(tài)下（遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到極限狀態(tài)下，跟倒塌還差十萬八千里）。如果連教室荷載大都沒有考慮到的話，就應(yīng)該把這個設(shè)計人員送進(jìn)監(jiān)獄，再菜的結(jié)構(gòu)工程師也沒這么菜的！我國現(xiàn)行《建筑荷載規(guī)范》，教學(xué)用房的荷載設(shè)計不低于200公斤每平方米，樓梯陽臺等人群疏散要道，荷載不低于300公斤每平方米。實際結(jié)構(gòu)設(shè)計人員設(shè)計的時候，一般都還要在此基礎(chǔ)上提高，因為這僅僅是最低要求。每平方米能站幾個學(xué)生，一個學(xué)生多重，大家可以自己計算計算。

關(guān)于第四點，倒塌的相當(dāng)多的校舍建筑時間比較長,校舍陳舊落后，這是原因，但是我們更應(yīng)該思考的是這個問題背后可能存在什么原因。難道一句“符合當(dāng)時技術(shù)規(guī)范，但是不符合現(xiàn)在技術(shù)規(guī)范”，就什么問題都沒有了嗎？

關(guān)于第五點“學(xué)校的建筑在抗震方面本身就存在著設(shè)計方面的先天性缺陷”我又要強烈抗議。不檢查施工問題和是否有吃回扣等腐敗問題，而把責(zé)任朝設(shè)計人員身上推。或者朝“目前建筑抗震科學(xué)的技術(shù)水平”上推。作為一名工程師，我是強烈抗議的！死了這么多學(xué)生，不管是設(shè)計還是施工原因，都要追查到底！不是說設(shè)計存在先天性不足，就大家都沒事。首先審查設(shè)計圖紙，如果有問題，該處理就處理。但是如果設(shè)計沒有問題，就該查一查施工，特別是工程款的來龍去脈了吧？我在前面幾篇博文中已經(jīng)說得很清楚了，老教學(xué)樓的粉碎性倒塌造成的慘重的傷亡，是因為國家對公共建筑管理的漠視，新教學(xué)樓的倒塌造成的人員傷亡，有相當(dāng)一部分是由于各個環(huán)節(jié)的腐敗！

學(xué)校的基建中有多少水分，是業(yè)內(nèi)盡人皆知的公開秘密。在目前大躍進(jìn)式的高校新校區(qū)建設(shè)和老校區(qū)改造中，腐敗更為突出和嚴(yán)重。檢察機關(guān)指控，2000年5月至2006年4月，李海嬰在擔(dān)任武漢理工大副校長、校園建設(shè)指揮部常務(wù)副指揮長職務(wù)期間，利用其分管招生工作的職務(wù)之便，將該校違規(guī)招生收取的847.5萬元費用隱瞞貪污，將440余萬元挪用借給他人從事經(jīng)營。檢察機關(guān)還指控，李海嬰利用分管招生、基建之便，接受招生中介、基建工程方賄賂214.5萬元、美元2萬元、港幣4萬元。

問題的根本，在于教育經(jīng)費的不足和國家對公共建筑管理的漠視。這一點，想讓官員們公開說出來，無疑與虎謀皮！

我近期總結(jié)專家言論，發(fā)現(xiàn)專家言論可以分為三大類：

第一類甘愿做棋子，為了個人目的，說違心的、完全不符合其專業(yè)水準(zhǔn)的話。其言論在專業(yè)上不堪一擊。但是他們不在乎，對他們自己的利益來說，這叫做“棄子”，挨點磚頭沒關(guān)系，那些都是虛的。他們可以很快獲得其他的實惠。

第二類內(nèi)心很不平靜。但是奈何身處江湖之險，所以只能避實就虛，都圈子說沒用的廢話。

第三類最為可怕：他們表面上好像仗義執(zhí)言，聽起來似乎很解氣，但是都經(jīng)過很巧妙的包裝，對他們自己的現(xiàn)實利益一點都不影響。相反，仗義執(zhí)言以后，往往就開始“呼吁”，為自己造勢。不出我所料，要不了多久，他們就可以獲得大筆的科研經(jīng)費繼續(xù)他們的“研究”，或者大幅度開始推廣他們的技術(shù)。問題是，由于國內(nèi)的科研體制的種種弊端，他們的研究不會有多少成果，他們的工程，內(nèi)行看往往也問題多多。

工程抗震的科普文章也是洪水猛獸？

書劍子

　　有兩個媒體找我想合作做一做有關(guān)學(xué)校教學(xué)樓倒塌的話題。當(dāng)策劃好去災(zāi)區(qū)實況調(diào)查，他們就接到中央某部門的通知，說不許糾纏任何災(zāi)后反思話題。于是其中一個媒體就試圖，通過寫國外歷次大地震的概況，來從側(cè)面暗示存在的問題，以立代破。不幸的是，又被“河蟹”了。于是再次放棄任何有關(guān)社會時政的文字，改成純粹介紹有關(guān)抗震方面的科學(xué)普及的文章。不幸的是，又再次被告知無法發(fā)表。我只能理解為，為了讓少數(shù)專家可以繼續(xù)妖言惑眾，現(xiàn)在最不希望的是老百姓都掌握有關(guān)建筑抗震方面的科學(xué)知識吧。現(xiàn)在全社會幾乎都快要接受“地震烈度超過當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度的話，房子就一定會塌”這一認(rèn)識了。地震局已經(jīng)去考察沒塌的房子，好推動世界建筑抗震科學(xué)技術(shù)進(jìn)步了。

如果百姓掌握過多的科學(xué)知識，也許對社會和諧不利吧。

在這篇文章中，連我國的抗震規(guī)范的基本要求和設(shè)防目標(biāo)都沒有提及，僅僅從基本原理的角度說一下目前建筑抗震工程方面取得的成就。這樣的文章都因為政治原因不能發(fā)表，也只差路人以側(cè)目了！我國抗震規(guī)范的第一頁就白紙黑字寫著“按本規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計的建筑，其抗震設(shè)防的目標(biāo)是：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損失或者不需要修理可繼續(xù)使用，當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或者不需要修理仍然可以繼續(xù)使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)計的罕遇地震影響時，不至于倒塌或者發(fā)生危危及生命的嚴(yán)重破壞。”但是現(xiàn)在專家們都出來設(shè)法讓百姓相信“地震烈度超過當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度的話，房子就一定會塌”，并且已經(jīng)取得了很好的效果。這個時候，任何普及抗震方面的科學(xué)知識，可能都是不合時宜吧。

附：

建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)概述

書劍子

地震災(zāi)害和洪水、颶風(fēng)等一樣，是一種較為常見的自然災(zāi)害。全世界范圍幾乎每天都會發(fā)生大大小小很多次地震，雖然它們中的大部分強度低于人類的感覺。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，震源斷裂產(chǎn)生的能量以波的形式以地殼為傳播介質(zhì)向四周傳播，包括縱波、橫波和面波。對于震級較高的地震，地震波甚至可以圍繞地球傳播數(shù)圈，甚至能一定程度上影響到地球的自轉(zhuǎn)周期。縱波的波動方向與傳播方向一致，是壓縮波，速度最快；橫波的波動方向與傳播方向垂直，是剪切波，速度次之；而面波則是沿著地表呈翻滾狀傳播的波，雖然跟在最后，但是對建筑物的破壞卻最大。

地殼包括力學(xué)性質(zhì)迥異的各種巖石，此外，還有地表水、地下水、石油等液體，還包括斷層、透鏡體等界面，是復(fù)雜的非均質(zhì)多相介質(zhì)，地震波在傳播的過程中，會與作為傳播介質(zhì)的地殼發(fā)生反射、折射、衰減等復(fù)雜的作用，振幅和卓越頻率也隨場地的不同而不同。不同彈性模量的介質(zhì)會有選擇地放大不同頻率的波段，相當(dāng)于一個帶通濾波器，從而改變地震波的卓越周期。此外，堅硬的巖石上，振幅會較小，而深厚、松軟的土層上，振幅會較大。

日本位于亞歐板塊和太平洋板塊的交界處，屬于著名的環(huán)太平洋火山帶，地震和火山活動十分頻繁。日本早在19世紀(jì)末期即已開始震災(zāi)預(yù)防研究。20世紀(jì)初，日本學(xué)者大森房吉認(rèn)為水平最大加速度是造成地震破壞的重要因素，并提出近似分析地震動影響的靜力計算法。

靜力法假定整個建筑結(jié)構(gòu)是一個剛體隨地面做剛體平移運動——即在地震作用下只隨地面運動，其本身相對地面沒有變形。根據(jù)牛頓第二運動定律，則結(jié)構(gòu)各個部分的最大地震作用力即為該部分質(zhì)量與地面運動最大加速度的乘積。該方法概念清楚，原理簡單，第一次將力學(xué)理論引進(jìn)到建筑抗震中，具有劃時代的意義。

但是靜力法對于建筑結(jié)構(gòu)為剛性這一假設(shè)，對于高度較低剛性較大的房子，基本符合實際，但是對于呈高聳狀的煙囪、水塔等柔性結(jié)構(gòu)，則誤差比較大。建筑結(jié)構(gòu)都由材料筑成，所有的材料受力后都會變形，任何材料其剛度都是有限的。建筑物根據(jù)其建筑材料的不同和形狀的不同，其質(zhì)量和剛度大小也不同。因此，不同的建筑物具有不同的自震周期。譬如跨度較小的農(nóng)村單層磚房，其自振周期一般在0.1秒左右，大跨度橋梁、摩天大廈的自振周期能達(dá)到3秒以上。顯然相同的地震對不同頻率的建筑的作用力是不同的。在地震中，如果某建筑的自振頻率恰好十分接近地震波的卓越頻率（能量較大的頻率成分），相對其他建筑結(jié)構(gòu)將其遭受更大的地震作用力（共振效應(yīng)）。

為考慮到建筑自身自振頻率的不同對地震作用的影響，20世紀(jì)40年代美國學(xué)者M(jìn).A.Biot首先提出從實測記錄中計算反應(yīng)譜的概念。即將大量實測的地面振動波分別代入單自由度動力反應(yīng)方程，計算出各自最大彈性地震反應(yīng)——譬如加速度反應(yīng)，從而得出結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自振周期的關(guān)系曲線，再將這些關(guān)系曲線作統(tǒng)計分析，取一條形狀較為簡單但是可以基本包絡(luò)這些關(guān)系曲線的曲線，稱為地震計算反應(yīng)譜。然后按靜力分析法計算地震反應(yīng)。所以反應(yīng)譜法仍屬于等效靜力法。但由于反應(yīng)譜理論較真實地考慮了結(jié)構(gòu)振動特點，計算簡單實用，因此目前仍是各國抗震規(guī)范中給出的一種主要抗震分析方法。

除了按照上述抗震計算理論，計算出合理的地震作用，從而設(shè)計出既經(jīng)濟又合理的建筑外，從很早開始人們就開始探索尋找更合適的結(jié)構(gòu)來減少地震災(zāi)害。大家可能都有篩篩子的經(jīng)驗——篩子開始動起來，黃豆還在原地打轉(zhuǎn)，黃豆上面的雜物幾乎原地不動。日本學(xué)者大森房吉剛剛提出其靜力理論后不久，1924年另外一個日本學(xué)者鬼頭健三郎就提出了基礎(chǔ)隔震的思想：即在整個建筑的基礎(chǔ)下，放置一個能滾動的軸承或者一種在水平方向剛度很小但是豎直方向又能支撐整個建筑的重量的裝置。直到1978年，美國學(xué)者Kelly和Eidinger 提出并實現(xiàn)了疊層橡膠支座的方法和技術(shù)后，這種新的抗震技術(shù)開始迅速獲得大量推廣和應(yīng)用。并在歷次實際地震中表現(xiàn)了良好的效果。我國廣州大學(xué)周福霖院士及其科研團(tuán)隊長期在這一領(lǐng)域辛勤探索，取得了一定的成就。目前基于這一原理，已經(jīng)發(fā)展起了夾層橡膠墊隔震、鉛芯橡膠墊隔震、滑動摩擦隔震、滾動隔震層、支承式擺動隔震、滾軸隔震等各種新的抗震技術(shù)。

世界各地已經(jīng)建設(shè)了大量采用隔震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)。其中有不少經(jīng)歷過了實際地震的考驗。1995年日本神戶發(fā)生里氏7.2級的大地震。這棟試驗性的隔震建筑是一棟3層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置了8個高阻尼疊層橡膠隔震支座。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地震時，該建筑所在場地的峰值加速度達(dá)到0.273G，但是該隔震建筑的頂層加速度也只有0.273G，基本沒有放大。與此形成對照的是：在這個實驗性的隔震建筑相鄰位置，還有一棟沒有設(shè)置隔震基礎(chǔ)的三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)小樓作為對照，該小樓的頂層加速度被放大到了0.965G，地震過后，設(shè)置隔震基礎(chǔ)的這個小樓安然無恙，而未設(shè)置隔震層的這個小樓產(chǎn)生了不少裂縫。

1994年洛杉磯6.7級地震，31座醫(yī)院嚴(yán)重破壞，9座醫(yī)院局部破壞而疏散，南加州大學(xué)醫(yī)院為地下1層，地上7層的隔震結(jié)構(gòu)，地震中絲毫未損，沒有一個花瓶摔下，醫(yī)院周圍建筑物普遍嚴(yán)重破壞，醫(yī)院屋內(nèi)人員竟然未意識到發(fā)生了強烈地震，各種設(shè)備未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為救災(zāi)中心，對震后緊急救援起到了十分重要的作用。

我國西昌市國稅局宿舍樓有六層，采用了基礎(chǔ)隔震技術(shù)。1996年，云南麗江發(fā)生7級強烈地震，在樓上居住的職工，只是感到輕微的晃動。而相鄰的一幢常規(guī)抗震樓只有四層高，樓上居住的人搖晃十分厲害，驚慌失措往外逃跑。

地震對建筑的作用是個十分復(fù)雜的過程，人們對其的認(rèn)識也在不斷深入。除了從力的平衡的角度以外，還可以從能量平衡的角度出發(fā)。地震釋放出了很大的能量，然后通過地震波傳遞到建筑結(jié)構(gòu)中。在任何一個瞬間，輸入結(jié)構(gòu)的能量等于結(jié)構(gòu)的動能、勢能以及結(jié)構(gòu)中耗散的能量之和。而勢能與建筑的變形密切相關(guān)，建筑在變形、破壞的過程中，會耗散能量。地震波輸入的大量能量在結(jié)構(gòu)中耗散，造成了結(jié)構(gòu)的破壞，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。

在日本的新瀉地震后，工程師們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，磚石結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)損傷較為嚴(yán)重，而鋼結(jié)構(gòu)建筑的震災(zāi)卻較小，這得益于鋼結(jié)構(gòu)較好的延性。所謂延性，是指當(dāng)力超過結(jié)構(gòu)的承受能力以后，結(jié)構(gòu)并不會忽然斷裂，而是發(fā)生較大的變形。在變形的過程中，吸收并耗散了外界輸入的能量，從而保障結(jié)構(gòu)物內(nèi)的人員生命安全。因此，工程師們設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)，不僅僅考慮到承載力，還要在構(gòu)造上考慮結(jié)構(gòu)的延性和整體性，防止建筑在地震來臨的瞬間就發(fā)生毀滅性的完全倒塌。預(yù)制板中普遍采用經(jīng)過冷拔處理的鋼絲，雖然可以提高鋼絲的強度從而節(jié)省材料，但是卻降低了鋼絲的延性。此外，采用預(yù)制板的建筑，其整體性遠(yuǎn)低于現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。吸取唐山大地震的經(jīng)驗，我國在90年代部分地區(qū)就明文禁止了不得采用預(yù)制板。在建筑抗震規(guī)范上，也對采用預(yù)制板的多層砌體房屋結(jié)構(gòu)的抗震措施提出了一系列具體的技術(shù)要求。這些都是為了防止建筑物在地震中發(fā)生突然的脆性破壞從而傷害群眾人參安全而設(shè)置的。

如果能引入一種具有良好延性的裝置，其能夠吸收地震波輸入的能量，使得能量在該裝置中耗散，那么就減輕地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞。在上個世紀(jì)70年代起，美國的科學(xué)家們率先提出在結(jié)構(gòu)中設(shè)置軟鋼屈服耗能器。我們知道胡克定律：彈簧兩端的力與其變形成正比。但是當(dāng)力超過彈簧的承載能力以后，彈簧卻無法回到原位，這稱為塑性變形。塑性變形過程可以吸收大量的能量。當(dāng)我們沒有鉗子但是卻想截斷一根粗鐵絲的時候，我們往往在一個點往返反復(fù)折它，最后我們可以看到鐵絲在那一點處變長了，變細(xì)了，同時釋放出了很多熱量。這就是塑性變形的一個典型例子。所謂軟鋼，就是一種承載能力比較低的鋼，這樣，它可以在結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件還可以承受地震力的時候，已經(jīng)率先發(fā)生塑性變形，將地震輸入的能量耗散，從而保護(hù)了建筑結(jié)構(gòu)。這是建筑結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的一個重要發(fā)展。

此后，在世界范圍掀起一股研究耗能減震技術(shù)的高潮，各種新的裝置如同雨后春筍一般被發(fā)明出來，并不斷被應(yīng)用到工程實際中去。我國的學(xué)者們，也投入了這一領(lǐng)域的研究工作。沈陽市政府大樓、北京飯店等一大批國內(nèi)具有代表性的工程也都紛紛采用了耗能減震技術(shù)。特別是對于已經(jīng)有的建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)卣饘W(xué)家們認(rèn)為某個地區(qū)發(fā)生破壞性地震的可能性可能比預(yù)先認(rèn)為的大的時候，原先設(shè)計建造的建筑結(jié)構(gòu)可能就不在滿足抗震的要求。這個時候，把整個建筑拆除重建，顯然是不經(jīng)濟的。但是，又無法直接增加受力構(gòu)件來抵抗地震作用，怎么辦？這個時候，耗能減震技術(shù)就可以大顯身手。在原有建筑結(jié)構(gòu)的相對變形比較大的部位安裝上耗能減震的裝置，可以既提高建筑的抗震能力，又能把對原有建筑的影響減少到最小，甚至施工過程都不影響原建筑的繼續(xù)使用。

除了上面介紹的利用金屬的塑性變形來耗能外，還有各種其他的耗能方法。譬如利用干摩擦耗能的摩擦耗能器，利用粘性液體的粘滯液體阻尼器等等。我們知道現(xiàn)在比較高檔的自行車上都安裝了3個粘滯液體阻尼器，來耗散不平整的路面輸入到自行車上的能量，從而使得騎車更加舒適。對于大跨度的斜拉橋等結(jié)構(gòu)，往往采用半漂浮體系，計算表明，當(dāng)大的地震來臨后，橋梁的主梁位移很大。以前工程師們在梁和塔之間安裝一個擋塊來防止梁過大的位移，現(xiàn)在，大噸位的液體粘滯阻尼器可以更好地勝任這一工作。斜拉橋的斜拉索在較大的風(fēng)速特別是風(fēng)雨聯(lián)合作用下，可能會發(fā)生較大幅度的振動，對行車舒適度和橋梁安全造成一定的影響。安裝在索端的液體粘滯阻尼器可以有效地降低斜拉索的振動。世界上很多大型橋梁都采用了這一新技術(shù)，我國的長江三橋、杭州灣跨海大橋等現(xiàn)代化橋梁上，也都安裝了一定數(shù)量的液體粘滯阻尼器。目前我國很多高校、科研院所在此領(lǐng)域做了一定的研究工作，但是，現(xiàn)在我國尚不具備高噸位液體粘滯阻尼器的生產(chǎn)能力和試驗?zāi)芰Α?/p>

墨西哥市長大樓塔樓高225米，共59層，2003年1月21日墨西哥地震7.6 級地震，引起墨西哥城大面積振動，造成2700個結(jié)構(gòu)倒塌或嚴(yán)重破壞、13000座結(jié)構(gòu)遭到破壞，但墨西哥市長大樓沒有檢測到明顯的震害。

除了從能量的角度外，還可以從建筑結(jié)構(gòu)自身的相對振動入手。理論研究發(fā)現(xiàn)，如果一個結(jié)構(gòu)，最上面自由度的自振頻率與結(jié)構(gòu)基底的正弦波的頻率完全一致的話，則最上面一個自由度的振幅會大幅度增加，而結(jié)構(gòu)的其他部分的振幅則因此而減小。人們利用這種特殊的“吸振器”，研制出調(diào)諧質(zhì)量阻尼器：在高層建筑的頂層設(shè)置一個與建筑的第一階自振頻率相同的吸振器來吸收外界環(huán)境輸入到建筑結(jié)構(gòu)中的能量，并將其在吸振器內(nèi)耗散。這一吸振器可以是一個由彈簧和質(zhì)量塊組成的振動系統(tǒng)，也可以是一個經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計的特殊的水箱。目前世界上已經(jīng)有很多高層和超高層建筑采用了這一技術(shù)，我國的南京電視塔是較早采用這一技術(shù)的電視塔之一。但目前工程界仍然對將一個相當(dāng)于整個建筑質(zhì)量的1%左右的重物放到數(shù)百米高空對整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟性是否是一個最優(yōu)的解決方式存在分歧。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)相互融合，急速地改變?nèi)藗兊纳睢Ｖ鲃涌刂啤胫鲃涌刂频刃赂拍睢⑿录夹g(shù)也迅速地被應(yīng)用到土木工程抗震中來。人們利用磁流變液、電流變液、壓電材料、磁致伸縮材料、形狀記憶合金等智能材料，嘗試設(shè)計智能建筑結(jié)構(gòu)，使得在各種惡劣外界作用下，建筑結(jié)構(gòu)能保持最佳的性能。美國、日本等國家已經(jīng)有少數(shù)工程采用了這些新技術(shù)。科學(xué)家們正在孜孜不倦地進(jìn)行研究，我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們在地震災(zāi)害面前，將可以更好地保護(hù)自己。

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