一個建筑師的抗震反思

很難想象地震就這么突然爆發(fā)了,而且造成這么大的損害。

這個月初我剛剛去過成都,然后5月11號我從廣州飛回洛杉磯,12日一到家就聽說四川省汶川發(fā)生7.8級的大地震的消息,看到報道后驚呆了。

我現(xiàn)在長年居住的加利福尼亞洛杉磯,也處于美國特別大的地震帶——圣安德列斯斷層上,我自己就曾親身經(jīng)歷過兩次接近7級的地震,1994年那次大約是6.7級,地震在凌晨,但是地動山搖的恐懼依然記憶清晰,而這次四川大地震比我經(jīng)歷的那次要強10倍,新聞上看到山石傾瀉,掩埋整個城鎮(zhèn),慘烈程度難以想象。

很顯然,這樣的災難是難以預測的,甚至不如通過建造有抗震功能的建筑物更現(xiàn)實些、作用更大些,而目前不少國家在抗震建筑的開發(fā)研究方面的資金投入尚少。

地震是指由地震波所造成巖石圈的振動。自然現(xiàn)象和人為因素都能造成地震波。地震的強弱可用地震儀來測量。目前國際上一般采用美國地震學家查爾斯·弗朗西斯和賓諾·古騰堡(BenoGutenberg)于1935年共同提出的震級劃分法,即現(xiàn)在通常所說的里氏地震規(guī)模。

里氏規(guī)模是地震波最大振幅以10為底的對數(shù),并選擇距震中100千米的距離為標準。里氏規(guī)模每增強一級,釋放的能量約增加31倍。小于里氏規(guī)模2.5的地震,人們一般不易感覺到,稱為小震或微震;里氏規(guī)模2.5-5.0的地震,震中附近的人會有不同程度的感覺,稱為有感地震,全世界每年大約發(fā)生十幾萬次;大于里氏規(guī)模5.0的地震,會造成建筑物不同程度的損壞,稱為破壞性地震。里氏規(guī)模4.5以上的地震可以在全球范圍內(nèi)監(jiān)測到。

有記錄以來,歷史上最大的地震是發(fā)生在1960年5月22日19時11分南美洲的智利,根據(jù)美國地質所調(diào)查,里氏規(guī)模達9.5。

一般來說,地震大多分布在地殼不穩(wěn)定的部位,特別是板塊之間的消亡邊界,形成地震活動活躍的地震帶。全球地震主要分布在兩大區(qū)帶上。一是環(huán)太平洋地震帶,包括南、北美洲太平洋沿岸,阿留申群島、堪察加半島,千島群島、日本列島,經(jīng)中國臺灣再到菲律賓轉向東南直至新西蘭,是地球上地震最活躍的地區(qū),集中了全世界80%以上的地震。而這次發(fā)生大地震的四川,則是在第二條斷裂帶上,這條斷裂帶是喜馬拉雅-地中海地震帶,大致從印度尼西亞西部,緬甸經(jīng)中國橫斷山脈,喜馬拉雅山脈,越過帕米爾高原,經(jīng)中亞細亞到達地中海及其沿岸。

長期以來,人們就期望能夠預報地震,以便在地震發(fā)生之前做好準備,減小地震災害的損失。早在中國東漢時期,張衡就發(fā)明了地動儀,并于公元138年記錄到隴西大地震,但只是對地震發(fā)生后的一種記錄儀器,并不能對地震做任何預測。一般認為,科學的地震預報應該對一次地震發(fā)生的時間、地點和震級作出較為準確的判斷。但由于地球內(nèi)部活動的復雜性以及人類對此缺乏有效監(jiān)測手段和預報模型,時至今日,地震預報技術尚不完善,成功的例子很少,地震預報仍是當今世界科學的一大難題。

如何設計抗震建筑我在加州的家里經(jīng)歷了幾次地震之后,對地震防護也有了一點點體會。房屋震動,第一反應是逃出去,但是建筑外部高空墜物反而是導致傷亡的一個非常主要的原因,事實上,在地震發(fā)生時,關鍵是保持清醒的頭腦,正確的防護對于保證生命安全,減少人員傷亡是至關重要的。

如果震的時候在室內(nèi),應先關閉煤氣,可暫時躲避在堅實的家具旁或墻角、廚房、衛(wèi)生間等承重墻較多,跨度較小的地方,注意避開外墻體等薄弱部位,并且可以使用枕頭、被子等物,或直接用雙手保護頭部。主震過后,應迅速撤至戶外,在高層建筑內(nèi)的人員應盡量避免乘坐電梯。在室外可跑向比較開闊的空曠地區(qū)躲避,避免聚集在高層建筑及高壓輸電線下方。

但對于像汶川發(fā)生的大地震來說,如果在震中地區(qū),沒有什么建筑可以抵御如此狂烈的震動,但是通過建筑設計來抗震,還是減少傷亡和損失的重要方法。近年來,國外科學家運用現(xiàn)代科技,設計建造了不少新型抗震建筑。

地震高發(fā)區(qū)日本在這方面特別有經(jīng)驗,他們設計了一種叫做“彈性建筑”,有比較好的抗震性能。日本在東京建筑了12座彈性建筑物。經(jīng)東京發(fā)生的里氏6.6級地震能量的考驗,證明在減輕地震災害方面效果顯著。這種彈性建筑物建在隔離體上,隔離體由分層橡硬鋼板組和阻尼器組成,建筑結構不直接與地面接觸。阻尼器由螺旋鋼板組成,以減緩上下的顛簸。

美國也因為地震頻繁,因此在建筑設計上很突出注意抗震性能,其中一種比較成功的叫做“滾珠大樓”建筑。在硅谷最近興建了一座電子工廠大廈,它采用一種抗震新法,即在建筑物每根柱子或墻體下安裝組成的不銹鋼滾珠,由滾珠支撐整個建筑,縱橫交錯的鋼梁把建筑物同地基緊緊地固定起來,當發(fā)生地震時,富有彈性的鋼梁會自動伸縮,于是大樓在滾珠上會輕微地前后滑動,可以大大減弱地震的破壞力。

第三種抗震建筑類型以日本的“彈簧大樓”為代表,日本鹿島建筑部門發(fā)明了一種新的防震大樓營造法。其特點是,由彈簧把連著地基的基礎部分和建筑物主體分開,讓建筑物主體處于一種漂浮狀態(tài),而彈簧正是一種能吸收地震和其他振動沖擊的中介物,無論地基怎樣搖晃,建筑物都不會受到強烈的沖擊。實驗證明,烈度6—7度的地震搖晃,傳到這種建筑物時也將減到原來的十分之一。

地震造成的主要傷亡是在地震期內(nèi)發(fā)生的,因此,建筑設計上采用防震措施,對于減少傷亡有很正面的作用。

這次汶川大地震是有記錄最大的地震之一,因此傷亡十分慘烈。在這場災難面前,除了積極抗災救災以外,作為城市的建設者我們應該有更多的反思,把人的生命放到更高的位置,不僅重形式更要重品質!在這里,再次為死難者和幸存者祈禱,希望天佑我華夏子民。也希望中國建筑界能像美國和日本一樣,對地震引起足夠的重視,在地震帶的建筑設計上注意研發(fā)抗震建筑,以避免將來災害發(fā)生時的損失。(此文節(jié)選自王受之博客)

王受之/文

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