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——访中国建筑科学研究院工程抗震所原所长王亚勇教授
http://www.chinajsb.cn 2008-06-02 09:36:25
“此次四川发生的震级为8级、震中烈度达11度的汶川大地震波及全国大部分地区，有关部门公布的数据显示，受此次地震影响的甘肃省陇南地区武都县的地震烈度达到了9度，可在该县采用了橡胶隔震垫的三栋六层砖混结构楼房却完好无损，这说明目前建筑中采用的一些抗地震的隔震新技术经住了此次地震的考验，卓有成效。”这是日前中国建筑科学研究院抗震所原所长王亚勇教授在接受本报记者专访时告诉记者的，他还向记者详细地叙述了科技抗震，以“柔”克“刚”的未来发展趋势。
以“柔”克“刚”，隔震技术显成效
“过去我们的抗震方式是被动的，主要是想办法把结构建得结实一点，想方设法让结构能‘抗’得住地震；而现在可以通过采用结构隔震和消能减震技术来隔绝或消耗地震能量，即通过‘减’震来保护房屋免遭大的损坏；人们已从原来的对抗地震时代跨向减震、消震时代，这也是将来发展的必然趋势。“王亚勇首先向记者解释了工程抗震新技术的原理。 他向记者详细介绍了文中开篇提到的橡胶垫隔震技术。他说，该项技术是国际上热门的工程抗震新技术，通过把隔震消能装置（橡胶隔震垫）安放在结构物底部和基础（或底部柱顶）之间，把上部结构和基础“隔开”。这样，隔绝了大部分地震作用，改变了结构的动力特性和动力作用，明显地减轻结构物的地震反应，达到“以柔克刚”的效果。当地面发生剧烈地震震动时，建筑物上部结构仍处于正常的弹性工作状态。据悉，根据地震模拟震动台试验和地震实测的结果表明，夹层橡胶隔震垫隔震体系的上部结构加速度反应只相当于传统抗震结构（基础固定）加速度反应的1/4。橡胶垫隔震体系除了比传统抗震体系具有明显降低地震反应、确保安全外，一般增加的造价也不多，约为5%%左右。同时，它的抗震措施（橡胶隔震垫）简单明了，更换修复方便（橡胶隔震垫使用寿命约20年左右），且可使上部结构设计自由灵活。
王亚勇说，目前世界上有许多国家已开始在建筑物中使用橡胶垫隔震技术，尤其是日本、美国等应用实例较多。国外采用橡胶垫隔震的工程大多数属于重要建筑物，例如政府大楼、医院、法律中心、计算中心、博物馆、实验室、图书馆以及警察局、监狱、高级住宅等。因为设计时所取的安全系数较大，工程造价偏高，所以在推广应用方面受到了一定限制。 我国也有多栋建筑物采用了橡胶垫隔震。据悉，我国第一栋、当时世界上最高的隔震住宅房屋是上世纪90年代初建于汕头市的一栋八层框架结构商住楼。该楼在建设过程中适当改变上部结构的设计，补偿了隔震基础所增加的费用，比常规抗震房屋还节省，使房屋既安全又经济。 王亚勇说，1989年以后实行的《建筑工程抗震设防分类标准》开始提倡采用隔震技术。不仅此次汶川大地震的实践证明，橡胶垫隔震房屋能经受住强烈地震的考验，减震性能非常显著，而且国内外历次地震中一些实例也说明了这一点。
据悉，1994年1月17日，在美国洛杉矶发生的大地震中，该市相距不远的两个医院，一个采取了隔震措施，地震时医师护士照常工作，毫无问题；另一个是不隔震的，损毁严重。据有关资料显示，1996年2月3日，云南丽江发生7级强烈地震，距震中不远的四川省西昌市国税局宿舍楼，为一幢采取了隔震措施的六层楼。地震发生时，楼中的居民只感到轻微晃动，而相邻的一幢只有四层高的常规抗震楼，楼中居民感觉到摇晃得十分厉害。 王亚勇认为，这种新技术值得在我国大力推广，我国是个多地震国家，他相信具有显著经济效益、社会效益的隔震工程将向高深层次发展，王亚勇告诉记者，近期他将提议组织召开汶川大地震震害学术研讨会，会上将会有隔震工程的情况介绍，以利该项技术的推广应用。 未来抗震方向，消能减震
随着欲与天公试比高的摩天大楼大量涌现，高层及超高层防震减灾技术也受到高度重视，王亚勇说，过去我国发生的地震中，很少涉及高层建筑防震抗震，但此次汶川地震有了这方面的例子。在高层及超高层建筑中，“将控制理论引入地震工程领域，在结构体系里设置消能阻尼器，消耗输入上部结构的大部分地震能量。”这是王亚勇向记者介绍的另外一种抗震新技术。
据悉，房屋结构里装置的消能阻尼器腔体里注满粘稠的硅油（粘弹性阻尼器），当地震袭来时，房屋摆动，与结构相连的活塞随之在腔体里运动，与硅油发生激烈的摩擦，温度随之升高，使得地震的震动能量转变成了热能，被及时消耗掉了，建筑所受的地震影响就随之变小了。这还是属于被动的地震控制，就是使地震对建筑的影响减小。主动控制则是在地震发生时，反过来给建筑施加能量，如人们常说的调频阻尼器。其原理是当地震发生时，房子会向一个方向位移，在屋顶装置一个很重的质量块，根据地震波的方向及时使它向相反方向移动，以抵消地震的能量。“在目前，这是很尖端的技术”，王亚勇说，“这种装置技术要求非常高，而且成本也较高。如上海环球金融中心，就在第90层安装了两台各重250吨的风阻尼器，它不仅能使强风作用下，建筑物的加速度反应降低，地震时，还将有效地减小建筑结构在地震时的反应。”
目前台湾已建成的“101”大楼也使用了一种呈球状、重600吨的调频阻尼器，用8条钢缆吊起来，挂在靠近楼顶的地方，钢缆的长度可以调整到让“大球”和建筑物摆动的周期一样。当发生大风、台风或地震时，建筑物会摆动，这个“大球”也会跟着摆动，但两种摆动方向相反，而整幢大楼在其协调下摆动就明显减小。有了这个“大球”，“101”大楼最高能抗7级地震。
此外，在建筑材料的应用方面，可使用高强度的混凝土，还可在混凝土中添加智能材料，可以自动填充、弥合建筑物中产生的细小裂缝。另外，也可以在梁、柱、桁杆件等结构构件里加上智能材料，如形状记忆合金；地震时建筑物变形，但地震后又将建筑“拉”回原来的位置。
日前发生的汶川大地震，使我国部分地区人民的生命财产损失惨重，真可谓“天地齐哀悼同胞，江河呜咽恸中华”，可是在这惨烈的悲剧中我们也发现了些许的“光亮”，那就是科技抗震方面的成功经验，尽管目前，它的光芒还十分微弱，但我们有理由相信，随着科学技术不断向前发展，随着新技术在抗震领域的更多应用，抗震领域中的科技之光将日益强大，成为人民群众生命财产的保护神！本报记者 贺慧宇 |
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