科技抗震：以“柔”克“剛”

　　“此次四川發生的震級為8級、震中烈度達11度的汶川大地震波及全國大部分地區，有關部門公布的數據顯示，受此次地震影響的甘肅省隴南地區武都縣的地震烈度達到了9度，可在該縣采用了橡膠隔震墊的三棟六層磚混結構樓房卻完好無損，這說明目前建筑中采用的一些抗地震的隔震新技術經住了此次地震的考驗，卓有成效。”這是日前中國建筑科學研究院抗震所原所長王亞勇教授在接受本報記者專訪時告訴記者的，他還向記者詳細地敘述了科技抗震，以“柔”克“剛”的未來發展趨勢。?

　　以“柔”克“剛”，隔震技術顯成效?

　　“過去我們的抗震方式是被動的，主要是想辦法把結構建得結實一點，想方設法讓結構能‘抗’得住地震；而現在可以通過采用結構隔震和消能減震技術來隔絕或消耗地震能量，即通過‘減’震來保護房屋免遭大的損壞；人們已從原來的對抗地震時代跨向減震、消震時代，這也是將來發展的必然趨勢。“王亞勇首先向記者解釋了工程抗震新技術的原理。?

　　他向記者詳細介紹了文中開篇提到的橡膠墊隔震技術。他說，該項技術是國際上熱門的工程抗震新技術，通過把隔震消能裝置（橡膠隔震墊）安放在結構物底部和基礎（或底部柱頂）之間，把上部結構和基礎“隔開”。這樣，隔絕了大部分地震作用，改變了結構的動力特性和動力作用，明顯地減輕結構物的地震反應，達到“以柔克剛”的效果。當地面發生劇烈地震震動時，建筑物上部結構仍處于正常的彈性工作狀態。據悉，根據地震模擬震動臺試驗和地震實測的結果表明，夾層橡膠隔震墊隔震體系的上部結構加速度反應只相當于傳統抗震結構（基礎固定）加速度反應的1/4。橡膠墊隔震體系除了比傳統抗震體系具有明顯降低地震反應、確保安全外，一般增加的造價也不多，約為5%%左右。同時，它的抗震措施（橡膠隔震墊）簡單明了，更換修復方便（橡膠隔震墊使用壽命約20年左右），且可使上部結構設計自由靈活。?

　　王亞勇說，目前世界上有許多國家已開始在建筑物中使用橡膠墊隔震技術，尤其是日本、美國等應用實例較多。國外采用橡膠墊隔震的工程大多數屬于重要建筑物，例如政府大樓、醫院、法律中心、計算中心、博物館、實驗室、圖書館以及警察局、監獄、高級住宅等。因為設計時所取的安全系數較大，工程造價偏高，所以在推廣應用方面受到了一定限制。?

　　我國也有多棟建筑物采用了橡膠墊隔震。據悉，我國第一棟、當時世界上最高的隔震住宅房屋是上世紀90年代初建于汕頭市的一棟八層框架結構商住樓。該樓在建設過程中適當改變上部結構的設計，補償了隔震基礎所增加的費用，比常規抗震房屋還節省，使房屋既安全又經濟。?

　　王亞勇說，1989年以后實行的《建筑工程抗震設防分類標準》開始提倡采用隔震技術。不僅此次汶川大地震的實踐證明，橡膠墊隔震房屋能經受住強烈地震的考驗，減震性能非常顯著，而且國內外歷次地震中一些實例也說明了這一點。?

　　據悉，1994年1月17日，在美國洛杉磯發生的大地震中，該市相距不遠的兩個醫院，一個采取了隔震措施，地震時醫師護士照常工作，毫無問題；另一個是不隔震的，損毀嚴重。據有關資料顯示，1996年2月3日，云南麗江發生7級強烈地震，距震中不遠的四川省西昌市國稅局宿舍樓，為一幢采取了隔震措施的六層樓。地震發生時，樓中的居民只感到輕微晃動，而相鄰的一幢只有四層高的常規抗震樓，樓中居民感覺到搖晃得十分厲害。?

　　王亞勇認為，這種新技術值得在我國大力推廣，我國是個多地震國家，他相信具有顯著經濟效益、社會效益的隔震工程將向高深層次發展，王亞勇告訴記者，近期他將提議組織召開汶川大地震震害學術研討會，會上將會有隔震工程的情況介紹，以利該項技術的推廣應用。?

　　未來抗震方向，消能減震?

　　隨著欲與天公試比高的摩天大樓大量涌現，高層及超高層防震減災技術也受到高度重視，王亞勇說，過去我國發生的地震中，很少涉及高層建筑防震抗震，但此次汶川地震有了這方面的例子。在高層及超高層建筑中，“將控制理論引入地震工程領域，在結構體系里設置消能阻尼器，消耗輸入上部結構的大部分地震能量。”這是王亞勇向記者介紹的另外一種抗震新技術。?

　　據悉，房屋結構里裝置的消能阻尼器腔體里注滿粘稠的硅油（粘彈性阻尼器），當地震襲來時，房屋擺動，與結構相連的活塞隨之在腔體里運動，與硅油發生激烈的摩擦，溫度隨之升高，使得地震的震動能量轉變成了熱能，被及時消耗掉了，建筑所受的地震影響就隨之變小了。這還是屬于被動的地震控制，就是使地震對建筑的影響減小。主動控制則是在地震發生時，反過來給建筑施加能量，如人們常說的調頻阻尼器。其原理是當地震發生時，房子會向一個方向位移，在屋頂裝置一個很重的質量塊，根據地震波的方向及時使它向相反方向移動，以抵消地震的能量。“在目前，這是很尖端的技術”，王亞勇說，“這種裝置技術要求非常高，而且成本也較高。如上海環球金融中心，就在第90層安裝了兩臺各重250噸的風阻尼器，它不僅能使強風作用下，建筑物的加速度反應降低，地震時，還將有效地減小建筑結構在地震時的反應。”?

　　目前臺灣已建成的“101”大樓也使用了一種呈球狀、重600噸的調頻阻尼器，用8條鋼纜吊起來，掛在靠近樓頂的地方，鋼纜的長度可以調整到讓“大球”和建筑物擺動的周期一樣。當發生大風、臺風或地震時，建筑物會擺動，這個“大球”也會跟著擺動，但兩種擺動方向相反，而整幢大樓在其協調下擺動就明顯減小。有了這個“大球”，“101”大樓最高能抗7級地震。?

　　此外，在建筑材料的應用方面，可使用高強度的混凝土，還可在混凝土中添加智能材料，可以自動填充、彌合建筑物中產生的細小裂縫。另外，也可以在梁、柱、桁桿件等結構構件里加上智能材料，如形狀記憶合金；地震時建筑物變形，但地震后又將建筑“拉”回原來的位置。?

　　日前發生的汶川大地震，使我國部分地區人民的生命財產損失慘重，真可謂“天地齊哀悼同胞，江河嗚咽慟中華”，可是在這慘烈的悲劇中我們也發現了些許的“光亮”，那就是科技抗震方面的成功經驗，盡管目前，它的光芒還十分微弱，但我們有理由相信，隨著科學技術不斷向前發展，隨著新技術在抗震領域的更多應用，抗震領域中的科技之光將日益強大，成為人民群眾生命財產的保護神！