三年前,當(dāng)巨大的地震災(zāi)難降臨中國(guó)西南的四川時(shí),演繹了無(wú)數(shù)生離死別的故事。
安心靈是綿陽(yáng)市防震減災(zāi)局的副局長(zhǎng),今年清明后帶著我們?cè)僖淮芜M(jìn)入北川災(zāi)區(qū)。這個(gè)已經(jīng)被建成地震紀(jì)念館的地方,時(shí)至今日還是讓他傷心不已。他清楚地記得地震當(dāng)晚他來(lái)到這里尋找他的同事時(shí),發(fā)現(xiàn)那里的建筑只剩下一個(gè)樓頂了。
回看地震現(xiàn)場(chǎng),那些倒塌的建筑讓人生畏,我們似乎還能聽(tīng)到廢墟深處傳來(lái)的呻吟。而那些站立在廢墟上的房子,也讓我們產(chǎn)生深深的敬意,感謝它們?cè)诘卣鹉且豢瘫Wo(hù)了人類的生命。在一座破損不太嚴(yán)重的建筑物門口,老安停下來(lái)為我們講述了一個(gè)發(fā)生在超市里的故事。這個(gè)建筑物是一個(gè)超市,當(dāng)時(shí)就在這里幸存的幾千人相互分發(fā)食物,然后大家向綿陽(yáng)的方向逃難。當(dāng)大家到達(dá)北川中學(xué)的時(shí)候,縣委決定,讓青壯年返城救人,其他人向綿陽(yáng)疏散,而疏散的人都自覺(jué)地把手中的食物留下來(lái),場(chǎng)面特別令人感動(dòng)。
這座站立不倒的房子,保護(hù)了生命,還保留了幸存者活下去的必需品。建筑,對(duì)于生命的意義,只有經(jīng)歷過(guò)災(zāi)難的人才會(huì)深刻地體會(huì)到。
怎樣才能讓房子不倒?我們辛辛苦苦建造的房子,怎樣才不會(huì)反過(guò)來(lái)傷害我們?自古以來(lái)人們一直思考著這樣的問(wèn)題。在上個(gè)世紀(jì),曾經(jīng)有一個(gè)幻想學(xué)家,他幻想在下一個(gè)世紀(jì)(本世紀(jì))人類就不怕地震了,因?yàn)槿祟惥幼〉亩际卸冀ㄔ谝粋€(gè)大方舟上。
地震,一次次刺痛人類的心,人類對(duì)于抵御地震災(zāi)難的要求也越來(lái)越強(qiáng)烈。而現(xiàn)實(shí)中,解決建筑抗震難題并不容易。
隨著建筑物的不斷升高不斷龐大,它本身的抗震安全也越來(lái)越重要,光靠把梁柱加粗、墻壁加厚也束縛了建筑的發(fā)展。怎么辦,能不能真像幻想中的那樣,把房子和發(fā)生地震的大地隔離開(kāi)?幻想終歸是幻想,把城市建在一條大船上的可能性不大。怎么才能讓建筑物與地震隔離開(kāi)?怎樣不讓它再遭受地震威脅呢?
我們來(lái)到了正在建設(shè)的昆明新機(jī)場(chǎng)工地,這個(gè)機(jī)場(chǎng)建成后,將是我國(guó)第四大機(jī)場(chǎng),是國(guó)家“十一五”期間的重點(diǎn)工程。但有一個(gè)讓人無(wú)法回避的問(wèn)題是,昆明機(jī)場(chǎng)所在的云南省,正處于我國(guó)西南地震多發(fā)區(qū);而且未來(lái)的新機(jī)場(chǎng)航站樓,是用七條彩帶一樣的鋼梁支撐起來(lái)的,這漂亮的建筑也給抗震提出了難題。有專家指出,昆明機(jī)場(chǎng)是一個(gè)非常不規(guī)則的建筑物,當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),這種不規(guī)則的建筑物就要產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),一旦發(fā)生扭轉(zhuǎn)則一定會(huì)發(fā)生巨大破壞。
怎樣把這個(gè)弱點(diǎn)轉(zhuǎn)化為安全可靠的結(jié)構(gòu)呢?來(lái)到機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓的地下,我們看到一個(gè)奇怪的景象:候機(jī)樓的地基不是直接深入地下,而是全都架在了一個(gè)個(gè)看上去像是用橡膠制成的圓柱體上,整個(gè)建筑像是一個(gè)懸浮著的巨大的船。云南省地震工程研究院安曉文院長(zhǎng)介紹,候機(jī)樓下面的橡膠圓柱,作用就相當(dāng)于大船下的水,打個(gè)比方說(shuō),一條船行駛在海上,船跟海底之間有一層水,水是柔軟的,海底發(fā)生地震的時(shí)候,對(duì)于船是沒(méi)有影響的,因?yàn)楸缓K綦x了。
難道這候機(jī)樓就是幻想家想象的那條大船嗎?
水的柔性,能隔離震動(dòng)的力量,人類能否利用這個(gè)原理隔離地震呢?不能把建筑物建在真正的水面之上,用什么以柔克剛隔離地震的破壞呢?自然災(zāi)難,從來(lái)就是人類發(fā)展的伴生物。但人類不應(yīng)該白白經(jīng)歷災(zāi)難,正是在災(zāi)難中,人們學(xué)會(huì)了新的生存之道。
周福霖,中國(guó)工程院院士,30多年前,唐山發(fā)生地震時(shí),當(dāng)時(shí)還年輕的他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇跡:在一片廢墟中,還有2棟4層的房屋沒(méi)有倒。他感覺(jué)非常奇怪,走進(jìn)一看,發(fā)現(xiàn)北側(cè)房屋墻下都有一道瀝青防潮層。在發(fā)生地震時(shí),這個(gè)建筑物沿著這個(gè)防潮層滑動(dòng)了40厘米左右,房屋沒(méi)有倒塌。
4層樓下面的瀝青層為什么能讓樓房不倒呢?讓我們到地震現(xiàn)場(chǎng)看看建筑物遭受破壞后會(huì)有什么特點(diǎn)。北川很多曾經(jīng)是頂樓的房子,現(xiàn)在掉落到了地上,底層樓被摧毀了。那些沒(méi)倒塌的建筑,底層柱子上也都有受到強(qiáng)力摧折的痕跡,這些都在告訴我們什么呢?
專家介紹,地震的時(shí)候,從震源破裂出來(lái)的能量,會(huì)以地震波的方式向周圍傳播,一個(gè)叫縱波,一個(gè)是水平向的剪切波,對(duì)建筑損害最大的是剪切波。地震發(fā)生時(shí),它往往在建筑物的一層產(chǎn)生剪切力,對(duì)那里的破壞最大。人們針對(duì)這種現(xiàn)象,想出了現(xiàn)在的辦法:把柔性的橡膠隔震墊加裝在受力最大的地方,把這個(gè)破壞性的力消減掉,以此來(lái)減輕地震對(duì)建筑其他結(jié)構(gòu)的摧毀,這就是隔震的原理。
加上這樣一層柔性的隔震墊,地震的破壞就能被隔離掉嗎?讓我們來(lái)做實(shí)物實(shí)驗(yàn):
制作2個(gè)同樣的建筑模型,在2個(gè)模型下面安裝不同的底座,一個(gè)是用有機(jī)玻璃固定的,另一個(gè)是用橡膠墊支撐的。把它們放在一個(gè)震動(dòng)臺(tái)上,在遭受同樣的地面震動(dòng)時(shí),它們會(huì)有什么不同呢?
發(fā)生震動(dòng)時(shí),同樣的震動(dòng),建筑物的晃動(dòng)程度不同,上方放置的水箱里的水也明顯能看出差別。造成這種明顯差異的就是2個(gè)模型下面安裝了材料不同的底座。
在模型實(shí)驗(yàn)中,我們看到了明顯效果,但用在真材實(shí)料的建筑中也能有同樣的效果嗎?研究者已經(jīng)在廣州大學(xué)抗震建筑研究中心的試驗(yàn)臺(tái),根據(jù)采集來(lái)的真實(shí)地震波,進(jìn)行過(guò)很多次模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明,不管多大地震,在震動(dòng)臺(tái)上每一個(gè)隔震房屋都沒(méi)有被震倒,而且地震越大它的隔震效果越好。
國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了很多類似的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果告訴人們:因?yàn)榻?jīng)過(guò)隔震后房屋的晃動(dòng)變成了一種緩慢的平移,不僅房屋受損減少,房?jī)?nèi)的家具等設(shè)施的倒塌也減少很多。
橡膠隔震的理念,給人們抵御地震的幻想打開(kāi)了一扇門,但是當(dāng)把它應(yīng)用于承載我們生命的建筑上時(shí),它安全嗎?有沒(méi)有難以回避的問(wèn)題呢?
在昆明機(jī)場(chǎng)的地下層我們看到,橡膠隔震墊非常粗大,直徑都在1米以上,但橡膠畢竟是柔軟的東西,把這樣大一個(gè)機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓放在橡膠做成的墊子上,它能承受得了嗎?專家分析,如果是一個(gè)完全純的橡膠塊的話,那么它豎向的承載力和橫向的承載力是完全一樣的,由于建筑物很重,因此它豎向的承載力不夠。
怎樣能讓橡膠承受住建筑物的強(qiáng)大壓力呢?這個(gè)秘密就在橡膠隔震墊制作的過(guò)程中!原來(lái)在橡膠的中間被疊放進(jìn)去了一層層鋼板。
把鋼板放進(jìn)橡膠層,橡膠就不會(huì)變形了嗎?不變形的橡膠墊還能具有隔震的效果嗎?
每種橡膠墊做好后,都要經(jīng)過(guò)抗壓和柔性試驗(yàn),在巨大的縱向壓力和橫向拉力下,它的各項(xiàng)性能必須達(dá)標(biāo)才能安裝。但是對(duì)于橡膠,還有另一個(gè)讓人擔(dān)心的地方,就是它會(huì)不會(huì)老化呢?專家告訴我們,橡膠是相當(dāng)容易疲勞氧化的,一般橡膠放上個(gè)三五年就會(huì)有一定程度老化。而建筑物的壽命可遠(yuǎn)不止三五年,我國(guó)通常的民用建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年,重要建筑年限更長(zhǎng)。使用周期如此長(zhǎng)久的建筑物,怎么能用易老化的東西來(lái)支撐呢?
橡膠老化主要是熱老化,在受熱時(shí)它的分子鏈斷裂就會(huì)產(chǎn)生老化。但是作為隔震墊來(lái)說(shuō),它使用的環(huán)境是比較封閉的,受到光照等情況較少,因此老化程度比較低,所以作為隔震墊使用,壽命是相當(dāng)長(zhǎng)的。
汶川地震后,隔震建筑進(jìn)入了迅速發(fā)展期,很多援建項(xiàng)目都采用了隔震技術(shù)。但在普通住宅中,這樣的技術(shù)應(yīng)用,會(huì)不會(huì)增加房屋建設(shè)成本呢?
在昆明市最外圍的東川區(qū),因?yàn)闅v史上發(fā)生過(guò)比較大的地震,所以對(duì)建筑的抗震要求,這里達(dá)到了最高的9度設(shè)防,建筑的梁柱鋼筋用量很大,高樓無(wú)法承受,以至于幾年前這里還很少有高層建筑,百貨大樓也只敢蓋到5層高。
因?yàn)橛辛讼鹉z隔震技術(shù),十幾層的商用高樓出現(xiàn)在了東川。這種隔震建造技術(shù)也運(yùn)用到了住宅小區(qū)的開(kāi)發(fā)中。我們看到,在一個(gè)小區(qū)里現(xiàn)在正在建設(shè)的,是從未有過(guò)的11層樓住宅。那么房子每平方米成本會(huì)提高多少呢?該小區(qū)開(kāi)放商向我們介紹,使用隔震墊的房屋造價(jià)比不使用隔震墊的造價(jià)還稍微偏低一點(diǎn)。
為什么使用隔震墊造價(jià)反而會(huì)降低呢?因?yàn)榘凑諊?guó)家建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,加裝隔震墊后,建筑上部結(jié)構(gòu)的梁柱和墻體都可以相應(yīng)減少尺度,鋼材和混凝土的使用量會(huì)減少,所以雖然增加了隔震墊的支出,但總體成本卻能降低,這就為隔震技術(shù)在建筑中的大量使用提供了條件。而隔震技術(shù)的不斷完善,也為各種特殊建筑的抗震,提供了新思