奪命的是建筑物,不是地震。這句話也許你不會馬上接受,然而事實上,各國都有太多的教訓,因此,建筑抗震防震領域不斷涌現出新材料和新技術。
主動抗震的建筑理念
專家們認為,使建筑物主動抗震是對付地震的最佳辦法,它比地震預報的作用更大、更顯著。目前不少國家在這方面的投入已優先于地震預測預報工作。尤其是在日本和美國在研究主動抗震建筑物方面已取得了巨大的成效。
范例1,智控大廈。東京街頭聳立著一座11層高的鋼結構建筑物。從外表上看,它與其他建筑物沒有多大區別,但它能主動抗震,能使地震波的影響減少80%。為減少地震波的影響,控制建筑物的晃動,科學家采取了3項技術措施:一是鎮重塊,當建筑物晃動時,它在軌道上來回滑動,可使建筑物不遠離平衡位置;二是縛扎建筑物的彈性纜,它像彈簧一樣,可使地震時搖晃的建筑物逐漸回到平衡位置;三是以水或壓縮空氣為動力的噴氣頂推裝置,它能在瞬間對地震的推拉起伏作出反應,抵消其對建筑物的作用。當地震發生時,該大廈的傳感系統把地震波信息傳到中心計算機,它分析數據信息后,迅速對鎮重塊、彈性纜和噴氣頂推裝置3個系統作出如何反應的指示,從地震發生到作出反應只需1/100秒,讓搖晃在人們感覺到之前就被抑制住了。
范例2,彈性建筑。日本在東京建筑了12座彈性建筑物。經東京發生的里氏6.6級地震能量的考驗,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,建筑結構不直接與地面接觸。隔離體中的阻尼器由螺旋鋼板組成,以減緩上下的顛簸。
范例3,滾珠大樓。美國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。
范例4,彈簧大樓。日本鹿島建筑部門發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,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。
抗震建筑的新型材料
隨著抗震建筑結構的快速發展,對抗震建筑用新型材料提出了越來越高的要求。注重高強度、高性能、環保型、功能化的抗震建筑材料的生產開發成為熱點。
材料1,加氣混凝土是一種輕質多孔、保溫隔熱、防火性能良好、可釘、可鋸、可刨和具有一定抗震能力的新型建筑材料。
材料2,加氣混凝土砌塊的分量只相當于普通混凝土的1/5,適用于高層建筑的填充墻和低層建筑的承重墻。使用這種材料,可以使整個建筑的自重比普通磚混結構建筑的自重降低40%以上。由于建筑自重減輕,地震破壞力小,所以能大大提高建筑物的抗震能力。
材料3,MULTI抗震材料是日本最近研制成功的一種抗震防水新型建筑材料,它不僅具有防震蕩撕裂、防橫力拉斷與防壓力擠暴等性能,還具有防漏水、滲透水的特點。
材料4,美國推出的一種新型碳纖維復合材料PPEPP碳合材料,抗拉強度高、密度小、耐腐蝕性和耐久性好,是抗震加固的優選方案之一。
材料5,印度最近研制成功一種CCRV抗震幕墻材料,造價低廉,隔熱節能,抗震性能優于玻璃幕墻。
材料6,上海寶鋼最近研制成功的抗震阻尼器用鋼是抗震性能較強的建筑結構用鋼板,具有極好的屈伸率和沖擊韌性,采用該產品加工的構件,可有效吸收地震波能,保持建筑結構在地震中安全穩定。
材料7,沈陽研發成功的新型建筑體系及材料——水泥聚苯模殼主要由水泥、聚苯顆粒和粉煤灰組成。該體系建材不但具有環保節能、耐火、保溫、隔聲等功能,而且通過模擬地震測試,可以抵抗8級地震帶來的傷害。
有了這么多的榜樣,我們相信,還會有更多的抗震防震新技術不斷涌現。
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慘痛的教訓
1976年以前,河北唐山是個不設防的城市,建筑很少考慮抗震問題。市區80%的平房為焦渣頂、石砌平房,屋頂過重且結構不合理。六十年代后陸續建成的磚混樓房也一樣脆弱,鋼筋混凝土空心樓板搭在磚砌的承重墻上,經不起劇烈晃動。地震中,唐山城鄉總計68萬多間、1100多萬平方米民用建筑中,有65萬多間、1050多萬平方米倒塌和遭受嚴重破壞,造成重大人員傷亡和財產損失。
2005年11月26日,江西九江發生5.7級地震,倒塌房屋1.8萬間,損壞房屋15萬多間。
2008年5月12日,四川汶川地區發生8級大地震。據民政部統計,截至5月20日,汶川地震已造成倒塌房屋536.25萬間,損壞房屋2142.66萬間,因災死亡68858人,受傷366586人,失蹤18618人,500多萬人受災。
2010年4月14日至5月17日,青海玉樹地震中當地平房100%倒塌,學校樓房50%倒塌,因災死亡1140人,受傷12000多人,失蹤400多人,100多萬人受災。