导语:为进一步深化对土耳其2月6日发生的两次7.8级地震的科学认识,应土耳其灾害应急管理局邀请,中国地震局组织科考队赴土耳其开展地震科学考察。以下为科考队成员中国地震局工程力学研究所曲哲研究员对于建筑隔震技术以及隔震建筑在地震中实际表现的解读。
隔震,顾名思义就是把建筑物跟地震隔开,即在基础和上部结构之间设置隔震装置,从而减小地震动对隔震层以上结构的影响。隔震装置通常设置在建筑物的底部,例如在地下室和基础之间的每根柱子下面放置隔震支座。这种支座外表上看是一块橡胶,里边则大有玄机,它是由一层薄薄的橡胶和一层薄薄的钢板互相叠合起来,很柔软可以在水平方向发生很大的变形,所以也叫叠层橡胶隔震支座。这样做实际上就是在建筑底部人为地设置了一个柔软的隔震层,但这个隔震层只能在水平方向柔软,竖向不能柔软,不然就像把房子放在一个救生气垫上一样,即使不地震房子也会晃来晃去。因为每一层橡胶都很薄,它的侧向变形会受到钢板强有力的约束,所以竖向压它的时候,它不会像一整块橡胶一样鼓出一个大包来,这样在竖向上就实现了很大的刚度。其实在隔震层里还有一些消能构件,帮助耗散地震输入的能量,控制隔震层的位移。最常见的就是在橡胶支座中间加上一根铅棒,我们叫它铅芯,利用铅这种金属的塑性变形来耗散地震能量,所以这种支座也叫铅芯橡胶支座。目前广泛应用还有高阻尼橡胶隔震支座、摩擦摆隔震支座等。
隔震建筑离我们并不遥远。1983年日本建成了全世界第一栋采用叠层橡胶支座的隔震建筑,1995年的阪神地震中有一栋采用隔震技术的邮政大楼表现非常好.从那时开始,隔震技术的优越性得到了公众的熟知。1993年我国第一栋隔震建筑在广东诞生,30年来,我国的隔震建筑实现了从无到有、从少到多的蜕变,现在已成为世界第一隔震大国。尽管如此,我国隔震技术的发展突破,还有很长的路要走,国际上的许多先进经验和震害教训都值得我们学习和总结。
土耳其的隔震建筑虽然在数量上远少于我国,其隔震技术往往应用于大型医院建筑,目前世界上最大的单体隔震建筑也在土耳其。在这次地震中受灾最严重的哈塔伊省,其南部的哈塔伊教育与研究医院和北部的德尔特约尔国立医院是该省两座最大的医院,前者为传统的非隔震建筑,后者则采用了隔震技术。
2013年建成的哈塔伊教育与研究医院是哈塔伊省最大最重要的医院。医院前楼地上8层,后楼地上5层,均采用钢筋混凝土框架结构。从现场科考看,医院大楼正立面看起来好像破损不大,但是或许是玻璃幕墙掩盖了真相,从敞开的正门里面一片狼藉可见地震对大楼的破坏,绕到医院背面可以看到轻质砌体填充墙被大量破坏,从顶部破坏的栅栏处也可以看到顶层大量风管的坠落。由于整个建筑已经禁止入内,我们无法查看建筑更多结构的损伤情况。即使地震已经发生了一个多月,医院的使用功能仍然没有恢复,也看不到在短期内恢复的希望。
2019年建成的德尔特约尔国立医院前楼地上3层,后楼地上10层,共使用了340个隔震支座。地震中几乎没有受到任何损坏,实现了震后功能正常使用。我们去的时候医院内部井井有条,也没有看到任何损坏的迹象。不只是上部结构没问题,隔震层和周边的附属构件也没有问题,医院的隔震层仍然干干净净,方便出入,隔震缝也干净利索,构造措施的精细程度堪比隔震强国日本。
采用隔震技术的德尔特约尔国立医院与非隔震的哈塔伊医院在震后表现的巨大差异,虽然并不构成严格科学意义上的对比,但是隔震作为一种先进的抗震技术在地震中能够发挥的作用得到了公众的认可。除了德尔特约尔医院之外,在这次土耳其地震中还有位于埃尔比斯坦、马拉蒂亚等地的多座隔震医院同样经受住了地震的考验。
每一次地震灾害都是对建筑抗震技术的实战检验,也为科学家和工程师继续进行探索和研究指明了方向。隔震技术是目前人类掌握的效果最好、适用性最强的减轻建筑物地震损伤的方法。要想经受住强烈地震的考验,我国隔震建筑的未来发展不仅要在技术上不断创新和突破,还需要提升防震减灾意识,大力推广隔震技术的利用普及,居有所安,民有所保,切实保护人民生命财产安全,为新时代经济社会的高质量发展提供更高的安全保障。