从7.0级地震到日本3种隔震措施

本文开始之前我有两个测试要向你挑战:


场景一:你是一名在5楼工作的上班族。你感到一阵眩晕,你确认遭遇了地震。地震如此强烈,你很难跑出这座写字楼,但坐以待毙的结果可能是葬身废墟,此刻你决定:


A.抱头蹲伏在办公桌下方  

B.抱头蹲伏在办公桌旁边

C.不管了,冲出去再说


场景二:你是一名车主,你驱车来到停车场,此时地面震动,你选择:


A.屈膝抱头在车中坚持直到震动消失

B.走出汽车抱头蹲在车旁

C.走出汽车跑到停车场空旷地带等待。


你可以在阅读的过程中思考答案,也能直接翻到文章结尾寻找答案。


截至目前发文,九寨沟7.0级大地震已造成19人死亡。近些年来,我国大地震频发,较大震度的地震基本等同于死亡通知单。地震中人员伤亡又多体现为建筑倒塌对人身的伤害。一方面,在紧急情况下,错误的避震方式降低了生存概率;另一方面,国内普遍较弱的建筑抗震能力也让建筑缺乏安全性。



就事实来说,我国凭7%的国土面积承受了世界范围内33%的大陆级别地震,是世界上受地震损害最为严重的国家。我国自公元前2300年至公元2000年共发生5级以上的地震就有2048次,令人欣慰的是,得益于中国从古至今对地震的事无巨细的记录,现存的各大城市(地级市及以上)都位于地震低发带。从官方数据看,自1993年至今,109次破坏性地震,仅有两次发生在地级市辖区,其余107次地震都发生在县区或县级市。看看近年的地震数据就能看出端倪:


20085月,四川汶川县、北川县发生8.0级地震,69227人遇难;

20104月,青海省玉树县发生7.1级地震,2698人遇难;

20134月,四川省芦山县发生7.0级地震,25人遇难;

20137月,甘肃省岷县、漳县交界发生6.6级地震,95人遇难。


尽管,地级市发生大地震的几率极低,但是一旦发生,造成的打击却是最难以承受的。建国后,我国唯一一次发生在地级市的大地震就是唐山大地震。


再看看我们的邻居日本,全世界10%的地震发生在日本,而日本的国土占世界陆地面积不足0.3%;且日本人口密度大,高楼林立。在日本发生的地震中与我国的汶川大地震规模相当的要数发生在1995年的阪神大地震。同等的地震强度、烈度,同样发生在人口密集区域,阪神地震中遇难的人数为6434人,这相差10倍的遇难人数对比,证明了日本在地震预防和应对方面的确技高一筹。


就建筑防震设计规范来说,我国的建筑设计位于世界前列,而且在某些方面甚至是最为严格的。然而,从地质勘探到施工建设直至验收整个环节中,质量把控却总显得有些差强人意。不过,若单单对比相同地震等级造成的直接死亡人数和损毁房屋数来一味贬低中国建筑防震能力却又十分片面。



一般来说,直接造成建筑倒塌的原因,和地震等级倒是没有太多关系,反而和地震烈度有直接的联系,而地震烈度与震源中心的距离成反比。就拿汶川大地震来说,地震等级为8.0级;而震中烈度却达到11度;对于工业建筑设计来说,地震烈度达到9度已属相当严格的设计标准。所以日本抗震技术确实强过中国,但也唔需刻意神化。


我在查阅日本关于建筑防震设计的相关信息时,发现日本的防震设计并不仅仅是简单的选择更大的柱横截面积。除了采用与国际通用的抗震结构加固措施外也应用了很多开创性手法来改善抗震效果。总体来说日本抗震应用方向分为两类:制震和隔震。隔震的设计较为直观且新奇,特此介绍一下:


隔震结构的设计依赖于隔震层,而根据建筑高度的不同,隔震层的设置位置又有所不同。根据隔震层位置的不同,可将隔震结构分为:


1.基础隔震:日本建筑使用最为普遍的隔震设计工艺,隔震层设置在基础和结构中间,而隔震层的种类千奇百怪,有采用橡胶软垫的,也有采用滑动支座的;我在某些文章了解到还有采用水池结构的。



2.中间层隔震:这种新出现的隔震设计常用更高层建筑的设计中。常识上,建筑越高,晃动越为明显,这是弯矩在作怪。在建筑中间层设置隔震带目的就是要减弱隔震带上部楼层向下部楼层晃动的传递


3.人工场地隔震带:此类施工将隔震层设置于基础的下方,通常在建筑基础周围建造更大占地面积的人工场地用于隔离地面与建筑基础的直接联系。


除此之外,还有一种值得一提的减震措施,在结构制震中,有种“主动制震”,原理较为新奇。


其原理是在高层建筑顶端设置一定质量的“平衡锤”。借由传感器的信息传导和计算机的控制,控制“平衡锤“以规律运动抵消地震和强风的影响。或许是翻译原因,制震其实就是字面意义上的减震。而该种技术和前文提到的中间层隔震结合在一起获得了“日本隔震构造协会”的特别技术奖。


以上技术多为高层建筑所采用,而我国现状是,地震多发县、镇、村行政级别区域。显然采用以上这些高大上的措施显得有些不接地气。我在查阅相关资料和询问我公司结构工程师时也特意询问了这些问题。对此,民间非市区或欠发达地区的低层乃至单层建筑可采用以下建筑方式达到抗震的效果:


1.少采用砖瓦结构,多采用木质结构及钢筋混凝土结构。


砖瓦结构房屋抗震性能极差,如果将常见的建筑材料以抗震能力排名,则是:砖瓦结构<钢筋混凝土结构<木质结构<钢结构。这解释了,每次地震,反而是现存的许多古代木质建筑受损程度更低。



其实在煤矿结构的实际使用中,木质结构甚至比钢结构更为安全。尽管木质结构不如钢结构承载力大,但当木质结构超出承受能力即将倒塌之前总是会持续发出刺耳的吱吱声音,而有经验的矿工根据这种声音就能判断煤矿存在危险而能及时逃脱;反之,如今采用钢结构搭建煤矿支撑时,结构屈服引起的崩塌往往发生在一瞬间,矿工根本没有反应时间。


2.采用箱体结构。


这是另一个不采用砖瓦结构的原因。在地震震波传递之际,砖瓦结构往往会剥离掉落、墙壁会倒塌,这对尚处于室内的人构成了巨大的生命威胁。而采用箱体结构的房屋,遭遇地震时,往往会整体错位,而不是分崩离析。在这种房屋,更加安全。


3.注意房屋的墙壁厚度。


如今北京兴起打击违法改建、扩建的行动。短期来看,政府的这些举措暂时降低了当地居民的生活便利程度。但长期看,若不进行此类整改,这些违规改造的建筑可能会在关键时刻威胁住客的生命安全。很多居民在从事房屋改造活动时,往往高估了房屋的承受能力。承重墙设计之初就不仅用于日常房屋承重,更是考虑了地震时的抗震功能。因此,改造你家房屋的承重墙前,请咨询专业人士。如何简单区分你准备挥动锤子的墙壁是不是承重墙?有一个基准:20cm;超过20cm厚度的墙壁均为承重墙。



在文章接近结尾的时候,我得告诉正在读文章的你,我并非是一名结构工程师。但作为补偿,我有几位同事都是资深的结构工程师,而且其中三位拥有“国家一级注册结构工程师”的职业资格。他们工作负责且敬业。本文中的观点一半来自资料搜索,另一半来源于我同他们的日常交流。


还记得本文开头的挑战吗?


对于开头两个测试题目:如果你的回答都是B,那么恭喜你,在地震来临之际,你的生存几率一定很高;如果你选择了其他答案,我建议你搬到大城市去住。直接拖动屏幕到文章结尾的人可能会觉得这个建议似乎违背直觉。如果你想寻求解释,那就快速浏览下本文的前半部分吧。


通常来说,我们小时候受到的教育教导我们在发生地震时应该挪到桌底或床底躲藏起来。事实上,这可能会让你陷入危险。一项来自西班牙的实验研究表明,无论是你藏在桌底还是车子里面,都不如在这两者的旁边安全。两种不同选择的生存率到底有多大区别:10% VS 98%。这其中的原理是什么?建筑倒塌时,首先会压碎家具、桌椅等较高的物体,而如果此刻你正在其中,后果将不堪设想;反之,如果保持更低的高度蹲伏在旁边,家具类物体被压垮后,会形成一个安全地带供你生存。



这就是答案,如果你不介意,试着向你的家人、朋友或是远在地震发生区域和你一起LOL的战友探讨这个答案吧。