“以柔克震”真的可行吗-百科知识2025年20期
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《百科知识》

“以柔克震”真的可行吗

根据中国国家地震局的数据,全球每年记录在案的地震约有2万次。然而,其中真正能对人类造成严重影响的地震每年仅有一二十次,引发严重灾害的地震大约每年只有一两次。今年3月28日缅甸发生的7.7级地震就是近年来最为惨烈的一次,统计显示约有3000余人遇难。

由于目前人类尚无法准确预报地震,地震预警时间往往只有数秒至几十秒,这段时间对于避难和逃生而言极其有限。因此,大多数人逐渐接受了这样一种现实:与其幻想能够逃避地震,不如通过提升建筑物的抗震能力,与地震共存。正所谓“小震不用跑,大震跑不掉”,抗震房屋的建设成为保护生命安全的关键。

最早的抗震建筑理念强调“以硬抗震”,即通过加厚墙体、加粗承重柱、使用高强度材料等方式来增强建筑整体的刚性和稳定性,以抵御地震带来的冲击和扭曲。这种理念形成了最初的抗震设防措施。以基本地震动加速度0.1g(g重力加速度)设防的建筑为例,若采用框架结构、设有完整圈梁,并使用砖混结构,通常可以在震级 7 级以下的地震中保持结构稳定。

然而,经过对大量建筑实际抗震表现的长期观察,人们逐渐认识到,单纯依赖刚性结构未必是最优解。相反,“以柔克刚”的设计理念日益受到重视,这催生了更为先进的抗震设计方向——免震结构与制震结构。

免震结构是指在建筑物与地基之间加入橡胶垫或摩擦滑动承重座等缓冲装置,使地震波传递至上部结构时被部分吸收、延缓和削弱。就如同在建筑底部安装了一个巨型弹簧系统,即便地震来袭,房屋仍能保持相对平稳,大大降低倒塌风险。制震结构则是指在建筑的墙体或承重部位加装专门的减震设备,用以吸收地震能量、控制晃动。目前,被广泛应用的调谐质量阻尼器就是一种基于钟摆振动原理开发的减震装置。当建筑震动时,该装置悬挂在建筑高处的重物会朝着与震动相反的方向摆动,从而中和部分震动能量,达到减震效果。

位于中国台北市的101大楼就是采用调谐质量阻尼器的典型案例。这座大楼在其88楼至92楼之间悬挂着一个重达660吨的巨型钢球,其摆动可显著减缓建筑在地震或强风下的晃动。这是全球首个向游客公开展示的超大型阻尼器,也是目前世界上最大的同类装置之一。自2004年投入使用以来,台北101大楼已经经受住了多次强烈台风和地震的考验,成为柔性抗震设计的成功范例。

无论是“以硬抗震”,还是免震、制震结构,所有抗震房屋的效果都必须经过真实地震的考验。在我国,与免震、制震结构有关的理论被统称为“隔震理论”,相应的建筑也被称为“隔震房屋”。中国工程院院士周福霖长期致力于该领域的研究,并提出了一个极具前瞻性的愿景:用100年的时间去验证,基于隔震理论所建造的房屋能否在强震中保护成千上万的生命。

理论源于实践,1976年发生的唐山大地震让时任结构工程师的周福霖意识到,真正保命的关键不在于逃出建筑物的速度,而在于建筑结构本身是否可靠。在震后调查中,他发现两栋特殊的楼房在地震中竟未坍塌,原因在于它们的地基上铺设有油毡防潮层。防潮层起到了滑动缓冲作用,使整栋楼滑动了40厘米而未受到严重破坏。这一偶然间的发现,为他后来提出隔震理论提供了启示。在后续研究中,周福霖带领团队不断探索“以柔克刚”的抗震路径,突破了“支柱越粗越安全”的传统思维。他们提出,不能一味追求建筑结构的强度,而应通过隔震或减震来提升整体的抗震能力。这一理念虽然在当时受到不少质疑与反对,但周福霖还是坚持了下来,并逐步形成了系统的“房屋隔震消能新技术”和“减震控制新体系”。

1993年,周福霖带领团队在广东汕头市的陵海路上建成了中国第一幢采用橡胶支座的隔震住宅楼。该楼仅由23个橡胶隔震垫承重,底部与地面之间保留着数厘米的缝隙,宛如“漂浮在地面上”。这栋楼分别在1994年和2006年遭遇了7.2级和6.7级两次地震,表现出远超常规建筑的抗震性能。它不仅结构无恙,甚至能保障室内仪器设备的正常运作,成为真正意义上的“安全岛”。这项成就也被联合国工业发展组织的专家誉为“世界隔震技术发展史上的第三个里程碑”。

截至目前,我国采用隔震技术的建筑已有万余栋,数量居世界首位。然而,周福霖并不满足于已有成果。为从时间维度进一步验证隔震理论的可靠性,自2000年起,他启动了一个跨越百年的长期试验计划——以50年为一个阶段,持续监测隔震支座的老化与性能变化,确保代际传承不间断。周福霖表示:“我也许看不到100年后的结果,但那时人们可能会自信地说,我们的房屋可以在地震中不坏不倒。”

这种跨越百年的科研计划,在当今的科研环境中极为罕见。如今很多研究追求“短平快”,以尽快发表论文、争取项目或获奖为目标,而周福霖却选择用一生去验证一个理念,这种坚持令人肃然起敬。回望科学史,即便诺贝尔奖评委会也很难完全依赖长期检验作为评奖标准。因此,周福霖选择“百年计划”,不仅是一种技术挑战,更是一种科学信仰——用一生去做真正对人类有意义的事。

周福霖清楚,这样的科学研究难以获得诺贝尔奖,因为它无法在科学家有生之年完成,但一旦取得成功,将为地震多发国家挽救成千上万条生命。尤其是在中国这样一个大部分国土受地震带影响、人口稠密的大国,隔震技术的普及将具有深远的社会意义。

如果说诺贝尔奖是对某一科研成就的最高肯定,那么真正经受住百年大震考验、保护千万人生命安全的隔震房屋,将获得每一位居住者心中的真挚赞叹。这是科学的温度,也是工程的良心,更是时间给予的珍贵回报。

[责任编辑]张小萌

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