大地震震出中國(guó)防震避震與減震(去抗震的)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)平衡理論

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新型防震避震與減震(去抗震的)技術(shù)欲改正傳統(tǒng)

汶川大地震帶來(lái)的巨大災(zāi)難已經(jīng)牽動(dòng)起整個(gè)世界建筑領(lǐng)域的神經(jīng)——尋找能夠運(yùn)用到建筑領(lǐng)域中的有效抗震技術(shù)已經(jīng)成為世界建筑界的共識(shí)，日前，一項(xiàng)早在1985年就發(fā)明出來(lái)并在1990年取得美、中、英三國(guó)發(fā)明專(zhuān)利的新型減震、隔震、消震技術(shù)被中國(guó)企業(yè)新紀(jì)錄推到了輿論關(guān)注的前臺(tái),并在世界許多國(guó)家包括美國(guó)和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的關(guān)注。
“建筑物與地震應(yīng)該和諧，而不是死扛對(duì)抗，我們的原理是以柔克剛，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段人為主動(dòng)的切斷(避開(kāi))地震產(chǎn)生的沖擊力，沖擊打擊建筑物基礎(chǔ)的傳遞路線,否則，建筑物就會(huì)在被地震的沖擊力打擊下，從而產(chǎn)生樓倒屋塌人亡的嚴(yán)重后果”。泰中集團(tuán)美、中、英三國(guó)發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)發(fā)明人陸建衡這樣闡述自己的防震避震與減震(去抗震的)理論。
陸建衡出身于橋梁世家，其父陸蘊(yùn)山是我國(guó)解放后第一代鐵路建設(shè)專(zhuān)家，.陸建衡繼承父親的遺志，一直從事鐵路橋梁專(zhuān)業(yè)的研究和建設(shè)工作。他創(chuàng)造性地將鐵路橋梁中橋片與橋墩的隔震、減震原理轉(zhuǎn)化運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)中,即將橋梁的柔性結(jié)構(gòu)和建筑的剛性結(jié)構(gòu)相結(jié)合，先后發(fā)明了十多種專(zhuān)利技術(shù)。
汶川大地震已經(jīng)讓他的防震避震與減震(去抗震的)理論和技術(shù)成為輿論關(guān)注的焦點(diǎn)。
剛?cè)嵯酀?jì)的防震避震與減震(去抗震的)結(jié)構(gòu)
陸建衡研究發(fā)現(xiàn)，世界各國(guó)現(xiàn)行采用的抵抗地震破壞的建筑物體的基本類(lèi)型，都是以吸收地震能量為主的插入式整體結(jié)構(gòu)，即將建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為絕對(duì)不可分割的剛體插入地球，插入式整體建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)，將地震破壞力直接傳遞給上部結(jié)構(gòu)，使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生搖晃，由于上部結(jié)構(gòu)是鋼箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)，因而在搖晃中產(chǎn)生的巨大能量沒(méi)有釋放點(diǎn)，而被迫返回基礎(chǔ)，地震又很快的不斷的沖擊建筑物的基礎(chǔ)，向上部結(jié)構(gòu)繼續(xù)輸送地震能量。
在陸建衡看來(lái)，這樣上部結(jié)構(gòu)返回的作用力，同基礎(chǔ)傳來(lái)的地震內(nèi)力發(fā)生沖撞，往覆多次，沖撞最厲害的集中點(diǎn)，就是能量集中釋放的突破點(diǎn)，也是結(jié)構(gòu)的破壞點(diǎn)，通常都在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的交面上，破壞的形式是剪切破壞，而整個(gè)建筑物不是倒塌就是傾斜。
“傳統(tǒng)的抗震理論就是與地震死扛對(duì)抗，然后追求抗得住，所謂小震不壞、中震可修、大震不倒，追求的就是這一目標(biāo)，但按照這種要求建筑物，不但會(huì)造成巨大的不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),由于一. 地震沖擊力的方向不發(fā)確定; 二. 城市建設(shè)中建筑物的布置和類(lèi)型差異很大,因此,各種建筑物受地震沖擊打擊的反應(yīng)都不可能是一樣的,?！标懡ê鈴睦碚撋现赋隽诉@種與地震死扛和對(duì)抗的抗震理論的嚴(yán)重問(wèn)題,即根本達(dá)不到想象的死抗硬扛的目的。他的做法是，仿效鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)，在建筑物的地基與立柱之間安裝水平滑動(dòng)(不能是橡膠豎向彈性)隔震裝置。這種裝置在地震波的沖擊下可以通過(guò)滑動(dòng)釋放地震能力。這樣，地震通過(guò)地基打擊上部建筑的傳力通道就完全被切斷了。同時(shí)，還在建筑的四周外圍加裝了一些具有很大彈性的消震裝置，這些裝置可以跟隨地震波的振動(dòng)而伸縮，把地震波擋在建筑地基以外。
這些裝置完全改變了傳統(tǒng)的插入式鋼箍捆住地震內(nèi)力的建筑結(jié)構(gòu)體系，將建筑物的整體有機(jī)的隔離成兩個(gè)受力體系，這樣地震破壞力的傳遞媒介改變了，由直接傳遞轉(zhuǎn)化為間接傳遞，這就大大減少地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)的沖擊。同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的作用力也大大減小。
據(jù)介紹，這些被稱為“建筑物抗震減震裝置”、“建筑物消震裝置”和“高層建筑隔震消能裝置”的技術(shù)已經(jīng)獲得美、中、英三國(guó)專(zhuān)利，構(gòu)成了陸建衡防震避震與減震(去抗震的)理論和技術(shù)體系中的關(guān)鍵構(gòu)件。
更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性的是，陸建衡的防震避震與減震技術(shù),在用于城市中大量即有舊建筑加高更新改造中,可以在不影響舊建筑物的正常情況下使用，也可以在不用搬遷的情況下進(jìn)行，比常規(guī)抗震更加安全，還節(jié)省40%左右的投資；用于新建筑中，比常規(guī)設(shè)計(jì)節(jié)省20%左右，并能完全達(dá)到地震設(shè)防要求。 據(jù)了解，該專(zhuān)利技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于中央黨校、國(guó)務(wù)院二招等舊建筑的加高和防震避震減震工程中。這項(xiàng)創(chuàng)新科技經(jīng)評(píng)審已被列為北京市重大科技成果推廣計(jì)劃，建設(shè)部也已將其列為首批推廣應(yīng)用技術(shù)并公告向全國(guó)推廣。
清華大學(xué)建筑系科技部專(zhuān)家張明見(jiàn)指出，建筑界已經(jīng)有不少人相繼對(duì)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和抗震措施所依據(jù)的剛性結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)提出了質(zhì)疑,而在中國(guó),陸建衡就是一個(gè)代表，“陸建衡是以動(dòng)態(tài)平衡為基礎(chǔ)的剛?cè)嵯酀?jì)理論體系來(lái)替代現(xiàn)今世界幾十年來(lái)遵循的依據(jù)靜態(tài)平衡的剛性結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)剛性結(jié)構(gòu)體體系,以剛?cè)嵯酀?jì)理論體系為基礎(chǔ)的減震、隔震和消震設(shè)計(jì)替代抗震設(shè)計(jì)，這一科研成果應(yīng)該是人類(lèi)創(chuàng)造性地應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害的一場(chǎng)革命?！睆埫饕?jiàn)評(píng)價(jià)說(shuō)。
橡膠墊與阻尼器的局限
陸建衡表示，幾百年來(lái)，人類(lèi)所推行的以死扛為特征的靜態(tài)（加大剛度）的建筑結(jié)構(gòu)體系，違背了地球地震的客觀規(guī)律。因此，給人類(lèi)自己造成了巨大的災(zāi)難。人類(lèi)為了在地球上更好的生存和發(fā)展下去，就得從根本上解決適應(yīng)地球地震客觀規(guī)律的建筑結(jié)構(gòu)體系。
他堅(jiān)定地認(rèn)為，以釋放地震內(nèi)力為抗震原理的建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)平衡體系才是與地震力相適應(yīng)的，這一思想應(yīng)該成為制定新的建筑防震避震與減震(去抗震的)標(biāo)準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)，這才是人類(lèi)抗震技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。而對(duì)于目前世界建筑領(lǐng)域所采用的抗震技術(shù)，熟悉這一技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)的陸建衡根據(jù)自己動(dòng)態(tài)平衡為基礎(chǔ)的剛?cè)嵯酀?jì)理論體系專(zhuān)門(mén)撰文進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
根據(jù)陸建衡介紹，當(dāng)前有一種“橡膠墊”隔震減震器己經(jīng)應(yīng)用于某些建筑物的建造之中,這種在91年獲美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利的橡膠墊隔震減震器的是由一層橡膠一層鋼板的多層反復(fù)重疊,并在其中心部鉆孔安放鉛芯棒所組合而成。但在陸建衡看來(lái)，這種橡膠墊應(yīng)對(duì)地震具有很大的局限性，他通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)，橡膠墊的圓柱形特征決定了這種隔震減震器只能在豎向沖擊力的情況下發(fā)揮隔震減震的目的，但當(dāng)應(yīng)對(duì)水平?jīng)_擊力時(shí)，不但起不了隔震減震的目的,反而加速了建筑上部結(jié)構(gòu)的傾覆。
“地震沖擊力對(duì)建筑基礎(chǔ)的沖擊力,是水平往覆沖擊力,在死抗硬抗地震沖擊力的建筑結(jié)構(gòu)中,地震沖擊力水平?jīng)_擊建筑物基礎(chǔ),隨之基礎(chǔ)將地震沖擊力傳遞到建筑上部結(jié)構(gòu),造成建筑物整體傾覆性擺動(dòng),這是地震沖擊力破壞建筑物的主要原因和表現(xiàn)形式，地震發(fā)生時(shí)，除了地震震源上方的建筑物之外，大部分建筑物所遭遇到的幾乎都是水平往覆的地震沖擊力，而連接建筑物及其基礎(chǔ)的橡膠墊不但無(wú)法化解這種水平?jīng)_擊力,反而因橡膠墊的變形無(wú)法往覆復(fù)原而破壞?！标懡ê庵赋?。
除了橡膠墊，陸建衡也對(duì)增加建筑結(jié)構(gòu)硬抗地震能力的“阻尼器”進(jìn)行了評(píng)價(jià)，他指出，這種裝置的作用是減小上部建筑在地震中擺動(dòng),但不可能減小地震對(duì)基礎(chǔ)的沖擊力，而“阻尼器”在建筑結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的反作用力,反而加大了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)動(dòng)力, 當(dāng)?shù)卣饹_擊破壞力與安裝在建筑結(jié)構(gòu)中的“阻尼器”的受力方向一致時(shí), 阻尼器才能發(fā)揮一定作用,然而“阻尼器”的設(shè)計(jì)安裝是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用來(lái)安裝的,而地震沖擊力對(duì)建筑物的受力方向卻不可預(yù)測(cè)，所以即使安裝了阻尼器，也不可能保證“阻尼器”與受地震沖擊力方向一致。
這也說(shuō)明阻尼器要發(fā)揮作用也是有條件的,而這個(gè)條件就是在設(shè)計(jì)時(shí),就要準(zhǔn)確的了解: 地震沖擊波在所城市的受力方向,來(lái)決定“阻尼器”的設(shè)計(jì)和安裝。 但是現(xiàn)在的科學(xué)手段是根本無(wú)發(fā)測(cè)定,地震爆發(fā)時(shí)地震沖擊波的沖擊方向,更不可能將地震沖擊波的沖擊方向,按“人為的意志”去適應(yīng)不同的建筑物的“阻尼器”的阻尼方向的, 因此,可以確定“阻尼器”在地震爆發(fā)時(shí),只有少數(shù)“阻尼器” 設(shè)計(jì)和安裝的方向與地震沖擊波的沖擊方向一致, 而大多數(shù)“阻尼器”是沒(méi)有用的,因而仍然逃脫不了地震沖擊波的打擊,這些沒(méi)用的阻尼器根本不會(huì)起到阻擋地震沖擊波的作用 。   
建設(shè)節(jié)約型防震避震與減震(去抗震的)建筑
汶川大地震發(fā)生后，建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)也緊接著成為建筑界討論和關(guān)注的熱點(diǎn)話題。但陸建衡發(fā)現(xiàn)，人們一談建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)總是言必稱地震等級(jí)，諸如把建筑物的抗震等級(jí)從6度提高到7度或8度等等。
“這說(shuō)明，我們目前通行的抗震標(biāo)準(zhǔn)仍然是與地震沖擊破壞力死扛對(duì)抗的傳統(tǒng)思維，提高抗震標(biāo)準(zhǔn)所追求的就是抗得住。”按照這種思維建造樓房，就要從施工上采取提高砼標(biāo)號(hào)、加大鋼筋的直徑及配比量等措施。而如果在全國(guó)960萬(wàn)平方公里的疆土內(nèi)處處設(shè)防,將成千萬(wàn)億平方米的建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均提高到抗7度、抗8度、抗9度的標(biāo)準(zhǔn)，必然會(huì)造成建筑成本和投資的無(wú)限增加(至少也是數(shù)萬(wàn)億元資金的增加)。
“沿襲傳統(tǒng)的抗震標(biāo)準(zhǔn)以提高抗震等級(jí)，這不是節(jié)約而是極大的浪費(fèi)，這種做法固然能夠增強(qiáng)人們?cè)谛睦砩系陌踩?，但巨大的浪費(fèi)卻與我們所倡導(dǎo)的科學(xué)發(fā)展觀背道而馳。如果按照我們的理論和技術(shù)，通過(guò)在建筑物基礎(chǔ)上進(jìn)行防震避震、減震、隔震、消震的設(shè)計(jì)和設(shè)置，切斷地震產(chǎn)生的沖擊力，避免與地震死扛對(duì)抗, 而建筑物的主體建造部分根本用不著增加抗震強(qiáng)度，這是節(jié)約的(抗震)標(biāo)準(zhǔn)?！标懡ê獗硎?。
陸建衡之所以主張節(jié)約，是因?yàn)檫€有一項(xiàng)名為“抗震(防震避震與減震)低層樓房加層結(jié)構(gòu)”的技術(shù)，這一技術(shù)重大優(yōu)越性在于，可以在不拆遷建筑物的基礎(chǔ)上，通過(guò)規(guī)劃設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改變?cè)黾咏ㄖ锏母叨炔⒏淖兤渫庥^，把5層樓變成10層甚至更高。這一技術(shù)之所以可以實(shí)現(xiàn)，乃是因?yàn)殛懡ê鈱欠考訉蛹夹g(shù)與其系列防震避震與減震技術(shù)相結(jié)合，提出了分離式釋放地震內(nèi)力動(dòng)態(tài)平衡建筑結(jié)構(gòu)體系,從理論上解決了在不拆遷即有舊建筑物,而在其上加高增加新建筑(抗震)設(shè)防的結(jié)構(gòu)、解決了新舊樓不同沉降和地震時(shí)振動(dòng)不同步等重大技術(shù)問(wèn)題。
“橋梁建筑的雙拱結(jié)構(gòu)，運(yùn)用在即有舊建筑物加高的新建筑上，使其大跨度橫梁解決了新加樓層荷載的承重問(wèn)題；新舊建筑基礎(chǔ)分離及新建筑與舊建筑連接器剛?cè)嵝越Y(jié)點(diǎn)，解決了不同荷載承重和不同沉降問(wèn)題?！标懡ê馀e例說(shuō)。
按照陸建衡的說(shuō)法，“建筑物抗震減震裝置”專(zhuān)利技術(shù)用于新加高層建筑，可將建筑物整體有機(jī)的隔離成兩個(gè)受力體系，由直接傳遞專(zhuān)轉(zhuǎn)化為間接傳遞。解決了將地震沖擊波沖擊建筑物基礎(chǔ)的傳力通道，有效的全部隔斷。即在建筑物四周一定范圍內(nèi)，沿基礎(chǔ)底部到地面部分，設(shè)置了消震裝置，將地震爆發(fā)時(shí)地震沖擊波從任何方向沖擊建筑物基礎(chǔ)的破壞，完全分離隔斷；在建筑物上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間，設(shè)置了隔震、減震裝置，又將地震沖擊力傳給上部建筑物的傳力通道給切斷了。這樣，就能徹底保證加層之后樓房的安全性。
據(jù)介紹，這項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，自1991年至2001年已在北京中央黨校、國(guó)務(wù)院二招、首都師范大學(xué)教學(xué)樓、河南的南陽(yáng)市政府大樓、首都師范大學(xué)教學(xué)樓、山東的德州市辦公樓等相繼使用，效果反映良好。業(yè)界專(zhuān)家表示，這是對(duì)低層建筑加層結(jié)構(gòu)防震避震與減震理論和實(shí)施方法的一種重大突破,不僅適用于住宅建筑舊樓加高,也適用于大跨度的會(huì)堂、影劇院、展覽館民用建筑、工業(yè)建筑、鐵路和公路橋梁、大型水庫(kù)的大壩建設(shè)。
值得一提的是，這種加層樓房在施工過(guò)程中可以保證原建筑物繼續(xù)使用、不需進(jìn)行搬遷，而采用特別結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加層,使原建筑物從2-5層可加高到8-20層.增加數(shù)倍面積的新建筑,帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在占地以及避免搬遷和拆遷等方面具有顯著的節(jié)約效果。據(jù)測(cè)算，與傳統(tǒng)的拆遷建造相比，采用樓房加層的方法與可節(jié)省40%到60%的投資。
有房地產(chǎn)界人士指出，這一樓房加層技術(shù)徹底打破了“萬(wàn)丈髙樓平地起“的舊觀念，將引領(lǐng)一場(chǎng)房地產(chǎn)革命，即傳統(tǒng)的占地房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)時(shí)代的結(jié)束, 無(wú)地空間房產(chǎn)開(kāi)發(fā)時(shí)代的到來(lái)。尤其是在建設(shè)用地緊張、房?jī)r(jià)高漲、人口密度大的北京、上海等大城市具有極大的推廣價(jià)值，為改善人民群眾越耒越緊張的住房問(wèn)題尋找到了一種低投入高產(chǎn)出的模式。這一吸納集成了陸建衡的防震避震與減震、隔震和消震設(shè)計(jì)樓房加層技術(shù)，在增強(qiáng)建筑物防震性能的同時(shí)，又能擴(kuò)大建筑物的使用面積，兼具有效性與節(jié)約性，而依靠這一技術(shù)，中國(guó)所有的城市也將產(chǎn)生房地產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的新模式。