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2016年11月18日
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第C02版:先驱社会
新西兰—一个从容地面对地震的国家
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  本周一,11月14日凌晨0点2分,新西兰南岛坎特伯雷的确北部Hanmer Spring东南20公里处发生了7.5级地震,南到但尼丁,北到奥克兰均有震感。
  新西兰—一个地震频繁的国家
  新西兰,作为一个岛国国家,并且地理位置刚好处于太平洋地震带上——太平洋板块与澳大利亚板块的交界处,因受到两块板块的相互作用,地震活动十分频繁。尽管与同样位于环太平洋地震带上的日本、印度尼西亚等国家相比,新西兰的地震活动水平仅处于一个中等水平。
  但据资料统计从1848年以来,新西兰共发生过22次的7级以上大地震,地震区域主要集中在北岛东南部和南岛东北部。近10年来造成人员伤亡最大的一次是在2011年2月22日发生在基督城的6.3级地震,尽管6.3级在新西兰的地震中并不是最大的一次(最大为1855年1月23日惠灵顿8.2级地震),但因为当时的震源浅并且震中正好位于基督城的市中心,从而导致一栋大楼倒塌,造成了185人死亡。
  优秀的抗震结构
  尽管新西兰的历史上有几次特大地震造成了人员伤亡,但也出现过很多“零死亡”奇迹,在建筑业中堪称神话。在此次面对7.5级的地震中,新西兰的建筑稳定性又一次得到了建筑业界的认证。截止目前为止在此次地震中只有两人身亡,据悉一位是因心脏病突发而死,一位是因旧房倒塌而亡。这些都与新西兰优秀的房屋抗震结构是无法分开的。
  新西兰的抗震技术一直处于世界领先水平,对于所有建筑都要符合抗震规范的完整标准,无论从地质角度、结构角度、岩土工程都有一套系统的标准,任何房屋在建造前,必须通过政府等部门的审核,符合后才可以动工兴建。以普通居民住宅为例,建造前首先要有专业的岩土工程师的报告,里面要说明房屋所在的土地是软土地区、岩石地区等ABCD类,之后要由结构工程师再以此计算设计结构等,从而达到抗风、抗震的效果,在这之后才允许建造房屋。
  除了房屋建造前要经过这一系列的专业人员对于建屋所在的地质情况的勘查、计算、设计,政府审查、审批,之后兴建的房屋结构设计也需要符合新西兰的建筑规范。
  目前全世界最流行的抗震设计为“能力设计法”,这个设计法是由基督城坎特伯雷大学的帕克和鲍雷教授在70年代提出的,这两位教授被国际抗震组织授予“地震工程传奇”。尽管现在有许多新的概念与方法被相继提出,但他们的方法还是被现今社会个大抗震设计规范采用。
  “能力设计法”是指在设计的过程中,哪些结构系统允许具有足够的变形能力,使它们可以满足基于位移需求的容量比,对于脆弱结构的部分加强其强度,使其结构有足够的抗震性能。但由于2011年基督城区的众多房屋倒塌,致使新西兰的结构建筑师开始思考如何能将房屋设计为无损房屋,从而达到中震不坏,大震不修或者可以达到大震也不坏的能力。
  在这之后,新西兰的结构工程师首先把汽车减震器的原理应用到建筑结构中,并称之为“消能减震器”,其材料一般为延展性较好的钢材或者是大型弹簧和液压系统。其思想的核心是——破坏弱者来保护强者,减震器消化了地震带给建筑物的能量,从而降低了地震对建筑物带来的撕裂效应。通过此概念奥克兰大学实验室对一种名为“防屈曲支撑BRB”的消能减震器进行了地震模拟实验,结果表明这种消能器可以非常有效地消耗地震的撕裂能力,从而保持主体结构的良好状态。
  除了消能减震器之外,新西兰也是第一个开发并应用“地震隔离系统设计”的国家,这种技术已经有超过一百年的研究历史了。这种技术在20世纪60年代末70年代初利用特质的橡胶垫加在基础上达到隔震,到1990年后,有了一种新的“泡沫地基”被广泛应用,从而利用其悬浮结构达到防震目的。有了这样的设计,地震时房屋会像船在海上航行一样,地震的震动如同海上的波浪,房屋会随著震动而上下左右摇晃,而不会裂开。
  此外,摇摆技术也由新西兰结构工程专家Priesley教授在90年代提出。所谓摇摆技术是指在墙体预留洞,钢绞索穿入洞孔将墙体预拉起来,墙体与基础本身并不现浇链接,地震作用下形成摇摆,地震结束时,摇摆系统回到原点,这种墙被称为自中心(self-centering)墙。
  其核心原理为放松了节点也拉紧了节点,而保证主体结构在变形不会被造成破坏,可以在震后回到房屋中心。新西兰惠灵顿的四层房屋AlanMacDiarmid就是根据这一理念建成的。
  以上的这些技术不仅仅单一地用在房屋结构上,它们都是可以同时应用在同一建筑结构中,从而互相作用,达到更为有效的抗震效果。
  除这些结构上的抗震技术外,我们不难发现新西兰的房屋大多都采用了轻质的木质结构,哪怕我们看到的砖瓦房,其实大多都只是表面材质用的是砖瓦,里面结构还是选用的木头。
  木质结构的建筑在抗震方面有其非常突出的优势,木质结构的重量较轻,可在地震中吸收震力,不易变形,韧性大,有强力的弹力恢复性,使建筑在地震中受到瞬间连续冲击时,即使主体结构与第几发生错位也不容易坍塌,极大程度的避免了房屋坍塌带来的人员伤亡。
  正是有了新西兰这些先进的抗震设计技术、理念,才使得新西兰人民能够安全地在一次又一次的地震中度过。最后笔者想提醒住在新西兰的人们,地震发生时,请一定不要慌乱,在新西兰历史上多次事实实例证明,地震发生的瞬间,人们进入或离开建筑物时被砸死砸伤的机率更大。待在室内避免靠近门窗,找到墙角、桌子等掩护物体下面趴下,才是正确的方法。


  


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