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台灣花蓮地震,還好紐西蘭擁有這些先進的抗震技術!

昨晚台灣花蓮地區附近發生6.4級地震,目前已造成兩人死亡,兩百多人受傷。

其實同樣身為島國的紐西蘭,地理位置剛好處於太平洋地震帶上——太平洋板塊與澳大利亞板塊的交界處,因受到兩塊板塊的相互作用,地震活動也十分頻繁。

儘管紐西蘭的歷史上有幾次特大地震造成了人員傷亡,但也出現過很多「零死亡」奇蹟,在建築業中堪稱神話。這些都與紐西蘭優秀的房屋抗震結構是無法分開的。

紐西蘭的抗震技術一直處於世界領先水平,對於所有建築都要符合抗震規範的完整標準,無論從地質角度、結構角度、岩土工程都有一套系統的標準,任何房屋在建造前,必須通過政府等部門的審核,符合後才可以動工興建。以普通居民住宅為例,建造前首先要有專業的岩土工程師的報告,裡面要說明房屋所在的土地是軟土地區、岩石地區等ABCD類,之後要由結構工程師再以此計算設計結構等,從而達到抗風、抗震的效果,在這之後才允許建造房屋。

除了房屋建造前要經過這一系列的專業人員對於建屋所在的地質情況的勘查、計算、設計,政府審查、審批,之後興建的房屋結構設計也需要符合紐西蘭的建築規範。

目前全世界最流行的抗震設計為「能力設計法」,這個設計法是由基督城坎特伯雷大學的帕克和鮑雷教授在70年代提出的,這兩位教授被國際抗震組織授予「地震工程傳奇」。儘管現在有許多新的概念與方法被相繼提出,但他們的方法還是被現今社會個大抗震設計規範採用。「能力設計法」是指在設計的過程中,哪些結構系統允許具有足夠的變形能力,使它們可以滿足基於位移需求的容量比,對於脆弱結構的部分加強其強度,使其結構有足夠的抗震性能。但由於2011年基督城區的眾多房屋倒塌,致使紐西蘭的結構建築師開始思考如何能將房屋設計為無損房屋,從而達到中震不壞,大震不修或者可以達到大震也不壞的能力。

在這之後,紐西蘭的結構工程師首先把汽車減震器的原理應用到建築結構中,並稱之為「消能減震器」,其材料一般為延展性較好的鋼材或者是大型彈簧和液壓系統。其思想的核心是——破壞弱者來保護強者,減震器消化了地震帶給建築物的能量,從而降低了地震對建築物帶來的撕裂效應。通過此概念奧克蘭大學實驗室對一種名為「防屈曲支撐BRB」的消能減震器進行了地震模擬實驗,結果表明這種消能器可以非常有效地消耗地震的撕裂能力,從而保持主體結構的良好狀態。

除了消能減震器之外,紐西蘭也是第一個開發並應用「地震隔離系統設計」的國家,這種技術已經有超過一百年的研究歷史了。這種技術在20世紀60年代末70年代初利用特質的橡膠墊加在基礎上達到隔震,到1990年後,有了一種新的「泡沫地基」被廣泛應用,從而利用其懸浮結構達到防震目的。有了這樣的設計,地震時房屋會像船在海上航行一樣,地震的震動如同海上的波浪,房屋會隨著震動而上下左右搖晃,而不會裂開。

此外,搖擺技術也由紐西蘭結構工程專家Priesley教授在90年代提出。所謂搖擺技術是指在牆體預留洞,鋼絞索穿入洞孔將牆體預拉起來,牆體與基礎本身並不現澆鏈接,地震作用下形成搖擺,地震結束時,搖擺系統回到原點,這種牆被稱為自中心(self-centering)牆。其核心原理為放鬆了節點也拉緊了節點,而保證主體結構在變形不會被造成破壞,可以在震後回到房屋中心。紐西蘭惠靈頓的四層房屋Alan MacDiarmid就是根據這一理念建成的。

以上的這些技術不僅僅單一地用在房屋結構上,它們都是可以同時應用在同一建築結構中,從而互相作用,達到更為有效的抗震效果。

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除這些結構上的抗震技術外,我們不難發現紐西蘭的房屋大多都採用了輕質的木質結構,哪怕我們看到的磚瓦房,其實大多都只是表面材質用的是磚瓦,裡面結構還是選用的木頭。木質結構的建築在抗震方面有其非常突出的優勢,木質結構的重量較輕,可在地震中吸收震力,不易變形,韌性大,有強力的彈力恢復性,使建築在地震中受到瞬間連續衝擊時,即使主體結構與第幾發生錯位也不容易坍塌,極大程度的避免了房屋坍塌帶來的人員傷亡。

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