“空中樓閣”

現(xiàn)代建筑中的隔震智慧

在以上《你好，張衡》的古今對話中，這位古代科學(xué)家對現(xiàn)代隔震技術(shù)表現(xiàn)出濃厚興趣。當(dāng)他了解到建筑可以通過隔震層在地震中實現(xiàn)整體水平移動時，不禁感嘆："這不就是空中樓閣嘛！"

這聲贊嘆，道出隔震技術(shù)的精髓——通過柔性隔震層，建筑不再硬扛，而是在地震波作用下實現(xiàn)可控的水平位移，這正是隔震技術(shù)創(chuàng)造的工程智慧，是現(xiàn)代工程學(xué)對古人"空中樓閣"幻想的現(xiàn)實詮釋。

隔震原理：以柔克剛的建筑智慧

傳統(tǒng)建筑抗震理念強(qiáng)調(diào)"硬抗"，而現(xiàn)代隔震技術(shù)則追求"巧防"。其核心奧秘在于，在建筑上部結(jié)構(gòu)和地基之間，安裝一層特殊的“隔震層”。地震來臨時，這層裝置會通過自身的水平變形和緩慢移動，像“滑板”或“緩沖墊”一樣，將大部分破壞性的地震能量“隔離”或“消耗”掉，從而保證上部結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、安全。

隔震層通過兩大機(jī)制守護(hù)建筑安全。

一是延長結(jié)構(gòu)自振周期：隔震層的低剛度特性將建筑的自振周期從0.3-1.0秒延長至2.0-3.0秒，有效避開地震能量集中的頻段。

二是高效耗能：隔震層中的阻尼裝置能夠吸收并消耗大部分地震能量，顯著降低建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

中國工程院院士周福霖曾生動地比喻：隔震就像水托著海上行駛的船。地震時船體與震動的海面之間隔著柔軟的水層，船體只會慢慢搖擺，加在船體的地震沖擊力被卸去。

實際應(yīng)用中，隔震層由多種隔震裝置組成，主要包括：天然橡膠隔震支座、鉛芯橡膠隔震支座、高阻尼橡膠隔震支座和摩擦擺隔震支座等。

天然橡膠隔震支座通過將天然橡膠層與薄鋼板交替疊合，經(jīng)特殊工藝硫化粘結(jié)而成，形成類似“千層餅”的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

圖為天然橡膠隔震支座

鉛芯橡膠隔震支座則在普通橡膠支座的中央部位垂直壓入圓柱形鉛芯。鉛材特有的塑性變形能力使其成為理想的能量耗散元件。

圖為鉛芯橡膠隔震支座

高阻尼橡膠隔震支座采用特殊配方的高分子橡膠材料制成，其本身就具備優(yōu)異的粘滯阻尼特性。

圖為高阻尼橡膠隔震支座

摩擦擺隔震支座基于球面滑動原理設(shè)計，通過上部結(jié)構(gòu)與弧形滑動面之間的相對運動來實現(xiàn)隔震。

圖為摩擦擺隔震支座

這些裝置如同建筑的“緩沖氣墊”，在地震時通過柔性的變形來吸收和消耗地震能量。數(shù)據(jù)顯示，有效的隔震系統(tǒng)可以減少50%到80%的地震能量。

工程典范：隔震技術(shù)筑就安全屏障

隔震技術(shù)并非實驗室里的空想，而是已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們身邊眾多重要建筑中的成熟技術(shù)。

被譽(yù)為“新世界七大奇跡”之首的北京大興國際機(jī)場，不僅以其鳳凰展翅的造型驚艷世界，更在隔震技術(shù)上創(chuàng)下紀(jì)錄——全球最大的單體隔震建筑。

航站樓采用了國內(nèi)首創(chuàng)的層間隔震技術(shù)，即在航站樓負(fù)一層和負(fù)一層頂板間的結(jié)構(gòu)柱上，安裝了1152個橡膠隔震支座，其中包括直徑1.5米的國內(nèi)最大橡膠隔震支座，使航站樓上部結(jié)構(gòu)就像一個放在緩沖平臺上的巨大裝置。這種設(shè)計使航站樓上部結(jié)構(gòu)在地震時能夠?qū)崿F(xiàn)整體平穩(wěn)的水平位移，同時保證地下軌道交通的正常運行。

圖為隔震層局部剖面

這些隔震支座的極限位移可達(dá)66厘米，相當(dāng)于在地震時，建筑可以在一定范圍內(nèi)“滑動”，從而大幅削減向上部結(jié)構(gòu)傳遞的地震能量。大興機(jī)場的隔震系統(tǒng)還包括144套黏滯阻尼器，共同構(gòu)成了保護(hù)這一超級工程的“金鐘罩”。

圖為隔震支座分布圖

昆明長水國際機(jī)場航站樓的隔震設(shè)計，則是針對高烈度地震區(qū)的典型工程案例。航站樓下方設(shè)置了1810個隔震支座 ，這些支座被精心布置在航站樓的關(guān)鍵承重部位，如柱底和墻底等位置，形成了復(fù)合隔震體系。

昆明機(jī)場采用的隔震支座主要為鉛芯橡膠隔震支座。據(jù)工程資料顯示，這些隔震支座的水平變形能力可達(dá)20-30厘米，有效隔離了地震波對上部結(jié)構(gòu)的直接沖擊。

圖為隔震支座施工現(xiàn)場

在施工過程中，為了確保隔震支座的安裝質(zhì)量，工程團(tuán)隊采用了高精度的測量和定位技術(shù)，對每個支座的安裝位置和水平度進(jìn)行了嚴(yán)格把控。同時，還進(jìn)行了多次模擬地震試驗，驗證了隔震系統(tǒng)的實際效果。這些努力使得昆明機(jī)場的隔震設(shè)計成為了國內(nèi)乃至國際上的典范。

自昆明長水國際機(jī)場投入運營以來，已經(jīng)經(jīng)歷了多次地震的考驗，內(nèi)部設(shè)施完好無損，旅客和工作人員的安全得到了有力保障。

建筑新生：文化地標(biāo)的隔震保護(hù)

隔震技術(shù)除了巧妙地融入在新建大型建筑中，對于一些歷史老建筑的改造同樣大有可為。

由勒?柯布西耶設(shè)計的日本國立西洋美術(shù)館建成于1959年，被列為世界遺產(chǎn)。1995年日本阪神7.3級地震發(fā)生后，相關(guān)檢測發(fā)現(xiàn)建筑抗震能力不足日本標(biāo)準(zhǔn)的一半，抗震加固迫在眉睫，而傳統(tǒng)加固方案會改變建筑物外貌，破壞建筑美學(xué)。最終，工程師選擇在建筑下方植入49個隔震裝置，每個隔震裝置重量約為140至300噸。即使建筑物水平移動40厘米，這些裝置也能保護(hù)建筑及其內(nèi)部的藝術(shù)品安全。

圖為日本國立西洋美術(shù)館隔震支座剖面

在2011年3月11日日本以東海域9.0級地震中，隔震系統(tǒng)將建筑內(nèi)部震動加速度從265cm/s2降至100cm/s2，降幅達(dá)62%。館內(nèi)含美術(shù)珍寶莫奈《睡蓮》在內(nèi)的4400件藝術(shù)品毫發(fā)無損。

為順應(yīng)上海城市規(guī)劃改造，上海音樂廳啟動保護(hù)性遷移，歷時200多天，這座重達(dá)5650噸的“音樂方舟”最終在2003年6月17日平移告捷，向東南方向移動66.46米，整體抬升3.38米。在整個平移工程中充分引入了隔震理念，以“一抬二移三加固”的步驟實施。通過在其新基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，不僅解決了平移過程中的結(jié)構(gòu)保護(hù)問題，也為這座歷史建筑提供了長期的抗震保障。這種"平移+隔震"的創(chuàng)新模式，為歷史建筑的保護(hù)提供了新的技術(shù)路徑。

"后世有隔震技術(shù)，吾心安矣。"正如視頻中的張衡所言，如若他穿越至今，定會為這些技術(shù)進(jìn)步倍感欣慰。

從候風(fēng)地動儀的地震監(jiān)測，到現(xiàn)代隔震建筑的地震應(yīng)對，人類防災(zāi)減災(zāi)的歷程見證著工程技術(shù)的不斷突破。隔震技術(shù)這座現(xiàn)代"空中樓閣"，不僅守護(hù)著建筑安全，更承載著人類與自然和諧共處的智慧。

愿更多的蘊(yùn)含人類智慧的抗震建筑能穩(wěn)穩(wěn)托起生命的重量，守護(hù)萬家燈火，歲月靜好——這或許就是隔震技術(shù)帶給人類最珍貴的禮物。

參考資料：

1. 抗震與減震結(jié)構(gòu)的能量分析方法研究與應(yīng)用[J]. 周云,徐彤,周福霖.地震工程與工程振動,1999(04)；

2.我國建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的研究和應(yīng)用[J]. 蘇經(jīng)宇,曾德民.地震工程與工程振動,2001(S1)；

3. 建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振和振動控制[J]. 周錫元,閻維明,楊潤林.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2002(02)；

4.地震科技“震”樣看（震知卓見）；

5.北京新機(jī)場航站樓隔震設(shè)計與應(yīng)用（地震三點通）.

來源：上海市地震局