关于建筑抗震防灾问题Word文档格式.docx
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当时已发现一个“轻质高强”的实例:
加气混凝土夹芯板,质量轻,强度大,不用钢筋。
用预应力钢丝。
加工操作方便不需要重新设置生产线,完全可以立即采用,但当时某些人盲目的高标准思想,拒
不采纳,东楼施工图因盲目的高标准所造成的巨大浪费暂略,另行总结。
但这种不知其所以然的“穷讲究”风气至今不但未根除,反而越哄越旺,这种反科学的观念和趋势更应认真关注和总结。
▲结构设计计算方面:
当时结构计算一栋20层(东楼原方案为20层后砍掉两层)建筑,用“力矩分配法”(一种当时比较先进的计算方法,由唐佩伟、张蕙负责)算一遍要两个多月,所以不能轻易改动,外消防梯的设计方案曾准备修改平面,由于结构上重算“反工”工作量太大而作罢,但实际上日本在此以前10年(东楼是72年),日本于62年在计算机运用于结构设计方面既取得了突破,1968年建成36层的霞关大厦(日本外交部)的设计用电子计算机反复验算了200多次,建成后在建筑结构的多个部位安装了强震仪和强震反应分析机等,经过地震的实际考验,证实了日本所发展的“柔性抗震理论”成功,于是进一步连续建造了一系列40-52层的建筑而进入“超高层时代”,其中1971年6月建成的京王旅馆,我们在72年设计东楼时己了解到一些信息,但当时东楼是政治任务,有一定时限要求,“临时抱佛脚”也来不及,但事后应认真总结,如果“政治任务”是应该遵从时间要求的,但事后的总结就不应有时间限制,而且从落实“勤俭建国”和“多快好省的建设社会主义”出发应该是经常性的“政治任务”。
(红与专是对立统一的)
▲当时限于时间和原有的条件,有许多改革不能进行,但我查阅了许多有关地震和抗震的资料,扼要分述如下:
●建筑材料:
要达到“轻质高强”的目的,建材的改革更新是一个重要环节,原有的钢筋混凝土结构(以及刚性抗震计算)在唐
山地震时己充分显现其劣势(另详“唐山地震”)在当时(72-73年)
己知的信息中:
改变混凝土的质量和级配等在主体结构如实现“轻质高强”既可达到多方面的效果(另详),而非承重构造如内隔墙,围护墙等可采用的轻质和耐火、阻燃材料就更多,主体结构的耐火材料如可耐1100℃高温达三小时的涂料等。
(对在木质古建筑维修保护方面非常有用)木材的耐火阻燃涂料更是半个世纪前就有了,关键是轻质高强的材料可以减轻结构、构造的自重,不但可以获得良好的经济效果,而且对抗震极为有利。
但获得多种多样轻质高强的材料需要有计划的建立新材料的研究生产体系,“临时抱佛脚”不但造价很高而且效果也难以保证,东楼对轻质高强材料的探索的教训应可‘小中见大,举一反二’,我国
的建设量很大,在很长一段时间内都是巨大的建材“市场”,应建立自己的建材体系,不应在所谓的“市场经济”招牌下为外商提供市场,而使我们自己的建筑部门沦为推销商,灾后重建家园的工作,开发商是无立足之地的(另详)。
“文革”前曾展示过有中国特色的卫生洁具、厨具等的设计展览(在美术馆,彭真同志等曾去参观过)因“文革”而废,这些设计具有小巧、节省空间等特点,应予鼓励和恢复。
●建筑结构体系的研究,欧美的刚性抗震体系是建立在欧洲传统砖石结构体系基础上的,其特点是“硬碰硬”的抵抗地震力对结构的破坏,但地震力(震级)不是绝对的常数,一旦超过设防的等级,遭受的破坏性极其巨大,且难以清除,而且用于抗震的附加重量本身就是一种附加的负担,设防的度数每提高一级,造价就要增加很多,而且并无绝对保证,设防的建筑在地震中受破坏的实例很多(另详)。
日本的柔性抗震理论是从中国传统木结构中推导而来的,在60年代以后的日本地震中,这种柔性抗震理论基本上经得起考验。
因此,我们应进一步深入了解、比较不同体系的优劣,发展我们自己的体系,日本研究柔性杭震体系不过十余年即有成果,我们从邢台地震至今已42年,从唐山地震至今亦己32年,仍然没有形成自己的体系,而木结构体系木源于我国,我们传统木结构有经历过强震未垮经历千年保存至今,有关情况及资料下面另行概述。
(▲关于北京饭店东楼设计及施工图的总结另行叙述。
)
▲唐山地震
我去唐山震区当天返回,有三点重要印象:
●
1、唐山废墟的惨状,最甚者为一层层楼板间是一层层的人,像馅饼一样,当第一时间赶到现场的解放军面对这种现状,也无可奈何,所以沉重的圆孔板在震灾中造成的难以抢救的现实,使我难以忘怀,并更证实了建筑材料“轻质高强”化的必要性。
2、我在唐山11度重灾区——新华大街发现一栋八层楼坏而未垮,这是一处未完工的毛坯房,当我上去考察时,正赶上一次余震,使我能现场观察到地震对这栋建筑破坏的情况及其坏而不垮的原因:
当最初的强震袭击时,原有的内柱
柱头部分被剪切粉碎,钢筋屈伏(附图)所有楼板向中心倾斜如盆底,因而形成整栋建筑外墙重心内倾,再震仍然不会继续外倾,所以不垮,这和中国传统木结构重心内倾的原理是一样的,我们有两处经历千年,历强震未垮的多层和高层的古建筑,其特点是
(1)柱的内倾“侧角”和“角柱升起”及每层檐柱的向内‘收分’
(2)柱基立于柱础上而不锚固于基础上;
(3)斗拱作为梁柱间的弹性节点。
所以强震时柱础与地面震波隔绝,震波被大大衰减,外檐柱向内倾斜,角柱内倾很大,所以整体重心向内倾斜,上部梁仿榫卯牢固不会散架,而梁与柱之间的斗栱扩大了梁与柱的交界面却富有弹性可以活动,大大的吸收了地震力(而混凝制的斗栱则无此性能只徒具形式),所以在地震时可以整体晃动,过后立即复位,因为不垮,所谓“柔性”即指每个局部节点及整体皆可允许位移而后立即复位,使地震力不集于一点,而被分散吸收,所以可耐八级地震。
这栋八层楼虽为砖混结构,但地震作用下局部损坏形成整体的重心内倾,其效果与木结构重心内倾的原理一致,所以不垮,损坏的柱头部分极易修复(其后情况不了解)但修复时若能保持这个“弱点”,则再震时仍能再度形成重心内倾则仍不会垮。
还有一处坏而不跨的实例是个两层高的学校,所有的横墙都呈蛛网形的裂缝,但整个墙体未垮,所以楼板也未塌,这是另一种“柔性”,因为墙体不坚固(大约标号很低)所以地震力作用下形成网状裂缝,将地震力都吸收了,所以墙体反而不垮,另外“干摆石”也不垮,因为石圤间都是缝隙,没有灰浆,地震作用下每个石圤间皆可自由的独立位移,地震力都被吸收了,所以不垮,反之如果墙体刚度很大如混凝土墙或高标号砖墙,地震力不超过其强度时,便完整无损,但地震力一旦超过其强度,便一垮到底,极难清除,这就是刚性抗震的特点。
▲
1977年我做“北大红楼”(第8号国家级文保单位)根据其墙体标号低,但墙体平面布局比较均匀,并且文物是不能对其平面布局和构造任意改动的特点,因其横墙间距大于当时抗震规范所限制的12米,所以参考唐山两处坏而不垮建筑的原理,提出水平层钢构件加固的方案,通过后(当时同时有四个比较方案,另外的三个是:
1、加横墙方案(房修二公司);
2、穿皮袄方案(北京市设计院五室);
3、用钢架整体内支撑方案(文保所崔兆忠),皆不可行,建设部设计院总工陶逸钟参与评选,所以采纳水平层钢构件加固方案。
罗哲文及傅连兴也参加作方案,但根本提不出方案。
后来被罗哲文等伪劣分子窃取,并不知其所以然的、画蛇添足的妄加改动,不但使造价与工期翻了一翻以上,并误了纪念“五四”六十周年纪念,可以说是个无知妄为的剽窃(另详揭发总结)。
之所以采取构造加固的方案主要理由:
1、唐山地震对红楼的影响相当于七度,只产生一些裂缝,但当时为国家文物局的办公楼,所以保证坏而不垮,主要是为了保护在其中办公的人,可以逃生,震后仍可以修复使用。
2、红楼作为文物,主体不能改动很大,在此前提下根本不
可能作到八度设防,(如果按“计算”七度也不可能,可以公开讨论)其他任何方案即使实施,当强震发生时,最多也只能保证“坏而不垮”以保证人可以逃生,实际上具体分析其余几个方案,有的只能产生负作用,如加横墙方案,而“穿皮袄”方案,不能保证最薄弱的外墙不外倾,而一旦外倾则全楼将一垮到底,因为楼板龙骨是纵向的,一端架在外墙上,一旦外墙外倾,所有龙骨失去支点,各个楼层便一垮到底。
而用内钢架支撑的方案则根本“背不动”所以崔兆忠自动放弃了,现在仍然可以根据红楼实际情况探索有无比水平层钢构件加固的方案更好、更现实的方案。
3、当时罗哲文等伪劣分子是趁我出差赴河姆渡机会篡改的,但事后却不得不写了一个材料证明红楼加固是我的方案,并盖了文物局的公章,但在奖金问题上又作手脚,我未领奖金却保留了他的劣迹,可以随时公之于众,目前只是不屑于因之干扰正题而暂略。
(另详附件及说明)
我们自己的抗震体系研究为什么未能展开?
从邢台地震概括出“轻质高强”对抗震的优势。
从新北京饭店东楼设计认识到材料及方法革新的重要性和必要性。
从唐山地震认识到“坏而不垮”和日本的柔性抗震原理有异曲同工之效。
从北大红楼抗震加固认识到基础理论的贫乏。
因此致力于传统建筑抗震的研究,当时查阅的不完全资料之一:
古建筑受震后的情况,现简录如下:
1038.1.9十度7¼
级唐代佛光寺距震中65km,无损坏。
1290.9.27九度6¼
级大奉国寺木塔距震中100km倾斜未垮,保留至今。
1305.5.3八~九度6½
级辽佛宫寺木塔距震中40km未受损。
1484.1.29八~九度6¾
级天寿山明十三陵
1556.1.23十一度8级唐小雁塔中裂尺许,再震复合未垮。
1568.5.15九度6¾
级
1604.12.298级,泉州开元寺啥ungta,东塔顶第一层尖石坠落第二、三层扶栏破碎,塔至今完整尚存。
1622.3.18七~八度6级,山东历城县,柳阜神通寺四门塔(544A.D建)存至今。
1624.7.19七度6级,定县开元寺料敌塔,主体塌裂四分之一角。
1624.2.10七度6级,常熟东刹浮图摇倒其顶。
1668.7.25十二度8½
级,神通寺四门塔经几次强震仍存。
1679.9.2十一度8级,蓟县独乐寺未毁,全县为重破坏区。
1683.11.22九度7级,佛光寺大殿(857A.D)距震中57km
未毁。
1695.5.18十度8级,赵城广胜寺飞虹塔(元)轻微损毁今存。
1739.1.4十度8级,西安烈度6~7大、小雁塔至今未毁。
1786.6.1九度7½
级,雅安高颐阙保存至今,彭县龙兴寺塔顶裂而未倒。
1830.6.12九度7½
级。
1879.7.1十度7½
1920.12.16十二度8½
级、
1923.3.24十度7¼
级,邓柯大喇嘛庙坍倒
1927.5.23十一度8级
1932.12.25十度7½
1933.8.25十度7½
级松潘地震,平武明代报恩寺未毁
以上所记录不全,曾向国家文物局罗哲文等提出补全,无反应。
北京市设计院结构专家方复曾来红楼与我交流过两次,对从传统建筑中,研究柔性抗震体系很感兴趣,希望提供有关资料,后我向和金紫光,任质彬局长提出,包括建筑工程十年科研规划历史理论组决议由国家文物局负责的传统建筑基础资料和基础理论研究等,任局长立即组成资料室由罗哲文负责,但他什么具体工作也没做,任志彬局长离退后,罗将花大钱购买的民用摄像设备电视机等交待给别人,自己“另谋高就”不知干什么去了。
(另详有关国家文物局资料室的情况)
我向建设部抗震办陈寿梁提出柔性抗震研究及利用地震承力台进行测试等,无反应(他不懂,只知应付领导,当时分管抗震办的是宋养初副部长)。
我向建设部建研院林志群处要到若干国内、外地震情报资料,很有参考价值,但无人具体使用。
▲关于抗震规范问题:
77年做红楼抗震加固设计时的抗震规范已经过若干次修改,但
根据国外资料:
美国西海岸有安德列斯大断层,旧金山、洛杉矶等皆在此断裂带上,所以对抗震规范曾限制地震区建筑高度不得超过13层,后因抗震研究观测与实验的结果,于1957年取消了地震
区建筑规范对建筑高度的限制。
日本是地震大国,1920年颁布的建筑规范限制居住区建筑高度不得超过20米(相当于7层)其他区域建筑不得超过31米,1923年关东大地震后曾一度主张再降低高度限制,并补充提出高度达31米的建筑必须是抗震结构,战后因需要大量
建设房屋,舆论要求制订新法规以突破高度的限制,但由于建筑技术上并未解决地震力破坏的设防问题,所以仅增加了一些例外的补充规定(略)当时经审批在东京涩谷区建了一栋高43米的建筑,在中之岛建了一栋高45米的建筑,突破了31米的限制,但为数极少。
1962年日本在高层建筑设计研究工作方面取得了突破,并采用强震仪和强震反映分析机等对建筑物做了科学推导和抗震模拟实验,用模型试验和广泛利用计算机的行之有效的措施,两年后于1964年1月正式从法律上废除了31米高度的限制。
美国著名空间结构专家泽特林(L.Zetlin)在《革新结构设计
是建筑创新的关键》中说:
革新的主要限制是规范,而规范
只是过去经验的总结,它不能限制现在,更不能预见未来,
美国和欧洲的规范可谓先进,但现行的规范比现实落后至少
十年,不过规范还是要遵守,否则就成了无政府主义,问题
是一项工程结构的设计,不要总是一味照抄公式,要把眼界打开,要富有创新精神,他又说,提不出问题的工程师,就是一个蠢货,规范公式本身没有变化,而其中的参数是变化
的,要懂得如何分析这些参数。
所以能否辩证的对待过去的经验和教训,能否灵活的运用现行的规范,能否具体问题具体分析而不是照抄照搬,以及能否正确的提出问题,并通过科学试验和实践来验证其正确性,是能否正确创新的关键,在各个领域都是如此,岳飞云:
“阵而后战,兵法之常,运用之妙,存乎一心”。
“存乎一心”就在于能否进行科学的分析、判断。
而盲目的,不知其所以然的,形式主义的抄袭(剽窃)是最没有出息的蠢货。
这次汶川大地震,决策层的坚决果断,组织领导的“一元化”群众反应的迅速和热烈,在国内、国际都是空前的,也是一次全民总动员的大检阅……
但是当我看到,经过千难万险的救援大军到达现场时,要花数小时、十数小时乃至数十小时才能挖开沉重的混凝土板找到幸存者,生命信息却停止了,使我十分遗憾之同时,想到灾后重建家园时,应标本兼治的依序考虑:
建筑材料和构件的轻质高强问题;
坏而不垮便于修复的建筑;
彻底解决抗震建筑的理论研究和通过科学试验,建立我国自己的(有中国特色的)建筑抗震体系(传统不仅是形式问题)。
42年前我参加过邢台地震重灾区的调查研究和总结,32年前我考察过唐山地震重灾区的建筑破坏状况并发现在剧烈的强震下,不设防的高层和二层建筑仍然有“坏而不垮”的实例。
1972年新北京饭店东楼的设计时我研究过高层建筑的抗震防灾问题及轻质高强的建材和构件,后来并发表过《发展高层建的战略性问题——从宏观角度考虑高层建筑的设计规范》(详附件)。
1977年我在国家重点文物保护单位——“北大红楼”抗震坚固设计中,突破当时抗震规范的限制,提出水平层钢构件柔性加固的探索。
1985年我借审查第一批历史文化名城丛书:
长沙、江陵、成都、昆明、大理等五个城市的组稿和编写提纲,从南京沿长江上溯到大西南考察了190余天,其中在成都及其周围包括对都江堰、青城山文物古迹的考察,并从成都沿岷江到松潘——黄龙——九寨——文县(古阴平)——广元——剑门——剑阁——梓潼——江油(窦圌山)——平武(明报恩寺)——绵阳——德阳——成都,这一线有许多文物古迹和历史遗迹,也是这次汶川大震的重灾区,23年前的历程和电视上看到的灾区情况,寝食难安,我己年过古稀,但老骥伏枥,如有需要,我愿在环境、规划、设计、文物保护等方面做些调查研究或一切力所能及的工作。
《易》曰:
“天行健,君子以自强不息!
”
2008.5.22
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