地震面前，为建筑“保驾护航”

　　5月12日的汶川大地震，这些天来牵动了社会各界无数人的心。5月16日下午1时，一支由同济大学各相关专业知名专家、学者以及优秀学生组成的“抗震救灾专业技术志愿服务队”成立。6位土木工程相关学科领域的专家，作为国家建设部派出的“房屋应急评估专家组”，担当此次“志愿服务队”的先遣部队，在当天下午就火速启程赶赴救灾第一线，发挥学科专业优势，为抗震救灾提供智力支援。当天带队的就是同济大学土木工程防灾国家重点实验室副主任、结构工程与防灾研究所所长吕西林教授。

　　1 自带帐篷深入地震灾区

　　在出发前一天15日的晚上，吕教授在百忙中接受了笔者的电话采访。当时他并不知晓第二天自己就将奔赴四川。16日下午3时，笔者又一次拨通了吕教授的电话，这时的他已经坐上了车，在前往机场的路上。他说：“我虽然50多岁了，但我觉得还年轻，要到第一线去！”

　　据了解，这支“6人专家组”除了负责土木工程结构抗震的吕西林教授外，还有桥梁抗震专家李建中、地质工程专家唐益群、房屋检测专家李翔、生命线工程专家刘威和房屋抗震专家任晓崧。他们从浦东机场乘坐飞机到达成都后，将接受国家建设部和四川省建设厅的总体安排，直接深入到受灾最严重的地区。临行前，按照建设部要求，每个人还都自带了帐篷。

　　问：到灾区现场后主要负责哪方面工作？吕教授说：“前期主要是对开裂的房屋进行评定，对它们的安全性迅速作出判断。因为地震之后灾民对于开裂的房屋会心生恐慌，不敢再入住。对于其中能居住的房屋，我们可能先住进去，帮助老百姓对房屋重建信心。有了专家快速及时的技术指导，救灾的速度和效率将大大提高。”而后期，专家还将对在地震中倒塌的房屋进行震害调查，分析倒塌的原因，研究倒塌的过程。“地震是不可避免的。但发生在不同的地区，导致人员伤亡的情况会很不一样。我们这次地震发生在山区，倒塌的房屋基本上都是旧房、民房和学校建筑，还遇到了山体滑坡的问题。如果是发生在美国、日本，一是当地人口比较少，还有一点是在那些国家城市和农村没有差距，所以可能受灾的程度就会减轻很多。”

　　2 唐山地震引出抗震之路

　　从别人口中得知，吕西林不仅是长江学者，其实还是同济的第一位博士——“82级结构工程博士生”。从1979年考上同济大学的结构工程硕士研究生时起，他就一直与“土木工程抗震防灾”打着交道，算下来，有将近30年的工夫了。问起他当初怎么会选择抗震这个研究方向的，他说：“这源于1976年唐山大地震对我的触动。”唐山大地震发生的时候，他正在西安冶金建筑学院（现名西安建筑科技大学）上大二，住在学校的宿舍里。地震那天，西安也有明显震感。只记得当天晚上有人大喊“地震了”，大家全跑下了楼。而之后学校为了避免地震再次发生，统一安排，让学生们将床搬到了远离宿舍的操场上。“那时候我们的床都是上下铺的，每一架床就用一块布幔围一下，男生一个区域，女生一个区域，大家都躺在操场上，有点露营的感觉。不过当时对地震并不理解是怎么回事，只是听说很多房子倒塌了，死了很多人，觉得地震非常危险。”这件事让他一直记忆犹新。所以，在选择硕士的研究方向时，他便选择了土木工程结构抗震方向。

　　3 为重大工程做抗震试验

　　确保一个工程结构的安全可靠是设计时必须首先追求的目标。对于极具破坏性的灾害来说，防范胜于一切。工程防灾，已成为推动土木工程学科持续发展的巨大原动力。同济大学的结构工程与防灾研究所，在吕教授的带领下，对高层建筑的抗震控制进行了深入系统研究，建立了结构的多种分析方法和计算模型，提出了多种有效改善建筑抗震性能的方法，为工程设计和相关的国家设计规范的制定直接提供了科学依据。

　　在实验室前有一片空地，竖着十几个等比例缩小的建筑模型。其中有我们熟悉的上海环球金融中心、世茂滨江花园等。来到这里，好像不知不觉走进了“锦绣中华”里的微缩景观区。原来，研究所为国内的许多高层建筑做过抗震性能研究，做模拟地震振动台试验一般需要制作一个小比例的缩尺模型，模型通常是用微粒混凝土和镀锌铁丝制作的。而研究结束后，模型就被搬放到了这里，久而久之就变成了一道独特的校园景观。

　　比如研究所曾为目前世界上结构主体最高的建筑物、高492米的上海环球金融中心做过抗震试验与理论分析。该大厦的高度和高宽比远远超过了规范限值，且结构竖向变化较大，筒体多次转换，多重结构体系混用，属于特别复杂的超高层结构体系，也是在国际上首次采用的新型结构体系。“做模拟地震振动台试验时，将模型放到振动台上，模拟地震的情况，来考察建筑的抗震性能。”也就是使用这个振动台，研究所还为上海大剧院、上海浦东国际机场候机楼、秦山核电站、田湾核电站等重大工程做过抗震试验。据统计，它可谓“世界上最繁忙的振动台”之一，到目前为止已做过600多项试验。

　　说起在此次地震中上海中心城区的高楼振动一事，吕教授说：“在高层建筑设计时，已经考虑了振动的因素，所以振动对结构的影响不大。东方明珠电视塔在2005年台风来袭的时候，顶尖振动最大幅度达到了90厘米，但台风过后仍安然无恙。其实振动说明建筑对地震比较敏感。”吕教授还告诉笔者，“即使是把金茂大厦这样的建筑放在此次地震的震中位置，它也不会倒塌，最多只是玻璃幕墙倒下来。”

　　4 积极开发抗震防灾技术

　　“上海的地震设防烈度为7度，新造的楼房都应符合这个标准。”那么对于一些年代长远的老房子，有什么补救措施？吕教授说：“因为设防标准会根据时间变化而提高，上世纪50年代、60年代造的房子的设防标准和现在的肯定不一样。能做的，就是对老房子的结构进行加固。在日本、中国台湾地区，将此动作叫作‘补强’。比如柱子断面比较小的，再套上一圈，就像帮它再穿件茄克一样；原来这里没有墙的，就再加上一堵墙。不过，别小看外滩的保护建筑，它们的抗震能力很好，当时建造时因为技术不发达，所以在设计上比较保守，墙很厚，厚度要达到50厘米，柱子也很粗，并且建筑大多不高。”

　　自1994年起，吕教授就带领着课题组，致力于开发新型的抗震防灾技术。走在同济大学土木工程学院大楼的楼梯上，常会有人仰着头问：那拐角处贴着墙面、顶着天花板的“人字形灰色结构”是干什么的？这正是研究所专家的得意之作：将橡胶、油阻尼器这两大减震设备创造性地连在一起，不仅能令大楼抵抗住相当于6至7级强震的冲击，而且施工较传统方法更为简易。这一“消能减震支撑体系”获得了国家专利。当年上海港汇广场商务办公楼的加固就使用了这一技术。

　　研究所还有另一个新型减震专利——组合隔震支座。隔震支座是由两种支座组合而成，一种是用橡胶、钢板组成的叠层橡胶支座，另一种是由钢板做成的滑板支座。形象点说，隔震支座就相当于一层垫子，一般厚度不会超过1米。通常是加在建筑的底部，接近或低于地面的地方。有了这个，地震的时候，就可以让支座消能减震、受力变形，但是支座上的建筑就不会受到太大的影响。而且在遭遇大地震后，支座还能进行更换，不会影响到建筑。上海国际赛车场有一个重约10000吨的“大屋盖”，由四个巨型的砼柱支撑。在柱顶上，就运用了这个隔震支座，这样就解决了大震下的结构安全问题。

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