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抗震建筑:传统和技术的经验教训

作家: 萨拉姆·马克布尔 - 发表于: 2023年10月18日 | ENG (English)

传统的卡普卢堡

当你脚下的地面开始剧烈摇晃,似乎大地即将裂开并吞噬一切时,再多的混凝土和钢铁似乎都不足以承受这种震动。 毕竟,作为人类,我们如何才能抵挡自然的力量呢? 但是,我们有没有办法可以减轻地震的破坏性后果,至少就建筑而言? 答案是肯定的,特别是如果我们能够找到将巴基斯坦北部历史悠久的传统建筑智慧与 21 世纪的进步融合起来的方法。

在巴基斯坦北部地壳板块交汇的崎岖地形中,地震的威胁始终存在。 为了对抗这种自然威胁,几个世纪以来,该地区坚韧的人民开发出了一种乡土建筑,不仅与环境相协调,而且还展现出惊人的抵御地震能力。 这种乡土抗震建筑是当地社区聪明才智最鲜活的明证。

凭借本土化的抗震设计,希格尔堡已经屹立了几个世纪

这种建筑深深植根于该地区的文化和环境背景。 建筑物的设计能够抵御严冬、大雪,最重要的是,能够抵御频繁在山脉中隆隆作响的地震活动。 这从选择的材料开始。混凝土虽然坚固且适应性强,但却是一种易碎的脆性材料。 北方广泛使用的石头、木材和泥土等当地材料具有足够的柔韧性,可以吸收和消散地震能量,而不会发生灾难性故障。 尤其是石墙,厚而坚固,具有出色的抗侧向力能力。

8世纪的巴尔蒂特堡尽管经历了多次地震,仍然保持着原来的结构体系

如何将这些材料放置在一起通常与材料本身一样重要,甚至更重要。 当地建筑商采用代代相传的技术。 例如,干石砌筑技术涉及将石头安装在一起,而无需砂浆将它们粘合在一起。 这允许材料在地震期间进行一定程度的移动,从而防止整个结构倒塌。 此外,木框架屋顶和地板采用接缝建造,提供结构灵活性。 虽然这些本土技术非常有效,但现代化和城市化导致人们转向常规的建筑方法和材料,而这些方法和材料的抗震能力较差。 然而,人们越来越认识到保护传统建筑并使其适应现代需求的重要性。

吉尔吉特·巴尔蒂斯坦一栋传统房屋的内部

人们正在努力将乡土抗震建筑的智慧与现代工程实践结合起来。 目标是创建一种混合方法,保留传统建筑的文化和抗震能力,同时满足当代安全标准。 混凝土正在被钢材取代,或者至少是用钢材加固,因为钢材本身就更柔韧。 石头基础有相应的基础隔离和阻尼器形式。 基础隔离涉及通过柔性轴承将上部结构与地面隔离,从而使结构能够独立于晃动的地面而摇摆。 另一方面,阻尼器是吸收和耗散能量的装置,减少地震波对建筑物的影响。

正如巴基斯坦北部地区的乡土建筑依靠灵活性和运动来抵消地面的动力一样,现代建筑也使用了各种技术,如力矩框架、剪力墙和支撑系统。 这个想法是将各种力均匀分布在整个结构中。 由于延展性材料和精心设计的接头可以控制变形并最大限度地减少对结构的损坏,因此效率更高。

中国的台北 101 大楼凭借可抵消侧向力的质量阻尼器而成为抗震奇迹

使用石头和木材等天然材料是一个好主意,但也必须明白,大规模这样做是不切实际的。 这就是高科技材料的用武之地,纤维增强复合材料等解决方案正在铺平道路,因为它们既轻质又高度耐用。 此类材料的一个例子是碳纤维,使用碳纤维在典型的砖石结构中添加一层弹性可能正是结构失效和建筑物幸存下来的原因。

最后,我们不能忽视计算机建模在开发抗震结构中所发挥的作用。 虽然我们以前依赖的是代际经验,但现在一切都是为了利用数字模型。 工程师现在甚至可以在施工开始之前就模拟建筑物如何响应不同程度的地震力。 这使他们能够微调结构设计,以优化抗震性能。 当然,这不是最终的解决方案,但它是我们目前设计弹性建筑的最佳方式。

建于公元 1370 年的卡普卢查克昌清真寺,至今仍坚固地矗立在那里

目前的问题在我看来,在于巴基斯坦没有完成很多此类的工作。 当然,会有一些大型设计和建筑公司专注于适当的抗震设计,但绝大多数开发都没有考虑到这一点。 这就是为什么我们最近在该国首都看到一栋由一家受欢迎的设计工作室设计的引人注目的全新住宅建筑,在经历了一次地震后就出现了裂缝。 巴基斯坦每天都会竖起无数混凝土块,使使用者的安全面临风险。 我们的建筑当局也需要弥补这一不足,并制定强有力的政策,以确保每个新项目都有能够抵御地震的结构。

希望这一切很快就会发生,希望我们的设计师能够从乡土建筑技术和当代技术中获得灵感,以减轻自然灾害的风险,这样大家就不会再经历 2005 年的恐怖创伤。