【马来西亚建筑的防震未来】下篇

报道|陈绛雪

摄影|黄亮晖

经历大地震浩劫之后，往往看到现代建筑不堪一震，反而经过百年甚至千年的古建筑完好无损，不禁让人好奇，古代建筑的抗震力究竟有多高？为何古代木建筑比现代建筑更耐震？我国虽未经历地震，但山区建筑林立，塌楼塌房事件不止一次发生。

建筑抗震技术原理能否用于防塌？建筑界有句名言——地震不杀人，但建筑物会。所以，防震工程从建筑着手，防患于未然。

隔震和避震建筑技术并非新时代的发展成果，早在古代，建筑抗震技术就已达“顶流”水平。

可以说，现代的防震建筑是重新找回古代建筑应对天然环境的技术，再从原有的基础上发展出适用于不同地域和环境的防震系统，把硬绷绷又无法呼吸的钢骨水泥建筑，加上巩固技术，减少受损和倒塌风险。

古代建筑经历过多次大地震的考验依然屹立不倒，历经百年千年仍建在的木建筑和高塔建筑更是令人称奇。

尤其中国不乏历经多次大地震仍完好保留至今的古代建筑，例如天津蓟县独乐寺观音阁、山西应县木塔、崆峒山悬崖绝壁上的古建筑，都在地震中完好无损，紫禁城宫殿群的抗震建筑更是现代抗震建筑设计的重要“参考”。

3元素抗震关键

中国古代建筑多是木结构，主要由台基、梁架、屋顶构成，而这几种结构元素都是抗震关键。

拉曼大学李光前理工学院土木工程系温凯祥助理教授指出，整体浮筏式基础（Integral Floating Raft Foundation）、斗拱（bucket arch）和榫卯（tenon）都是古代建筑的抗震设计。

浮筏式台基的设计原理，就像一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”上，能有效避免建筑的基础被剪切破坏，从而减少对上部建筑结构的冲击和破坏。

此外，中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，形成下大上小的结构形状，抗震力较强。

大屋顶也有助提高建筑的抗震力，尤其是庑殿顶、歇山顶等，这种复杂结构需要大量构建，增加屋顶乃至整个构架的整体性，庞大的屋顶以其自重压在柱网上，提高构架的稳定性。

榫卯技术减地震冲击

在古建筑上大量使用的榫卯技术也已有几千年历史，这种不用钉子的构件连接方式，使木结构成为超越当代建筑排架、框架或刚架的特殊柔性结构体，可承受重大负荷，也能产生一定程度的变形，在地震负载下通过变形吸收一定的能量，减少建筑的地震影响。

中日韩三国的古建筑几乎都是木结构，因木材属于柔性材料，抗拉、抗弯、抗弹性，在地震过程能很好地吸收和消耗地震能量，且具有较强的恢复变形能力，在水平地震下能产生较大的横向变形而不会断裂损伤。

木制梁架则能承担并传递屋顶的负载，墙壁只保持空间隔离栏，在地震作用下，连接处的摩擦滑动，以及柱底部旋转滑动减震，形成良好的隔离耗能结构体系。当地震力用于建筑物时，柱会产生缓冲力，使建筑物不会受到地震破坏。

内外檐斗拱像弹簧

斗拱是古建筑的重要抗震构件。当地震发生时，屋顶与柱之间的若干组内外檐斗拱像弹簧一样，起着变形消能作用，从而大大减少建筑物的破坏程度。

温凯祥说，在木结构建筑中，结构构件采用榫眼（Mortise）和榫头连接，不仅改变结构的特性，也因接触面的摩擦而消散地震能量，相当于在节点上安装一个阻尼器，从而降低结构的地震响应。

随着现代城市化推进和科技发展，建筑不断向上延伸，摩天大楼更是不断增高，建筑抗震的要求自然也越来越高，而现代的钢筋水泥的抗震力远不如古建筑，若没有如何抗震设计，会不堪一震。

因此，古代木结构建筑和抗震设计，对于如今的建筑减震抗震技术革新，具有巨大的借鉴意义。

建筑设计含减灾元素

对于马来西亚来说，防震建筑是否有其重要性和实际性？答案是肯定的。

1990年代可说是我国的防震建筑起点，随着多次余震、沙巴地震和地质学家纪录的地球板块活动，我国政府对建筑的避震和防震设计也愈加重视。

激活古老地震断层线

2015年，沙巴兰瑙发生5.9级地震，16名登山者罹难，近年的地震活动亦愈加频密。一项研究报告指出，西马半岛所处的板块虽是原始板块（极少活动的古老板块），但古老的地震断层线（Fault Line）已重新激活，地壳板块有轻微移动的现象，意味着我国未来也会面对地震危机。

2017年，我国政府已开始落实抗震建筑结构设计规范《国内建筑欧洲规范8：地震结构设计抗性》（MS EN 1988: 2015 Eurocode 8），所有新工程必须符合防震标准，尤其是关键的公共建筑、基础设施、高架天桥、桥梁、水坝、高楼等重要建筑，都有防震设计，防止在地震时遭受损坏或倒塌。

此外，在兴建发电设施、水力发电、油气管线等高危重要建设时，也会将抗灾能力纳入设计，把灾难损失和影响降到最低。

不过，除了以上主要建筑，一般民房、学校和甚至低密度的楼宇建筑，仍未强制规定必须纳入工程审批程序。

令人意外的是，原来盛产橡胶原料的我国是数一数二的避震器生产及出口国，包括汽车减震器。

防震成本高二三成

作为全球防震技术最高水平的日本，并非从一开始就重视建筑防震的重要性。大阪建筑物甚至没有防震设计，直到20年前经历大地震之后才展开房屋规划和加强防震。

拉曼大学李光前理工学院土木工程系主任叶俊杰助理教授坦言，我国的建筑设计应开始着重建筑物的减灾风险（包括建筑防震）。

“全球都有减灾风险研究中心（Disaster Risk Reduction Research Centre，DRRRC），包括马来西亚，比如我们（拉曼大学）的研究院。若建筑工程设计具备这方面的意识、知识和专业，所设计出来的建筑也会将防灾效果纳入其中。”

他坦言，除重要建筑和基建设施规定必须做好防震设计，一般的楼宇建筑和房产大部分都无防震设计，成本至少增加20%至30%是其中一个原因。

无论如何，整体而言，大马的建筑防震工程比起地震国家和东南亚地区已是未雨绸缪，水平也不断跟上。

大学设建筑防震课程

此外，我国少数大学土木工程和建筑系早在2000年之后已开始设立建筑防震课程、抗震建筑设计研究及抗震设计比赛，比如工艺大学于2015年推介防震建筑设计程式；拉曼大学工程师协会学生分会与拉曼大学李光前理工学院土木工程系于2016年开始举办的抗震结构设计校际比赛、2022年首办“抗震塔”设计比赛；前往外国参与防震建筑设计比赛的代表队也逐年增加，防震建筑设计屡获奖项，这些毕业生更被业界视为炙手可热的抢手精英。

目前，大马有多所大学的土木工程系和马来西亚建筑行业发展局有提供防震建筑设计课程和研究，比如拉曼大学李光前理工学院和马来西亚工艺大学和马来西亚博特拉大学的土木工程系。

地震时哪个范围最安全？

“地震发生时要躲在哪里才比较安全？”

许多人一直有错误的概念，也或许是影视剧情造成的误解——永远躲在桌下、靠向墙角一定安全。事实并非如此。

以上的“逃生贴士”要牢记清楚：

叶俊杰指出，地震不是只有一次，而是如海浪般分成几波，第一波震动大约30秒左右的震动摇晃，这段时间能逃的就要赶快离开建筑范围内，而第二波震动则会持续5至6分钟。

“应该尽量远离建筑的周边角落，因为地震发生时，最先倒的是建筑角落，也是建筑最脆弱的地方。”

他强调，高层建筑的电梯井道/升降机槽绝大多数是建筑的最中心位置，也就是建筑最强的实心机构，所用材质也比建筑周边梁柱结构强两三百倍，因此地震来袭时“不动如山”。

10分钟逃命

“地震时，尽量出去建筑物外或远离到路边的安全范围；城市地区多高楼住宅，尽量找主要梁柱的地方，比如靠近电梯范围或厕所范围，万一楼层倒塌，至少有水源可支撑以等待救援。”——但不是叫你进入电梯或乘搭电梯逃生避难。

“第二波震动往往也是最致命的一波震动，横向地震动加速，许多人以为第一波震动过去了就可回到建筑内，这是大错特错！”

他强调：“最好在10分钟内离开建筑范围。”

此外，在靠河及靠海的居民，地震发生时尽量往高处（比如往山上移动）去，因为不同地势会有不同的地震性质，还有不同的土质影响。

“靠海地区地震会引发海啸。”

后记：防震防风，恐难防塌

我国虽非地震高风险国家，但塌楼塌房事件却不止一次发生，尤其我国的山区开发不乏高楼建筑，塌楼事件也不止一次发生。

1993年轰动全国的淡江公寓坍塌事件记忆犹存、2008年国际山庄洋房坍塌再次引发关注、每年季候风和雨季时期的土崩事件年复一年、以及去年山体崩塌的泥石流导致露营地多人死亡事件，但山区建筑和开发工程依然不减。

那么，我国的建筑抗震技术原理是否也可用于保护建筑结构的稳固性以防止塌楼？

“防震建筑的原理对稳固建筑结构具有一定的作用，但塌房原因多数与地质和地理环境有关，比如水土流失、土崩、石灰岩地质等等，建筑结构的稳定性只是其中一个要素。”