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他告诉记者

时间:2019-11-18 15:47来源:未知 点击:

清华学子的秘密武器是墙上支撑架

记者了解到,本次竞赛所采用的地震波取自于2008年汶川地震中邡八角站的数据,选取了南北方向的地震波。虽然震动强度要远弱于真实地震,但震动的“节奏”完全拟真。在竞赛中,地震的模拟共分为三个等级,震动时间分别为32秒、26秒、21秒。“虽然时间逐渐缩短,但地震波始终保持完整,这就意味着地震波被压缩,能量却要在越来越短的时间里释放,强度越来越大。”清华大学的潘文豪告诉记者,三次震动分别考验建筑是不是达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的标准。

模型的设计者清华大学土木工程专业的大三学生潘文豪忍不住跳了起来。他告诉记者,秘密武器是四面“墙”上“支撑架”的设计。在他的指引下,记者看到每层“楼”的四面“墙”里都安装了两根支撑架,这些支撑架有的交叉相叠,有的排成“v”字形,把每面“墙”切割成若干个小三角形。“这种设计方式能够让建筑具有较强的柔性,在地震中保持结构不变形,”潘文豪说,“同时,这种结构‘自震’周期大,能够应付地震中震动最剧烈的一段时间。”

竹板搭的小楼承重达几十斤

与众不同的是,东南大学的学生搭了一座“宝塔”,上窄下宽,净重仅为106.4克。记者发现,这件作品从外表看更简洁,最复杂的设计就是“二楼墙面”的支撑架:每一面均安装了6根支撑架,在四边形“墙面”上切割出一个六角形,而“宝塔”外立面还加固了6根“拉条”。

舍弃支撑架加固结点,反而提高了强度

记者看到,日本名城大学的建筑结构模型同样为立方体“四层小楼”,但与众不同的是,这座“日式小楼”只有很粗的房梁与房柱,并没有四周的“支撑架”,造型简单,粗犷。这件模型由该校岩下教授与三名大四学生共同设计、制作的。岩下教授告诉记者,他们的构思来源于今年3月11日日本福岛发生的地震。“在福岛地震中,很多房屋在主震中没有倒塌,反而是在之后断断续续的余震中倒塌的,”岩下教授说,“所以我们的作品舍弃了‘支撑架’,而特别加固了梁柱结点,使整个结构强度特别高,能够有效对付大地震后的余震。”

“哗啦啦……”、“咯吱咯吱……”……恐怖的“地震”来了,“房屋们”不约而同抖了起来。别紧张,这只是一场比赛。昨天上午,“第五届全国大学生结构设计竞赛”在东南大学举行,73所高校的学子带来了竹制的“抗震屋”。地震模拟台上,每件模型先后要接受三次“模拟地震”的考验,模拟的地震波取自于2008年汶川地震中邡八角站的真实数据,虽然震动强度要远弱于真实地震,但震动的“节奏”完全拟真。比赛中,有的“房屋”因承受不住“地震”带来的晃动,1秒钟突然倒坍,整个框架摔得粉碎;有的作品设计精巧岿然不动,最亮眼的要数西南交通大学与东南大学的“宝塔式”小屋,分获特等奖与一等奖。

“比赛的结果也正说明了,塔形结构的建筑可能是目前最高效的抗震建筑。”东南大学副教授周臻介绍说,宝塔式建筑建造较为灵活,可柔可刚,堪称建筑版“太极拳”,中国传统的木结构建筑的代表。它与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同,采用的是“以柔克刚”的思维,这两件“宝塔”作品正是借鉴了这一思路,通过种种巧妙的措施,碰上强震就打起“太极”,将强大的自然破坏力消弥至最小程度。

“地震”来袭,“宝塔”随着地震波“颤抖”,并不晃动,三波震动后,依然牢牢立在地震台上。英雄所见略同,压轴出场的西南交通大学的作品也采用了宝塔形设计,而且净重仅为78.6克,是所有参赛模型中最轻的,做工最精细的。它“抖动”的幅度更小,在地震中几乎“纹丝不动”,夺下本次比赛的特等奖。

粗犷日本小屋“抗”余震

四层小楼上“震”顶住了

碰上强震就“打太极”,化解破坏力

记者注意到,随后出场的7、8所高校不约而同搭建了立方体“小楼”,大都挺过了三场“汶川地震”。

在竞赛现场,并不是所有作品都能挺过三次强度逐级提高的“模拟地震”,“楼倒倒”的情况时有发生。竞赛中,国内一所大学制作的立方体建筑结构模型顺利挺过了第一次“地震”。但在第二次“模拟地震”中,由于结构不够坚固,“三楼”的“房顶”突然坍塌,竹制碎片与配重的铁块又一起把各层打穿。“哗啦”一声,转眼间,刚刚还屹立着的模型在一秒钟内变成了一堆“废墟”。在倒塌的一瞬间,全场一片惊呼,一旁设计的选手既心疼又悔恨,一边叹气一边跺脚。不过很快,现场响起了热烈的掌声,给予垂头丧气的选手以鼓励。

据岩下教授介绍,日本国内大多数房屋都采用了减震结构。“目前,比较新颖的减震结构主要有:悬挂式结构、塔式结构与滑动隔震式结构,这些结构在东京的高层中普遍采用。”他告诉记者,虽然名城大学所在的名古屋市已有多年未发生强烈的地震,但大部分地震专家认为未来30年内还会发生与福岛地震强度相似的地震,所以日本国内很多大学仍在致力于抗震建筑的研究与设计。

全场一片惊呼,选手心疼得直跺脚

“顶住,顶住……”清华大学的学生作品上“震”了,这是一座立方体的四层“小楼”,高25厘米,长宽均为21厘米。时间一秒一秒过去,晃动从底层逐步蔓延至顶层,震动强度渐渐加大,建筑结构模型上的每根竹条不停地发生形变。

日本是一个地震多发的国家,所以建筑也大多具有抗震的功能。在本次大赛中,日本名城大学受邀展示了他们设计的建筑结构模型,并在模拟地震台上检验了抗震效果。三次“模拟地震”后,名城大学的作品依然稳稳地站在台上。

由于震动强烈,原本粘在“二楼”上的铁块差点被甩了出去。站在一旁的“主人”捏紧了拳头,恨不得上去扶一把。在三四米距离外的记者,甚至可以清楚地听到竹制结构间相互摩擦发出“咯吱”、“咯吱”的声音。不过幸运的是,清华大学的这座模型经受住了考验,在接连三次“地震”过后,整个框架结构依然保持完好。

78.6克“宝塔”以柔克刚

周臻告诉记者,建筑结构承受地震作用时,如果一味追求去“硬扛”,结构的造价会大幅增加,另一方面地震输入的能量仍然得不到减小反而会在结构内部产生非常大的“内力急剧效应”,有时反而使得结构更容易破坏。“如果采取‘释放’的理念,通过局部和整体一定幅度的变形,让地震输入到结构中的能量能够释放和耗散掉,这样结构中的内力将会大幅度减小,从而在保证结构安全性能的同时还能降低结构造价。”周臻说。

东南大学土木工程学院副教授周臻告诉记者,比赛中也有一些作品因配重铁块放置不当,在“模拟地震”中梁柱折断,整个建筑结构模型“拦腰折断”。他认为,在地震中,建筑最先受损的一定是建筑设计的薄弱环节,一般集中在柱脚与梁柱结点上。“在地震中,很多房屋倒塌都是因为柱脚与梁柱结点先损坏了。”周臻说。

地震波完全模拟真实数据

记者了解到,主办方给每支队伍提供4块长1.2米,宽0.5米的“竹板”,作为搭“房子”的主材,由各队发挥创意,自行设计抗震的房屋结构。房屋搭建起来后,“楼层”里还要压上30公斤的铁块,用来模拟行人、家具、设备等,同时,“房顶”上还要放上一只装水量为2至4升的水壶,模拟大楼天台上的水箱。比赛中,选手需要用小车将模型推到地震模拟台上,再用胶枪将铁块固定在各“楼层”中。根据事先输入的“实测汶川地震波”,地震模拟台开始颤动,再现汶川地震对于房屋结构的“极限破坏”。

“哗啦”1秒钟变“楼倒倒”