快速恢复“功力”——面对地震，咱们房子有韧性！

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“杀人的不是地震，而是不抗震的建筑”。

历次地震灾害表明，95%以上的人员死亡，都是由于建筑物倒塌而引起的，因此我们要对建筑结构的设计提出抗震的要求——“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即以保护生命为首要目标，避免结构在地震作用下发生脆性破坏甚至倒塌，减少人员伤亡。这样，达到抗震设防要求的建筑，就能在地震到来时降低破坏程度，守护好大家的生命健康安全。

墨西哥7.1级地震（来源：网络）

传统的抗震技术可以总结为“抗”、“消”、“隔”三种方式。“抗”，是一种“硬碰硬”的抗震思路，而“消”和“隔”的核心理念是以柔克刚。

“抗”是指通过开发高性能的结构材料、结构构件和结构体系来改善结构自身抗震性能。

“消”是指在结构中加入耗能装置（如金属阻尼器、摩擦阻尼器等）来帮助结构消耗地震能量。

“隔”是通过隔震层把地震动作用和建筑物隔离开来减少输入建筑物的地震加速度，从而减少建筑物的破坏。

建筑不倒，大家的生命财产保住了，可是建筑在地震作用下丧失了正常使用功能，维修、翻盖建筑的钱呢？近年来多次震害表明，往往灾后的修复成本已经超过了建筑物本身的结构成本。因此，具有可恢复功能的新型结构体系引起了研究人员的广泛关注。

可恢复功能结构就是指地震后不需修复或稍加修复即可恢复其使用功能的结构，不仅能在地震时保护人们的生命财产安全，也能帮助人们在大地震之后尽快恢复正常生活。简单的说，就是让建筑有“韧性”。

地震可恢复功能性概念 [1]

A：传统结构；B：可恢复功能结构

C：修复原有缺陷的可恢复功能结构

带摇摆构件结构

“摇摇晃晃”的建筑？

设置摇摆构件的结构体系是指在结构中选择一定比例的结构构件或组件，放松其与基础连接处的竖向自由度约束，使其在一定范围内可以竖向抬起，或者放松转动自由度约束，使其可以发生无抬起转动，从而在地震作用下产生摇摆，并通过摇摆变形耗散地震能量，限制上部结构的变形模式。

简单来说，摇摆结构就是研究人员故意让建筑的底部或者构件之间发生“松动”，以一种“打太极”的形式消耗掉地震输入给结构的能量，防止结构“硬扛伤害”。

摇摆墙结构（来源：网络）

日本东京工业大学津田校区有一幢教学楼最先采用了摇摆墙进行加固，在原有框架结构的两端和中部加设了摇摆剪力墙，并在连接处设置阻尼器，利用摇摆墙摇摆和钢阻尼器来协调整体变形和屈服耗能，从而更好地减轻地震对主体结构的破坏。

东京工业大学津田校区G3教学楼摇摆墙（来源：网络）

自复位结构

建筑也能“有记忆”？

自复位结构是一种可以“记住”自己原有位置的结构，在摇摆结构基础上，额外增加可使结构或构件恢复到初始位置的装置（如预应力筋、蝶形弹簧等），当地震发生时，结构会发生一定的弯曲变形，在超过一定限值之后发生摇摆并通过预应力使结构回复到原有位置，它可以消除结构的残余变形，使结构在地震后能继续使用，同时降低了结构震后无法修复的风险。

研究人员可以将预应力钢绞线预制于构件内，它们如同一根根绷紧的“橡皮筋”，在结构构件摇摆的过程中保持拉伸的状态，使得结构构件最终可以回到原位。

左：竖向自复位结构（放松竖向构件与基础之间的约束）

右：横向自复位结构（放松梁柱之间的约束）[2]

带可更换构件结构

建筑如何换“零件”？

“可更换”这种思想方法和技术在机械领域的应用很普遍，你的车胎爆了，换个备胎就能继续开，带可更换构件结构的建筑也是这个道理。设置可更换构件的结构体系是指将损伤集中于可更换的构件上，使得主体结构的其余构件无损伤或低损伤，这些特别设计的“零件”会被设计成“牺牲品”，在地震发生后先一步损坏，从而保护主体结构不受伤害。地震后，工人们就像换备胎一样，把这些损坏的构件替换下来，建筑又能继续为我们服务。

西安市某住宅建筑工程在建造时布置了可更换的连梁，连梁中部采用剪切屈服型金属阻尼器，当大震作用时，破坏会集中于可更换连梁，消耗地震能量，防止主体结构发生破坏，震后还可以迅速更换，更换的过程也不会影响结构的正常使用，从而保证大楼的结构功能可在震后短时间内迅速恢复。