一种隔震新思路—悬浮结构

 传统的隔震概念对于大家并不陌生，但是利用“悬浮”的概念以达到隔震的目的，可能并不熟悉。传统的隔震是在建筑物的底部或某个位置设置隔震装置形成隔震层，把上部结构和下部基础（或楼层）隔离开来，以此来消耗地震能量，避免或减少地震能量向上部传输，能够更有效地保障上部结构与内部人员、设备的安全。但是悬浮结构则是要建筑物和基础之间完全脱离开来，从概念上来说，隔震的效果更为彻底，但是实施的难度也必然增加。今天给大家介绍这种新型隔震隔震结构—悬浮结构。

  提到悬浮概念，可能最容易想到的是水上悬浮（漂浮）。从隔震的角度来说，地震对于水上漂浮的建筑多少有些无奈。水体流动柔软，地震时水中的建筑和地面隔离，仅发生缓慢晃动，能将破坏性降到最小。实际生活中所见到的大型客轮就是一个典型的漂浮建筑物。设计师们也早已在悬浮建筑上发挥才智。2010年，马来西亚的设计师Sarly Adre Bin Sarkum提出了一种可以自给自足的水下摩天楼的概念设想（图1）。2015年12月，比利时设计师Vincent Callebaut表示已经设计出世界上第一个水下大楼，可容纳2000人（图2）。

图1 Sarly Adre Bin Sarkum设计的水下摩天楼的概念设想

图2 Vincent Callebaut设计的水上漂浮建筑

  以上漂浮建筑的例子，大概可以认为是设计师的无心插柳，因为他们设计的本意并非是为了利用悬浮而达到隔震的目的。所以今天所要讲述的重点是以下内容，可以称为“智能悬浮结构”（Smart Levitating Structure）。

  1. 磁悬浮结构

  磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，最为常见的例子便是交通工具中的磁悬浮列车。著名的悬浮滑板公司Arx Pax在2015年6月表示，磁浮科技将有望用来打造未来隔震建筑。该系统利用和磁悬浮列车相同的原理，将智能系统布置在结构的基础上（图3）。并且整体结构与USGS地震预警系统相结合。一旦接受到地震预警，那么结构便启动悬浮装置，使得上部结构与基础脱离，在空中悬浮90秒，从而彻底隔断地震作用对主体结构的破坏（图4）。该公司目前已与Berkeley Seismological Laboratory等单位合作研发此系统。

图3 磁悬浮隔震结构原理

图4 磁悬浮隔震结构工作示意

  2. 气悬浮结构

  气悬浮结构是指利用压缩空气将结构悬浮起来。与磁悬浮列车类似，气悬浮技术也很早被应用于列车系统。法国是世界上最早修建气垫列车的国家。20世纪60年代，在巴黎和奥尔良郊外建成了两条气悬浮式铁路，列车的试验速度为每小时200至422公里。

  日本311大地震后，在2012年气悬浮隔震结构被日本Air Danshin Systems公司研发并应用于实际工程（目前已有88个家庭采用）。整个系统由传感器、空气压缩装置和房屋基础装置组成，其工作原理见图5所示。当传感器监测到地震来临时，气悬浮装置可以将结构抬升约3cm的高度，直到监测到振动消失后结构再复位。为了防止地震来临时候供电系统停止工作，为装置配有备用电池。该公司声称，这种气悬浮隔震系统的造价仅为常规隔震系统的1/3。

图5 气悬浮隔震结构工作原理