土耳其地震与隔震建筑

QuakeLogic的首席执行官Erol Kalkan先生日前在领英上发表了一段视频，据称是采用隔震技术的土耳其 Malatya医院 在一周前的 土耳其7.8级地震 中的反应。 视频中，在建筑的一角，有人惊慌地跑过，隔 震 层上部结构像浮在软垫上一样前后左右上下晃动。 虽然晃动的幅度不大，但毫无疑问的是，隔 震 层开始工作了。

LinkedIn@Dr. Erol Kalkan, P.E.

Malatya位于土耳其东部。据USGS测算的MMI烈度分布图，在2月6日的两次强震中，当地分别为6.5度区和6度区，烈度并不高。可以想象，当地的损失应该不太严重。

Intensity map from USGS

Intensity map from USGS

位于本次地震较低烈度区的这栋隔震的医院建筑的隔震层正常启动，起码说明它的隔震层的构造措施得当。反观我国去年9月份泸定地震中，除了震中附近两栋位于9度区的隔震建筑的隔震层反应较大（参见《2022年6.8级泸定地震建筑震害快报》）之外，位于较低烈区的几栋隔震建筑的隔震层都没有动起来。

在2017年ENR（Engineering News-Record）评选的全球十大隔震建筑中，有四栋隔震建筑位于土耳其，四栋位于日本，一栋位于美国，一栋位于我国台湾。这个榜单似乎没有把我国大陆地区包括在内，但起码可以窥见土耳其作为推广隔震技术的后起之秀的世界影响力。

这还没完。

   世界最大的单体隔震建筑   

目前世界上最大的单体隔震建筑也在土耳其。之前我一直以为是2019年完工的北京大兴机场航站楼（建筑面积80万平米，使用了1118个隔震支座），没想到知识更新太快，大意了。位于伊斯坦布尔的Ba?ak?ehir松樱都市医院（Pine and Sakura City Hospital）建筑面积100万平米，三栋主楼和裙楼均位于同一个隔震层之上，共使用了2068套隔震装置。

 

  Ba?ak?ehir松樱都市医院外观 (Source: Arup)  

  Ba?ak?ehir松樱都市医院中使用的摩擦摆支座 (Source: Arup)

土耳其地震发生后，面对网络图片中成片倒塌的建筑，国内有些专家开始建议土耳其应该向我国学习，大力发展减隔震技术。 这恐怕是 携 基建狂魔之 威 有些 骄傲了。 其实隔震技术在土耳其发展得不错。

一周前的M7.8地震距离伊斯坦布尔很远，没有对拥有2682张病床的Ba?ak?ehir松樱都市医院造成什么影响。这栋全球最大隔震建筑的设防目标是"大震后立即使用"（即在约2500年一遇的地震中达到ASCE 41规定的Immediate Occupancy的目标）。能否真正实现这一目标，尚有待实际地震的检验。

   隔震建筑的楼面速度反应   

与其等着被实际地震来教育，不如事先充分发挥想象力，设想各种可能妨碍这一目标实现的隐患，防患于未然。

土耳其M7.8地震发生的前一天，我们有一篇论文 上线发表 在EESD上，从隔震上部结构的楼面速度反应的角度，提出了隔震理论可能存在的一个小问题。

比如我们把两个三层的结构模型同时放在振动台上，一个固定在台面上（下图左侧模型），另一个则采用底部隔震（下图右侧模型）。 它们在地震动作用下的反应如下图所示。

可以看出，右侧的隔震模型虽然在底部滑来滑去，隔震层以上的部分（即上部结构）却没有什么变形。

从各个楼层的反应时程也可以看出，隔震层可以非常有效地降低上部结构的加速度反应（下图红线）。

但是如果我们再看一眼它俩的楼面速度反应，隔震好像就没那么妙了。从下图的红线可以看出，从底层到顶层屋面，各个楼面的速度反应几乎没有减小。

如果只看最大反应的话，隔震可以非常有效地减小上部结构的楼面加速度和层间位移反应。

但是在减小上部结构的楼面速度反应方面，隔震却有些捉襟见肘：上部楼层的速度反应虽然减小了，下部楼层的速度反应却反而被放大了。这与隔震在抑制上部结构的加速度和位移反应方面的优异表现形成显明的对比。

其原因何在？倒也不复杂，只是可能以前很少人关注而已。我们在论文里给出了自认为完整的解释。感兴趣的朋友可以划到最底扫码添加小助手查看看论文全文。

下一个问题是，so what?

楼面绝对速度可能影响的东西之一是浮放在楼面上的物品。比如医院里各种需要搬来搬去而不能固定在地面或者墙上的大大小小的医疗设备、药品柜、储物架……

这些东西在医院大楼里面的分布可能很随机，不妨就用蒙特卡罗方法随机的在楼面上布置上大大小小的不同高宽比的“方块”来模拟这些浮放的设备和物品。隔不隔震，对这些东西会有什么影响呢？

结论是，如果采用FEMA P58建议的物体倾覆破坏的易损性模型，在平均意义上看，隔不隔震对这些物品的倾覆破坏的比例没啥影响，隔震反而会增大倾覆率的离散性。

是啊，用了隔震也没啥不利影响。但是这毕竟是成绩一贯优异的隔震呀！和在位移或加速度敏感型构件上的优异表现相比，它在保护速度敏感型构件上的表现就显得太拉垮了。而能否保护这些速度敏感型构件免于地震破坏，可能恰恰是医院在大震后能否“立即使用”的关键所在。

当然，FEMA P58的易损性模型也不一定准确，而采用不同的易损性模型会对结果有较大的影响。这在论文中都有更加深入的讨论。

来源：哲设计，作者：王飞剑 ， 如有侵权请联系我们。

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