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智慧城市| 建築結構抗地震天災 中國研究高強鋼建築

周福霖
中國工程院院士周福霖:鋼結構建築抗震性能好,安裝施工快、安全可靠、鋼材可循環再用,是中國建築工業化進程中主要載體之一

[智慧城市]

土耳其東南部及敘利亞發生7.8級地震,震央深度僅17公里,天災無情,觸目驚心,高層建築物頹然倒塌後,有如廢墟,居民慘遭活埋。

土耳其有不少「磚石結構」(Brick masonry)建築或不抗震低層混凝土框架,遇上威力驚人的淺層「群震式地震」(Earthquake swarm),又時值寒夜破曉,居民處於室內,終於釀成巨災。

高層建築倒塌是地震的致命因素,土耳其建築互相緊靠,磚石結構消耗能量甚弱,塌後活埋傷者,高層混凝土的斷壁頹垣,更極之難以搜救挖掘。

1999年,土耳其地震超過1萬7千人罹難後,修改了建築規則,倒塌建築可能2000年前落成或監管出現問題。專家指出,地震暴露出混凝土結構抗震表現差,高強鋼建築的抗震性能更受關注。

中國屬世界上地震最頻繁地區之一,本港則位於中低風險地震帶。2012年,中國地震動區畫圖及建築抗震設計規範,香港已被列為七度地震烈度區;香港建築主要為加固混凝土,設計不防震,關注抵抗風力多於震力。

鍾國輝
理大土木及環境工程學系教授鍾國輝在CNERC大會發言:抗震以鋼材性能最好,還可加入延性節點抗震,再以「防屈曲支撑」(BRB)發揮鋼材韌性,進一步抗震。

深圳抗震高於香港

從結構工程學,以鋼結構抗震性能最好,因為較易於延展,以抵受地震晃動。2015年,中國國家鋼結構工程技術研究中心(CNERC)在香港理大成立了分中心,成為本港六個國家級科研中心之一;2018年CNERC發行了《低至中度地震區域建築及結構》論文集,研究建築的防震設計。

CNERC中心主任理大鍾國輝教授指,中國一級城市建築抗震設計達八度,次一級城市抗震設防標準,市區範圍內要達七度,港深兩地一河之隔,卻沒相同規定,深圳抗震設防甚至高過香港。「從2012年起,香港已討論加入防震要求已逾20年,迄今未有定論。」

本港大學一直研究防震和高強鋼結構,理大團隊正向為本港多個應用高強鋼工程提供諮詢。上周,中國鋼結構協會舉辦年會;理大、清華大學、英國倫敦帝國理工學院憑「國產690 MPa高強鋼結構基礎理論、關鍵技術及其國際化應用」的研究,再獲得2022年中國鋼結構協會科學技術獎特等獎。

鋼結構抗震力強

中國鋼結構協會年會上,中國工程結構抗震隔震減震專家周福霖指出,總結土耳其的地震經驗,中國應大力推廣鋼結構建築。周福霖為中國工程院院士,推廣創新防震技術新體系隔震、減震、抗震技術多年,曾主編中國隔減震設計規範,技術規程和產品標準,為國內抗震標凖的開山人物之一。

周福霖強調,結構抗震非常重要,鋼材是延度(Ductility)非常好的材料,鋼結構建築抗震性能好,安裝施工快、安全可靠、鋼材可循環再用,是中國建築工業化進程中主要載體之一,符合「創新、協調、綠色、開放、共享」發展理念。

中國鋼結構協會科學技術獎特等獎
理大、清華大學、英國倫敦帝國理工學院憑「國產690 MPa高強鋼結構基礎理論、關鍵技術及其國際化應用」研究獲2022年中國鋼結構協會科學技術獎特等獎,左二領獎者為理大鍾國輝教授。

鋼材韌性抗震最佳

鋼結構房屋一致公認抗震性能最好,其次是木結構房屋,再次才是鋼筋混凝土。

鍾國輝說,多次地震傷亡慘重後,中國發展「阻尼器」(Damper)和橡膠隔震墊等隔震技術;隔震和減震成本較貴,低地震帶較少應用。抗震結構方面,鋼材性能最好,還可加入延性的節點抗震,再以「防屈曲支撑」(BRB)發揮鋼材韌性,吸收更多地震能量。

鍾國輝指,鋼結構建築較不易塌下,強震後頂多變型,高強鋼設計更可減輕建築重量,即使倒塌後,傷亡亦較少,救援難度較低。全球地震帶多個城市,均以鋼結構作主體,優點是建造速度快,可吊裝建組;缺點造價較貴,平均較混凝土結構貴3至5成。中國高強度鋼跌價,結構設計的改進,均有望降低建築成本。

理大副校長黃煜新指,中國積極為土耳其救災,本港研究高強鋼和組裝合成建築法,災後重建亦可發揮積極作用。

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