陈一文:中国建筑科学研究院工程抗震研究所地震振动台试验


笔者2008年撰写《央视新楼是“世界第一危楼”》防震减灾研究报告之“依据十八”引证有关文献论证央视新楼中国建筑科学研究院工程抗震研究所承接的中央电视台新台址CCTV主楼模拟地震振动台试验“与建筑地震实际破坏相悖”!

上述情况下,如果中信集团征求我对于委托哪家单位从事北京CBD“尊”式500超高建筑的模拟地震振动台试验的话,我会这样告诉他们:

如果中信集团希望在任何情况下获得震到9度也没有震坏,确定是安全的模拟地震振动台试验结论的话,你们一定要委托中国建筑科学研究院工程抗震研究所承接该项模拟地震振动台试验。因为他们连央视新楼这样的“世界第一危楼”都敢于“造假”出具“震到9度也没有震坏,确定是安全的”模拟地震振动台试验“伪证”结论,与此相比北京CBD“尊”式500超高建筑更没有问题!

但是,如果你们希望获得一个科学的、客观的模拟地震振动台试验结果的话,在中国建筑科学研究院工程抗震研究所对于他们在央视新楼项目的模拟地震振动台试验中无视央视新楼强震作用下“扭转”破坏的致命错误拒不反思与深刻检查前,千万不要委托他们。

特此将笔者2008年撰写《央视新楼是“世界第一危楼”》防震减灾研究报告之“依据十八”全文转载如下,供中信集团等有关单位与政府部门学习:

 

依据十八:地震振动台试验与建筑地震实际破坏相悖!

陈一文([email protected]

 

《中国新闻网》20051114央视新台址主楼模拟地震振动台试验完成》报道:[1]

“日前,中国建筑科学研究院工程抗震研究所承接的中央电视台新台址CCTV主楼模拟地震振动台试验项目顺利完成。

“中国建筑科学研究院模拟地震振动台实验室是目前全国最大、国际上最先进的6×6三向六自由度大型模拟地震振动台实验室,以研究复杂建筑结构及城市基础设施在地震作用下的反应规律为主,研究解决中国抗震防灾事业中的前沿性和基础性问题。”

 

CCTV主楼模拟地震振动台试验是中国建筑科学研究院模拟地震振动台试验室建成以来承接的第一个大型试验。CCTV主楼试验模型采用紫铜制成,模型缩尺比例为1/35,模型总高为6.7。中国建筑科学研究院抗震所对此次试验工作非常重视,从科研、试验人员中抽调出技术骨干,对CCTV主楼原设计进行分析,设计试验模型,确定试验方案,并组织专家进行试验方案论证。在CCTV主楼振动台试验设计和试验的全过程中,试验组全体成员加班加点,竭尽全力保证了试验工作的顺利进行。”

依照一般的认识,由中国建筑科学研究水平最高的中国建筑科学研究院,采用“目前全国最大、国际上最先进的6×6三向六自由度大型模拟地震振动台实验室”从事的“CCTV主楼模拟地震振动台试验”的结果,理应安全可靠不容质疑。

但是,我们不仅必须注意到上述报道披露“CCTV主楼模拟地震振动台试验是中国建筑科学研究院模拟地震振动台试验室建成以来承接的第一个大型试验”,而且还必须考虑到中国八十年代以来设计建成的高层建筑至今还没有接受过七级以上强震的洗礼,因而中国抗震建筑界必须承认自己缺乏不同结构形状高层建筑在强震下如何表现的实践经验与实测经验,对央视新楼这样的明显违背抗震建筑所有基本指导原则的怪异形状建筑在强震下将如何表现更是一头雾水、充满想象!

第一财经日报2008222央视新大楼解码:挑战结构和重力》报道:[2]

“挑战结构和重力
 “2002年,当荷兰大都会建筑师事务所库哈斯公布央视新大楼的建筑设计方案时,人们简直不敢相信建筑可以做成这样。即使到了今天,这座挑战想象力的建筑已经 “扭曲”着屹立在北京东三环,人们依然惊奇,它是如何建成的。
  “谁说结构是不能重新设计的?谁说重力是不可战胜的?”事实上,在上世纪末之前,库哈斯的奇思妙想,在技术上还是不可能完成的。而在现实设计与施工中,又化为了一道道不断需要逾越的坎。
  “2008123,高度达234的央视新大楼全面开始安装玻璃幕墙,其电视文化中心(TVCC)将在8月奥运会期间投入使用,并进行奥运赛事直播。他们做了一个9高的结构模型,按照最不利的荷载因素组合起来,放在一个能模拟地震的液压平台上,上面安装了数百个传感器,用来监控塔楼上1万多根构件的位移,并测量在不同情况下哪个部位承受的压力最大。“震到9度也没有震坏,确定是安全的。”
  “这座全新的建筑,在北京的天空下,显得格外的“扎眼”。
  “两座竖立的塔楼双向倾斜6度,在162高处被14层高的悬臂结构连接起来,两段悬臂分别外伸6775,且没有任何支撑,在空中合龙为L形空间网状结构,总体形成一个闭合的环。
  “人们通常认为摩天大楼应该高耸入云,因此这样一种回旋式结构在建筑界并没有现成的施工规范可循。
  “从技术角度看,这个建筑最大的难度就是倾斜加悬挑。”中国工程设计大师、华东建筑设计研究总工程师汪大绥说。高层建筑结构设计方面最难的是3个问题:倾斜、悬挑、扭转,央视新大楼占了2项。汪大绥和他的团队负责央视新大楼的结构设计。
  “尤其是,央视大楼倾斜的方向和悬挑的方向是一致的,就更给人一种视觉上的“摇摇欲坠”感。
  “由于北京位于地震带上,这个貌似不稳定的建筑,是否能经受地震和大风的袭击,一直是人们议论的话题。施工前一些专家团队曾对央视新大楼进行评估,认为其结构不太合理,如果一定要造,代价会很大。
  “一个建筑方案的取舍,结构不一定是一个决定性因素,如果希望建筑成为一个标志的话,结构就会退居第二。”汪大绥说。
  “在这种情况下,央视新大楼既要保证安全性,又要体现经济性,就给结构设计带来了很多需要研究的问题。
  “对于高层建筑来说,抗震、抗风的最关键因素就是倾覆力矩,就是水平作用力与建筑高度的乘积。
  ”另外,建筑在地震作用下抗震性能的好坏,取决于建筑本身的延性,也就是建筑是否能在地震往复位移中快速地消耗地震的能量。“因此我们希望柱子有很好的耗能机制。”
  “央视新大楼的柱子采用的是型钢组合柱,是由混凝土和钢两种材料组成的。出于抗震的要求,所使用的钢材必须要有很好的延性,可以发生很大的变形,但在变形耗能的过程中又不至于发生损坏。
  ”据介绍,一般建筑使用的型钢组合柱中钢的比例在10%~15%,但是央视新大楼出于对外形的考虑,希望柱子的尺寸小一点,因此提高了含钢率,达到了30%。“含钢量如此高的柱子,它的力学特性怎样,之前不知道。”汪大绥说。
  “汪大绥解释说,测试含钢量30%的柱子延性,属于构件基本力学行为的试验,必须把含钢量从低到高,一点点做上去,做的时候还需要力的不同比例。要进行大量的试验,来验证高含钢率组合柱的受力性能。
  ”经过测试,30%高含钢率组合柱在大震作用下,延性和钢柱基本相近,具有很好的抗震性能。“虽然高含钢率组合柱是在央视新大楼特定条件下的产物,以后也没有必要推广,但重要的是我们摸到了高含钢率柱子的特性。”汪大绥说。
  “另外,一般建筑的柱子只是在地震发生往复运动时局部受拉或瞬间受拉。而央视新大楼塔楼由于倾斜,有些柱子是永久性受拉。为了使永久性受拉柱坚固可靠,经受得住地震和大风的侵袭,设计还采用了高强度的锚栓,把柱子牢牢地锚固在底板里。
  “这是大楼唯一采用进口钢材的地方,锚栓受拉承载力达到每平方厘米1万公斤,一般建筑的使用也就是4000-5000公斤。这种做法在房屋建筑中也很少用到。”
  “为了确保安全,汪大绥告诉记者,他们做了一个9高的结构模型,按照最不利的荷载因素组合起来,放在一个能模拟地震的液压平台上,上面安装了数百个传感器,用来监控塔楼上1万多根构件的位移,并测量在不同情况下哪个部位承受的压力最大。“震到9度也没有震坏,确定是安全的。”

试问:但是,他们“9高的结构模型,按照最不利的荷载因素组合起来,放在一个能模拟地震的液压平台上,上面安装了数百个传感器,用来监控塔楼上1万多根构件的位移,并测量在不同情况下哪个部位承受的压力最大”能够证明“震到9度也没有震坏,确定是安全的”吗?

问题绝非这么简单!

当代地震学基本理论指导下“模拟地震震动台”试验结果与自然界中建筑破坏的结果相悖

限于到目前为止地震学家与抗震建筑学者对于建筑地震破坏规律的认识,世界最为先进的大型模拟地震振动台全部采用前后振动以及上下振动的摇床式“模拟地震振动台”。

李氏“扭仪”的发明及其地震破坏模拟实验

依照地震学与建筑抗震学当代占主导地位基本理论,世界所有国家地震学界至今采用蹦床式实验来模拟纵波破坏,用摇床式实验来模拟横波破坏,或用三维混合式实验来模拟整个地震破坏。在所有这些实验中,都没有天然地震波或人工地震波在受测物体中传播,因而所模拟的不是自然界中真实的地震破坏,而是人为机械力的破坏,故而实验结果皆与实际地震破坏相悖,不仅对地震学领域一代一代学子造成误导,而且对世界建筑领域造成更加严重的误导。

李氏扭波的发现,自1978年对外公布到2006年长达二十七年,但是未能在地震学界与建筑学界地震破坏研究中发挥应有的作用。除客观因素外,李泰来未能够把扭波的传播和对物体的破坏,用仪器模拟实验显现出来,也有很大关系。[34]

2006年,李泰来、李泰临、李泰丰三兄弟用了半年时间研制成功一种原始创新的仪器,全称为“李氏地震扭波破坏模拟实验仪”,简称“扭仪”,是继1978年发现扭波以后的又一项重大突破。

有的专家提出“至今没有人能做出记录‘扭波’的仪器来证明它的存在”。

但是,通过“扭仪”的模拟实验,不仅能展现扭波的产生和传播,还可以模拟地震对各种不同结构建筑物破坏的全过程,几十种不同类型建筑结构破坏的实验结果皆地震破坏遗迹和实况录像一致,充分说明李氏扭波理论和“扭仪”实验皆符合实际,也进一步证明,与自然界中地震对于建筑物的真实破坏往往相悖的地震学与建筑抗震学当代占主导地位基本理论以及这种基本理论指导下的各种横波、纵波模拟实验装置相比,李氏扭波理论和“扭仪”实验更为接近于自然界中地震对于建筑物的真实破坏机理!

李泰来采用《扭仪》对央视新楼所做的抗震模拟实验报告及其结论

    李泰来教授采用“扭仪”对央视新楼进行抗震模拟实验:首先采用相同材料制作三个模型:(1)仿央视新楼怪异悬臂结构建筑模型;(2)同样高度直立式“门”型结构模型;(3)同样高度直立塔型建筑模型。三种不同型式的建筑模型在“扭仪”上同台对比模拟实验。

李泰来教授日期为2008610的《央视新楼抗震模拟实验报告》(附“扭仪”实验录像)结论:[5]

“先是在扭仪上作实验,“L”型悬壁只受震1秒即坠落,左右两座直立式高楼的顶层,一个31秒震落,一个33秒震落

“在用“扭仪”作央视新楼地震破坏摸拟实验的同时,我们还用传统的平摇式实验方法作了对比实验,实验结果是三种楼房几乎同时遭到破坏,而悬臂最后脱落

“扭仪抗震模拟实验结果表明,央视新楼悬臂的抗震能力。只有同样材质直立高楼的1/30在地震多发区北京,建造悬壁式高楼是非常危险的,地震时悬臂结构会额外添加几十倍的破坏力,造成物毁人亡,情同自杀,后患无穷。

“地震的破坏强度,取决于地震扭波所造成的扭力矩(力偶矩),扭力矩越大破坏越严重,扭力矩与扭力(力)和扭力臂(力偶臂)的乘积成正比,在物体中能够形成的扭力臂越长,破坏力就越大。

“央视新楼用了一个“L”形悬臂,人为的,大幅度的,增大了楼体的水平扭力臂和铅直扭力臂。它不但不能起抗扭作用。反而额外添加几十倍的破坏力。因此,它要比同等材质的直立高楼更容易遭受地震破坏,遭破坏的程度要比直立高楼大几十倍。遇强震等于自杀,无震折寿。

 “若要使央视新楼的抗扭能力达到一般直立大楼的同等水平,必须大幅度添加几十倍的抗扭材料,而且还不能增加重量,在目前条件下几乎办不到,唯一的安全可行办法就是将祸根“L”型悬臂拆除,把楼体扶正。

“平摇式实验或三维混合实验是目前普遍使用的地震破坏摸拟实验,在这种实验中既没有扭波也没有纵波和横波在被测物体中传播,没有由地震波所产生的地震动,物体的破坏是人为机械力造成的,与地震破坏不相干。不能用这种实验方法作央视新楼的抗震模拟实验,进行抗震能力评估,只有扭波破坏模拟实验才能反映出地震破坏的真实情况。”

李泰来教授对央视新楼所做的抗震模拟实验证明:如果说央视新楼其它部分结构能够达到抗震烈度8度的要求,其“悬臂”结构使其整体抗震烈度至少降低了1度,已经不再符合北京地区高层建筑必须达到的抗震烈度8度的要求!

2008年6月,李泰来教授将“扭仪”对央视新楼从事的上述实验分析结果汇报给北京市建委“央视新楼抗震审查”主管单位领导,建议组织专家论证会议。听取李泰来的汇报后该领导当即表示:在对有关建筑规范做出改变之前他们没有办法!

       鉴于央视新楼是否安全问题涉及到包括我许多好朋友在内央视两万多名职工的生命安全及其家人的幸福,以及造价高达人民币100多亿元的中央电视台今后几十年是否安全的重大问题,建议全国人大、全国政协、国务院组织中国科学院、中国工程院、中国建筑学会的院士与专家听取观看李泰来教授采用“与时俱进”的“扭仪”对几十种不同类型建筑结构破坏的实验结果皆地震破坏遗迹和实况录像一致的地震模拟实验情况,以及李泰来教授采用“扭仪”对央视新楼与对比建筑模型进行的地震模拟实验情况与报告。

 

参考文献:

[1] 中国新闻网,央视新台址主楼模拟地震振动台试验完成,20051114

http://news.xinhuanet.com/newmedia/2005-11/14/content_3778168.htm

[2]第一财经日报20080222央视新大楼解码:挑战结构和重力

http://house.focus.cn/news/2008-02-22/433193.html

[3] 李泰来,扭波的发现与设防抗震,《新疆地质》增刊,1992

[4] 李泰来, 物理更新地质换代中国大地出版社20074

[5] 李泰来,央视新楼抗震模拟实验报告,2008610