陈一文:“世界第一危楼”案的教训与启示


在事关央视两万职工生命安全及其家人幸福的“斜塔悬角”结构央视新楼是否存在致命安全问题上,必须“以人为本”将关爱生命置于首位,充分听取对建筑安全问题提出质疑的学者与专家的意见并进行详尽深入科学论证后再做决定。
 
陈一文:央视新楼“世界第一危楼”案对我们的教训与启示
--央视新楼是“世界第一危楼”!》“第十一次征求意见稿”(八)
 
(1)      在事关央视两万职工生命安全及其家人幸福的“斜塔悬角”结构央视新楼是否存在致命安全问题上,必须“以人为本”将关爱生命置于首位,充分听取对建筑安全问题提出质疑的学者与专家的意见并进行详尽深入科学论证后再做决定。在贪腐黑洞操纵下,少数人“黑箱操作”、排斥异见、一意孤行,铸成当今央视新楼“世界第一危楼”之大错!
(2)      对于选址在任何地方的高层建筑进行概念设计方案招标时,必须确立依照“(1)安全性;(2)功能性;(3)美学性;(4)经济性”的顺序进行评审的规则。
(3)      对于选址在任何地方的高层建筑进行概念设计方案招标时,必须对投标的所有概念设计方案首先组织“抗震建筑”专家组进行审评,淘汰不符合“抗震建筑”“(1)安全性”原则的概念设计方案淘汰掉后,然后组织另外的专家组对剩余未淘汰掉的概念设计方案进行“(2)功能性;(3)美学性;(4)经济性”审评。
(4)      对于选址在任何地方的高层建筑进行概念设计方案招标时,必须规定,如果投标的概念设计方案包括有某种程度非规则结构的话,这样的投标方案必须包括经过地震实践考验过的足够的合理的防震、减震措施,确保完全抵消这样的投标方案包括的某种程度非规则结构导致的额外地震安全风险!
(5)      选址在具有8级强震风险的北京市区中沉积层最厚、强震破坏风险性最大的北京朝阳区CBD区域的任何高层建筑今后招标,必须明确不接受任何具有明显非规则结构的概念设计投标!
(6)      《中国地震烈度区划图》(1990)必须“与时俱进”进一步修订

第一条 为更好地服务于国民经济建设,保证准确地使用“中国地震烈度区划图(1990)”,制定本规定。
  第二条 本地震烈度区划图上所标示的地震烈度值,系指在50年期限内,一般场地条件下,可能遭遇超越概率为10%的烈度值。该烈度值称为地震基本烈度。
  第三条 本地震烈度区划图,系国家经济建设中地震设防的法规图件。在其适用范围内,建设项目的抗震设计和已建项目的抗震加固,均应遵照执行。
  第四条 本地震烈度区划图的适用范围如下:
  (1)国家经济建设和国土利用规划的基础资料
  (2)一般工业与民用建筑的地震设防依据。
  (3)制定减轻和防御地震灾害对策的依据。

       19925月经国务院批准由国家地震局和建设部联合颁布的《中国地震烈度区划图》(1990) 是在中国没有经历高层建筑(20层以上)破坏的情况下依据“强震(Ms>7.5)对位于震中大约40-60公里半径范围内建筑造成破坏”的历史事实与现代事实编制而成。
十年之后,根据近年来世界多处强震造成建筑破坏的新的事实,国内外地震学家与抗震建筑专家对于这个获得了新的认识。
 
不久前,在北京举行的14届世界地震工程大会上,印度地震学家阿伦·巴帕特(Arun Bapat,提交的论文《印度、印度尼西亚与巴基斯坦的最近的地震的教训》强调了7级以上强震造成的“远距离破坏”现象:[2]

强震(M > 7.5)发生时,它造成两种类型的破坏。一种是震中区破坏,位于震中大约40-60km半径以内。震中距离60-100km半径以内区域的工程结构可能遭受某些不可修复的破坏。100km距离以外的破坏取决于岩石的机械性质(密度、弹性、紧实度、地质状况等)。然而,在距离震中150km至550km范围的区域,长驻面波(瑞利波--Raleigh waves)具有突出影响。这些震波延续大约12至18秒,并且仅对位于震中150km至550km易遭到破坏上述距离超过17m高度的高层结构造成破坏。
 
这样的破坏首次在墨西哥城被观察到。1985年9月19日距离位于盆型湖泊沉积物谷地的墨西哥城大约500km距离的太平洋海岸中发生了一次威力强大的8.1级地震。在墨西哥城,只有高层建筑(高度超过17m)遭到严重破坏。两层或三层结构的建筑没有遭受任何破坏或者仅遭受很少破坏。这些情况发生以后,墨西哥的地震规范进行了修改并补充了适当的规定。
 
2001年1月26日印度古吉拉特邦布吉(Bhuj,Gujarat)地震期间,发生了类似于在墨西哥城发生的情况。辛格(Singh et al, 1988)[3]与洛敏茨(Lomnitz et al, 2005)[4]讨论了1985年地震灾墨西哥城造成的破坏。印度艾哈迈达巴德市(Ahmedabad City)距离古吉拉特邦地震震中大约320km。
 
由于这次地震,在艾哈迈达巴德市只有高层建筑坍塌。其他的一层、两层或三层的建筑没有遭受任何破坏。
 
这由于长驻面波(瑞利波--Raleigh waves)。人们观察到,长方向处于北—南方向的建筑与宽侧朝向西方向的建筑遭受的破坏更为严重。这由于震中处于艾哈迈达巴德市的西方向,地震波也来自西方向。建筑的宽侧暴露于来袭的地震波。同时发现,长方向朝向西方向的建筑结构遭受较小的破坏。巴帕特(Bapat,2008a)[5]对艾哈迈达巴德市这种类型的破坏进行了讨论。

 
       《中国地震科普网》发表的《一次远离震中的震害启示》[7]表明了中国地震学家对于强震对远距离高层建筑造成严重破坏的问题亦给与了关注,但是中国建筑界、中国抗震地震烈度与抗震建筑规范对此缺乏认识与反映。
国内外地震学家近年观察到“7级以上强震对远距离某些高层建筑(特别是违背抗震建筑首要基本原则的高层建筑)造成严重破坏,对于四、五层的低层建筑基本上则不造成破坏”的新发现意味着《中国地震烈度区划图》(1990)必须“与时俱进”进一步修订。
(7)      中国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)本身存在严重缺陷需要“与时俱进”进行修正改进
重庆大学土木工程学院刘建伟等不对称结构的非线性扭转响应》[8]揭示:

地震中的扭转响应通常加剧结构破坏。例如,1985年墨西哥地震中15%的结构破坏由扭转响应造成(Esteva 1987)。2008年汶川地震中,许多非对称性结构严重破坏也是由于扭转响应。因此,在地震作用下,扭转响应对非对称结构损害有显著作用。
 
为了减少扭转响应的冲击,中国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)提出控制结构扭转变形的某些规范。但是,在考察扭转响应时,这些规范未能考虑抗横向负载构件的非线性表现,因而该规范对扭转响应的计算依然基于立柱与墙壁的弹性表现。

       请读者们特别注意:“在地震作用下,扭转响应对非对称结构损害有显著作用”之外,后一个段落表明,虽然“中国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)提出控制结构扭转变形的某些规范”,但是“这些规范未能考虑抗横向负载构件的非线性表现,因而该规范对扭转响应的计算依然基于立柱与墙壁的弹性表现”,说明中国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)本身存在严重缺陷需要“与时俱进”进行修正改进。
 
本研究报告论证央视新楼是“世界第一危楼”的依据之六、依据之七、依据之十一等不妨列举的国内外抗震建筑研究者们提供的强震监测数据、实验数据、计算机模拟计算分析数据等,证明《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)存在更多方面严重缺陷需要“与时俱进”进行修正改进。
 
(8)      《高层民用建筑设计防火规范》必须增加对于高层建筑整体结构防火以及一旦发生火灾防止更加猛烈燃烧的规范!
央视文化中心2009年2月9日“元宵节”发生的火灾启示,除了《高层民用建筑设计防火规范》已经有的有关规定外,还应当增加对于高层建筑整体结构防火以及一旦发生火灾防止更加猛烈燃烧的规范!
 
《高层民用建筑设计防火规范》还应当规定:开发出经过高层建筑火灾救火实践或救火演习证实能够救出遗留在高层区域人员的有效救人设备、设施、装置之前,应当“以人为本”禁止建造超出现有救人设备、设施、装置高度的高层建筑!
(9)    中国建筑界、地震界、抗震工程界必须关注与高度重视李泰来教授地震“扭波”发现及其“扭仪”对几十种类型建筑地震破坏模拟试验结果比地震工程界目前普遍应用的前后振动--上下振动摇床式地震实验台地震破坏模拟试验结果更接近自然界地震实际破坏状况的事实
本研究报告《四、央视新楼“存在致命安全问题”的23条依据》之依据之六:设计与“抗震审查”没有考虑地震“扭波”与“扭转“破坏!李泰来及其发现地震破坏元凶“扭波”的过程》与《依据之十八:地震振动台试验与建筑地震实际破坏相悖!》揭示:

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!

    (10)中国建筑界、地震界、抗震工程界必须关注与高度重视李泰来采用《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”对央视新楼进行了抗震模拟实验: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”型结构建筑模型;
    (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2008年6月10日的《央视新楼抗震模拟实验报告》(附“扭仪”实验录像)结论:[9]

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。
(11) 清华大学建筑学院等中国所有建筑专业大专院校必须高度重视培养
           (1)具有强烈社会责任感;
           (2)有独立思考能力;
           (3)继承发扬中国古代建筑遗产科学精华;
           (4)掌握天文学、地球科学与减震相关影响基本知识;
           (5)对自然保留合理程度敬畏之心;
           (6)关心建筑相关学科前沿与非主流研究发展动态;
           (5)现代建筑人才,否则中国当代老一代建筑界专家之后的中国建筑发展动态令人担心!
(12) 央视新楼不仅是“世界第一危楼”,而且国外设计者库哈斯本人20091221日自己向《南方周末》的记者承认央视新楼的寓意被库哈斯为首的团队成员解意为“世界最下流的建筑”。[10]但是,这个问题与本研究报告的主题无关,属于解决央视新楼“存在致命安全问题”后必须面对的另外性质的问题。
参考文献:
 
 
[2] Arun Bapat[email protected], LESSONS FROM RECENT EARTHQUAKES IN INDIA, INDONESIA AND PAKISTAN,第14届世界地震工程大会,No.01-1074, 2008
 
[3] Singh, S.K., E. Mena and R. Castro (1988). Some aspects of source characteristics of the 19 September 1985 Michioacan earthquake and ground motion amplification in and near Mexico City from strong motion data, Bulletin of the Seismological Society of America; April 1988;vol.78; no.2; p.451-477
 
[4] Lomnitz, C. and S. Nilsen-Hofseth (2005). The Indian Ocean Disaster: Tsunami Physics and Early Warning Dilemmas, EOS, Vol. 86, No. 7, 65-70
 
[5] Bapat Arun (2008a). Damage to tall structures situated at long distance from epicenter due to long period seismic waves and effect on structures on filled lands, Proceedings 6th Int. Conference of case Histories in Geotechnical Engineering, University of Missouri, Arlington, Washington, USA.
 
[6] DINESH C. SHARMA, Earthquake Engineering : Sharing Knowledge and Expertise
 
[7] 《中国地震科普网》:《一次远离震中的震害启示》
 
[8] Liu Jian-wei et. al., Nonlinear Torsional Response of Asymmetric Structures, The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China
 
[9] 李泰来,央视新楼抗震模拟实验报告,2008年6月10日
 
[10] 南方周末记者王寅,“其实CCTV大楼是一个温柔的建筑”——专访建筑师雷姆•库哈斯,2009-12-23

下篇:建议全国人大、全国政协、国家减灾委对央视新楼致命安全问题组织公开听证会