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周福霖院士和中国隔震技术发展
发布时间: 2011-03-22   来源:匿名网友投稿 

1995年,我从湖南大学毕业后曾经在位于洛阳的机械部第四设计研究院工作过几年时间,后来因为不适应这种国有企业的复杂人际关系,才又出去读研并离开了这个设计院。现在回过头来看看,机械部第四设计研究院还真是一个藏龙卧虎之地。

我1995年甫一进院就和一位国家级设计大师在一个办公室,他叫杨先健,是国家第一批认定的7个国家级勘察设计大师之一,专业研究方向就是地基隔震技术。10年后,因为在万科研究工业化住宅的隔震技术,我接触到了广州大学的周福霖院士,一聊才知道他不仅是我的学长——毕业于湖南大学,而且更是我的前辈——从湖南大学毕业后就分配到机械部第四设计研究院工作,只不过比我早了整整32年,而且当时机械部第四设计研究院还没有从北京整体搬迁到洛阳。

周福霖在设计院工作期间,唐山大地震发生了,震后的第三天,他奉命参加了中央赴灾区的调查团,从此以后,他的专业研究领域就紧紧地锁定在了建筑隔震技术方向上面。

周福霖院士

在现场调查中,他无意中发现2栋4层高的砖结构民宅没有倒塌,而是沿着地基以下的油毡防潮层滑动了40多公分。看到这一情景,周福霖想:如果我们建造的房子可以像这样在地面上自由滑动,那就能确保房子在地震中免受灾难性的破坏了。

结束灾区调查任务回到设计院后,周福霖在完成设计任务之余,开始工程抗震研究的课题。他走遍北京的各大图书馆,查阅了各种地震工程研究资料。1977年,在全国抗震工作会议上,周福霖根据唐山大地震的考察体会和自己的研究,结合国外的研究趋势,大胆地提出了“结构消能减震”的理论构思,这在国内是相当早的。

1981年,周福霖以优异成绩入选全国公派出国留学行列,获准赴加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学学习,导师是当时在国际工程抗震研究界赫赫有名的教授、国际地震工程学会主席。留学的3年时间里,在导师的支持下,周福霖承担了加拿大联邦科学基金项目“结构隔震与消能减震控制”的研究工作,先后完成了多种抗震减震结构构件低周疲劳破坏试验,大比例隔震结构模型振动台试验,新型抗震减震结构体系实验等多项试验研究和理论研究任务,这些研究后来集合成“房屋隔震消能新技术”的理论。在此基础上,他又创立了“房屋减震控制新体系”,包括房屋减震新概念、新理论和新设计方法。1988年,在日本东京召开的第九届世界地震工作会议上,当他公开提出这些理论体系和研究方法时,引起了与会学者的广泛关注。

1984年,周福霖回到了祖国。1986年,已任机械部第四设计院副总工程师的周福霖进入了名不见经传的广州城市建设学院(即后来的华南建设学院西院,现在的广州大学)从事教学工作。繁重教学工作之余,周福霖并没有放松学术研究,他希望能借助广东地区的经济建设优势,探索创立适合我国国情的工程结构抗震新技术,“要建造在地震中不倒的房屋!”

图片来源:百度

1989年,周福霖主持承担了由联合国工发组织和中国自然科学基金资助的隔震科研项目,联合国工业发展组织希望他在中国建立一个隔震体系试点,然后向第三世界推广。经过近4年的试验研究和奔走协调,于1993年在汕头市主持设计建成了我国首栋采用夹层橡胶垫的多层隔震住宅——汕头市陵海路八层框架结构商住楼,它是当年世界上最高最大的隔震住宅楼。建造该楼是“汕头多层房屋隔震技术应用研究”项目的一个主要内容。该楼1992年3月动工,1993年9月完工。汕头市陵海路隔震楼适当改变上部结构的设计,补偿了隔震基础所增加的费用(比常规抗震房屋节省了7%),使房屋既安全又经济,开创了这一领域的先例,为隔震技术的推广和应用作出了重要贡献。

1994年,联合国工发组织在汕头召开了有18个国家、120名专家参加的国际会议,对该项目进行现场示范介绍。联合国的代表对此项目给予很高的评价:“汕头多层隔震房屋是把隔震技术用于量大面广的住宅房屋的最成功范例,它是世界隔震技术发展的第三个里程碑。”1994年,台湾海峡发生一次7.3级的地震。地震也波及汕头地区,在同地段的传统结构房屋发生剧烈晃动的情况下,该隔震房屋里面的人却毫无震感。

1994年底,周福霖负责在华南建设学院西院建立了华南地区唯一的工程抗震研究中心,引进了具有世界先进水平的美国MTS公司生产的6自由度模拟地震振动台。依托研究中心的科研队伍和振动台的先进设备,周福霖研究出了几大工程结构减震控制技术。

其中的工程结构减震控制技术,是工程结构抗震抗风的一个新领域,包括隔震、消能、控制(含被动控制、主动控制、混合控制等)。提高结构的抗震抗风能力,不是采用加大截面加大配筋的传统抗震方法,而是通过调整结构动力特性的途径,大大减小结构在地震(或强风)中的振动反应,从而保护结构以及结构内部的物件不受任何损坏。这是一种采用新概念、新机理的新技术,为工程结构的地震防护提供了一条崭新的途径。但在隔震减震技术的推广过程中,周福霖遭遇了各种阻力。传统抗震技术是房屋越强越好,柱子越粗越好,以硬抗硬,而隔震减震技术恰恰相反,它把建筑物的底下做成柔性的橡胶支座,主张越柔越好,以柔克刚。由于是一种全新的抗震概念,即使在国外,用在房屋领域的时间也不长,因此学术界当时有人反对,有人持怀疑态度,其中不少还是这个领域的前辈、权威。但最终他还是坚持做了下去,一方面深化研究,一方面继续硬着头皮、厚着脸皮找各个有关职能部门,费尽口舌说服他们,争取他们的支持。为他的执着和严谨所打动,有关部门经过严格论证,最终批准把这项具有国际先进水平的新技术推广运用于建筑行业的房屋抗震设计、施工上。

新技术的运用取得巨大的成功。仅在目前世界面积最大,且是首个位于地铁上盖的隔震楼群——北京通惠家园小区的建筑隔震试验和设计中,即增加建筑面积10万平方米,净增产值约达4亿元。

图片来源:百度

当选为工程院院士后,面对荣誉,周福霖院士更加看重的是:他的当选对于推广研究成果及促进抗震研究中心发展有深远的意义。据他介绍,由于防灾意识、科研观念更新等原因的制约,目前,我国工程抗震新技术的推广应用水平还落后于日本等国家。他希望能借助各种影响,加大力度地推进隔震、减震及消能等新技术在工程实践中的广泛应用,特别是促进“多层房屋隔震技术”在民用建筑中的全面实施,并努力开拓新路,推进这一技术在文物保护、新型工业产品及生命线工程等的应用尝试。“当然,这方面更多的还是要依靠政府和社会的力量,特别是加大防震意识的宣传,加快防震减灾的立法补充等。”

为了全面推广抗震新技术,周福霖院士在国内外的学术交流会上举办了多次抗震讲座。作为广东省土木建筑学会的副理事长,周福霖以学会为平台,举办了多次结构技术、抗震讲座进行技术推广。他说,学会是一个很好的推广平台,以后的相关活动将与学会联办,既能推广抗震技术,又能扩大学会的影响。

在周福霖院士的带领下,近10年来,广州大学抗震研究中心在华南地区异军突起,创造了多项国内“第一”:他主编了我国第一部《叠层橡胶支座隔震技术规程》;在广州大学广园校区女生宿舍楼建成了广州市第一栋隔震房屋;在南疆铁路建成了全国第一座隔震铁路桥(新疆布谷孜大桥);在河北石家庄建成了全国第一座隔震公路桥;主持了世界平台面积最大且是首个位于地铁上盖的隔震楼群。该建筑群共有50幢,48万平方米,原6层的建筑在隔震后增至9层,共增加了10万平方米,为投资方增加了8亿元的产值;主持的新疆隔震建筑群,共有36幢,13万平方米,是目前世界上地面面积最大的隔震建筑群。

现在,叠层钢板橡胶垫基础隔震技术,是“建设部科技成果重点推广项目”,被列为国家“九五”期间重点推广应用项目,并于2002年作为成熟技术正式纳入建筑抗震设计规范《GB50011—2001》。

2003年,广州大学抗震研究中心成为“广东省地震工程与应用重点实验室”,为广州大学建设省重点实验室实现了零的突破。2005年成为教育部重点实验室。2007年获批准科技部国家重点实验室立项建设。

目前我国已采用抗震新技术的房屋仅有六七百幢,虽然国家已出台了抗震规范,但在我国建筑设计程序中还没有融入抗震新技术。周福霖院士说,他准备与广东省建筑设计研究院联合,在广厦设计软件中加入抗震技术,将抗震技术实行智能化推广,这一计划又将是全国首创。

即便千日无震,不可一日不防。如果能够全面应用抗震技术,周福霖院士描绘出了一个理想境界:若干年后,人类将不再惧怕地震。当地震来临时,所有的房子都像停泊在水里的船,飘动几下就没事了,地震将会像一场暴雨那样平凡而不可怕。这也许就是周福霖院士这位抗震专家心目中的最大目标。

周福霖院士研究的工程结构减震控制主要有三大创新技术:

隔震:是指在结构物底部与基础面之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。通俗地说,就是在建筑物下面做一个柔软层,地震来临时能起到以柔克刚的效果,由传统的“硬抗”转成了“软抗”。除了建成汕头第一幢隔震建筑外,1994年在云南大理市建成第二幢隔震建筑,并在1995年10月24日云南武定6.5级地震中经受了考验。到目前为止,这种隔震、减震技术在国内的广东、北京、云南、陕西、山西、新疆等16个省、市、自治区得以大力推广应用。他主持完成了600多个项目的隔震设计任务,为构筑适合我国国情的“多层房屋隔震技术”理论和应用体系奠定了基础。

消能:地震发生时地面震动引起建筑物震动反应,地面地震的能量向建筑物输入,建筑物必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。消能减震体系就是把建筑物的某些非承重部份(如支撑、剪力墙等)设计成消能杆件,或在建筑物的某部位装设消能装置。在地震来临时,80%的能量会被消耗,不会损坏建筑物,这种消能减震技术适用于高层结构。1979年,周福霖在洛阳主持建成了全国第一个消能厂房。

控制(主动控制和被动控制):利用外部能源,在结构物受振动过程中,瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性,以迅速衰减和控制结构震动反应的一种减震技术。世界最高的广州新电视塔应用了此项新技术。

 

 

责任编辑: Ryan
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