有没有“不倒的传说”？

　　说到地震，现在大家都应该很熟悉了吧？在不算长的时间里面，我们身边就发生了两次大地震，那种山崩地裂、摧枯拉朽的绝对力量，让即使远离震区的人也能感受到强烈的震慑。在大地震中，许多建筑物都难逃倒塌的命运，而那些幸存的建筑物往往会成为人们在震后讨论和研究的焦点。它们为什么能幸存？这些“不倒的传说”是偶然，还是必然？

　　地震其实每天都在发生，是一种稀松平常的自然现象。只不过大部分的地震均较为轻微，不会造成破坏，因此我们无从察觉。近期的两次大地震，让媒体和民众对地震的敏感度都大大提高，关于地震的报道才多了起来。人类对地震的关注由来已久，早在古希腊时期便出现了对于地震的客观论述，许多古希腊哲学家都尝试对地震提出自己的解释。其中，亚里士多德曾提出：“地震是由突然出现的地下风和地下灼热的易燃物体造成的。”而最早的关于地震的记载则是出现在我国的一份地震目录。古人关于地震成因的推断在今天看来有些片面和稚嫩，但这些上古智者敢于认识自然的勇气为后来地震科学的发展奠定了基础。

　　地震按照成因不同可分为构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震和人工地震。其中以构造地震和火山地震最为常见，占到全世界地震发生总数的90%以上。亚里士多德对地震的解释，描述的就是地中海区域发生的火山地震。构造地震是由地下深处岩层错裂、破坏所造成的地震；而火山地震是由于火山作用造成的地震，海底火山喷发造成的地震还时常引起海啸。

　　地震的威力是以地震波的形式传播的。一直以来，科学家们将地震波按传播方式不同分为纵波、横波和面波。其中，纵波和横波是体波，能够在岩层内传播；而面波仅在地表附近传播。纵波是推进波，在地壳中的传播速度为5.5～7千米/秒，最先到达震中，又称P波或初至波。其运动方式与声波类似，当其到达地表时，纵波的一部分可以变成声波传入大气层。纵波使地面发生上下振动。

　　上下运动会使建筑物忽高忽低，但很难破坏建筑物的整体结构，因此破坏性较弱。横波是剪切波，又称S波，在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，所以通常来得比纵波要晚。它使地面发生垂直和水平的震动，能够让地表裂开大口子，顺便撕坏地表上的建筑物，破坏力较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。面波的运动形式较为复杂，只能沿地表传播，是地震中造成建筑物严重破坏的主要因素，在三种地震波中破坏力最强。

　　此外，不论纵波、横波，在传播过程中都会发生反射和折射现象。当地震波传至地表或岩层交界处时，一部分地震波就会被发射，地表几乎是同时受到向上和向下的地震波的影响；所以，在许多地震中，地表附近的震动强度最大，人们能感受到的震动通常更加强烈，地震波的运动情况也更加错综复杂。除了纵波、横波和面波之外，曾有科学家提出过“扭波”的概念，这种地震波能够造成扭转破坏，被认为是建筑物倒塌的元凶。目前，“扭波”究竟是横波和纵波经折射和反射形成的副产物，还是伴随地震产生的原始波动尚没有定论；但扭转破坏的确广泛存在于地震过程中，这一理论还是非常值得Geek们关注的。

　　什么样的房子震不塌？

　　理论是用来为实践服务的。我们了解和研究地震，为的就是把地震带来的损失降到最低。地震除了收割大量生命以外，造成的最严重的后果就是房屋倒塌。以如今的房价，随便一套房都是要耗上自己小半辈子来供的。如果房子就这么倒掉了，那恐怕不是“崩溃”两个字能够概括的。如果房子对你来说很金贵，那就从现在开始祈祷，求上面的人家的房子拥有以下金枪，哦不，是抗震不倒特质吧。

　　关键词1：地基

　　建筑物本身再结实，如果没有好的地基支撑，抗震性能也会大打折扣。我们知道，声波在经过不同的材料时会被反射、放大或者被吸收，地震波也有着同样的特性。当地震波从较硬的基岩传入风化岩层、冲积层、含水土壤到达地表时，其波幅或增或减。由于地震波被放大或减弱的条件错综复杂，建筑物在选择地基时应尽量选择较为稳定、平整的基岩，即最好选择风化岩层、冲积层和含水土壤较浅，基岩靠近地表的位置。一方面，基岩地基较为地质条件稳定；另一方面由于基岩靠近地表，也能够减少基础挖掘深度，方便施工。

　　关键词2：体量

　　一般来讲，在采用相同结构形式、近似材料和相当施工技术的情况下，小体量建筑的抗震性能优于大体量建筑。我们在前面的文章中提到，地震时地震波的运动情况错综复杂，当建筑物占地面积越大时，同一时间其建筑平面内接收到的地震波可能有多股；同时，占地面积越大，地震波通过建筑物的时间也越长，甚至可能出现同一建筑的不同部位受到震动方向和强度各不相同的地震波破坏的情况。建筑物受地震波持续影响自然会大大增加了破坏的可能。此外，在结构形式、材料、施工技术和占地面积相当的条件下，高层建筑的抗震性能弱于多层建筑，相对而言容易倒塌是其最大的弱点。因此高层建筑对于抗震设计的要求也高于多层建筑。

　　关键词3：材料

　　采用的建筑材料会直接影响建筑物的抗震性能。古语有云“过刚易折”，这句话对建筑材料同样适用。目前广泛运用的建筑材料有砖、石、钢材、混凝土以及钢筋混凝土等等。根据之前的描述，地震时起主要破坏作用的是以横波为主的剪切波，以及由纵波、横波混合产生的面波，已知的主要破坏形式为剪切和扭转破坏。因此，在保证强度的情况下，均质性较好且韧性较强的材料抗震性能更加出色。我们可以对比一下我国的古代建筑和欧洲的古代建筑，但凡留存至今的都经历了大小不同的地震洗礼。为什么欧洲存留的古建筑多为残垣断壁，而我国存留的古建筑还有相当部分较为完整呢？原因就在于我国大多采用木材作为主要建筑材料。木材的韧性较好，在受力是能够通过形变来承受一定程度的力，而且我国古建筑上广泛应用的斗拱结构也有着出色的抗震性能；反观欧洲的古代建筑大量采用石材，尽量强度和耐久性较高，但韧性不足，抗剪能力较弱，因此更容易受地震破坏。

　　此外，材料的匀质性也会影响建筑物的抗震性能。通常建筑物材料的连接部位和材料本身的脆弱部分在地震中最易被破坏。相比普通的砖块，混凝土和钢材在匀质性方面就要强得多，一般情况下不会有明显的脆弱部分；而不论粘土制成的砖块还是灰砂砖，由于材料的纯度所限，个体的力学性能会有一定的差距，相对脆弱的个体用在建筑当中便成了一幢建筑的软肋所在了。

　　关键词4：结构

　　我们通常会以建筑物的结构形式作为评判建筑物抗震性能的重要标准，而建筑物的结构形式和布局方式对其抗震性能的影响的确不可小视。我们先来讨论一下布局方式对建筑物抗震性能的影响吧。上期我们已经告诉过大家了，目前较为常见的建筑物布局方式有点式和板式两种，通常点式布局的建筑抗震性能比板式布局的建筑强。这是因为地震波通常是不规则、无规律的，所以通常地震波与板式布局的建筑有三种空间关系。如果地震波与建筑交叉，这个就要看人品了，但杯具的可能性还不太大。如果地震波恰好板式布局的建筑垂直，那么就杯具了，板式布局的建筑就很像一堵墙，容易倒塌。如果地震波方向与建筑平行，那么通过建筑物的时间就相对较长，甚至可能出现建筑物的长度超过波长的情况，使得建筑物在地震过程中受力情况更加复杂。而塔式布局的建筑长宽通常比板式布局的建筑小，建筑平面较为方正，在其它条件相同的情况下抗震性能比板式布局的建筑更好。

　　关于结构的补充说明

　　建筑物的结构形式对于其抗震性能有着至关重要的。经过两次地震的洗礼和媒体的狂轰滥炸，肯定不少读者都具备了“采用框架结构的建筑强度高，抗震性能好”的传统认知。然而事实是否如此，看过以下这部分的介绍，大家自己就能琢磨出来。

　　目前我们能够在民用建筑上见到的结构形式主要有砖混结构、框架结构、框架-剪力墙结构和钢结构。砖混结构是一种存在已久的结构形式。砖混结构中的“砖”泛指各类建筑工程中使用的砖，例如标准砖、异型砖、空心砖等等；“混”则指预置钢筋混凝土配件，在砖混结构的房屋当中楼板、过梁、楼梯、阳台卫、生间等部位会采用预制钢筋混凝土配件。这些配件与砖柱、承重砖墙相结合，所以称为砖混结构。这一结构形式一般应用于多层或者跨度不大的建筑。由于砖混结构建筑主体为砖，通过砂浆粘结在一起，整个建筑的整体性较差；再加之砖的匀质性不好，每个个体的力学性能差异相对较大，这类建筑理论上容易出现薄弱部分，抗震性能在目前常见的房屋结构当中是最弱的。现在，由于工程技术水平的进步和建筑物体量越来越大，高度越来越高，采用这种结构形式的新建建筑已经十分少见了。

　　框架结构在目前的民用建筑当中运用最为广泛，从住宅建筑到商业建筑，从高档小区到农村自建房，如今框架结构可谓无处不在。与砖混结构相比，其整体性好、强度高、空间分隔灵活，因此在很多人心中留下了结实、安全的印象，甚至误认为它是最安全的结构形式。其实框架结构的建筑是由钢筋混凝土浇筑成的承重梁、柱组成骨架，再用标准砖、空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成的。在框架结构中，墙体主要起围护和分隔的作用，并没有承重功能，而各层之间的连接也主要由梁、柱来完成。由于连接部分的截面面积有限（梁、柱截面），采用框架结构的建筑整体性并不像很多人想象中的那么好，也并非传说中那般坚不可摧。框架结构的优点是空间布局灵活，说到抗震性，其实也就是比砖混结构强点儿有限。

　　框架-剪力墙结构是框架结构和剪力墙结构的有机结合，吸取了两者的优点，在尽量保证空间分隔灵活度的前提下提升了抗震性能。正因为如此，框架-剪力墙结构在现在的高层住宅建筑中应用十分广泛。由于框架结构太过深入人心，有的人将框架-剪力墙结构与框架结构混为一谈，殊不知二者在抗震性能上差距相当大。所谓剪力墙，就是和建筑物的框架结构连成一体的墙壁，比较常见的是钢筋混凝土浇筑而成的。剪力墙增加了连接部分的截面面积，增强各层连接的强度，进而达到增强整幢建筑的整体性，提升其抗震性能的目的。如果你搬进新房不足五年，那你所居住的高层住宅多半就是框架-剪力墙这一结构形式，就结构抗震性能来说，这类建筑是相当安全的。当然了，纯剪力墙结构的抗震性能肯定更好，但这种结构由于空间分隔过于死板，在民用建筑中不那么常见，这里就不详细介绍了。

　　钢结构以钢材为主要结构材料，具有强度高、重量轻的特点。同时，由于钢材质地均匀，匀质性好且具有相当的韧性，可承受较大的变形，能很好地承受动力荷载；因此，钢结构是常见的建筑结构形式中抗震性能最好的。 不过，钢结构建筑的造价相对较高，在住宅建筑中难以见到。这种结构通常应用于一般的超高层建筑（100米以上）或者需要大跨度空间的建筑当中，例如机场候机大厅、火车站候车厅、体育馆、大型厂房等等。

　　后记

　　综上所述，建筑物的抗震性能取决于多方面的因素。地质条件稳定的地基、合适的体量、兼具强度、匀质性和韧性的建筑材料以及合理的结构形式等种种条件有机结合方能筑就最坚固的传奇。当然， 这是最理想的情况。问题在于，这些因素对于我们这些普通人来说，没有一样是咱们能够决定的。开发商修什么，咱们就只能买什么。买得起什么，咱们就只能住什么。所以只要不是自己盖自己的房子，就不能期待开发商能够做到“选址精妙、设计绝伦、用料十足”。人家修房子来是为了赚钱的，不是么？因此，各位G e e k大可不必对自己的房子过于苛求地对号入座，都已经结下半世的缘分，自然要精心呵护，快乐每一天。毕竟在自然之力面前，我们只能尽人事而听天命，不要太过期待那“不倒的传说”。灾难，当然是不来最好。

　　附录1：经典抗震建筑之应县木塔

　　应县木塔是俗称，学名应该叫应县佛宫寺释迦塔。这座建筑位于山西省朔州市应县西北的佛宫寺内，建于辽代清宁二年（公元1056年），金代明昌六年（公元1195年）增修完毕。它是我国现存最高、年代最久远的一座木结构塔式建筑，也是现存唯一一座木结构楼阁式塔。

　　应县木塔全塔高67.3米，塔身共五层六檐，如果加上内部的四层暗层，也可以算作九层。从建成至今，应县木塔已有940多年的历史。

　　最令人惊叹的是它在漫长的历史年代中历经狂风暴雨、地震雷击和战火硝烟仍然屹立不倒。据史书记载，元大德九年四月，大同路发生6.5级地震，有声如雷，波及木塔；元顺帝时，应州地大震七日，塔旁舍宇皆倒塌，唯木塔屹然不动；近代，发生在邢台、唐山、大同、阳高一带的几次大地震均波及应县，震后应县木塔仍巍然屹立。

　　应县木塔之所以能历经千年风霜，最重要的原因在于其杰出的结构设计。一般来说，古建筑常用的建筑平面形态有矩形、单层六角或八角形。应县木塔也不例外，它建在4米高的两层石砌台基上，采用了八角形的平面形态；不同的是，其平面为两个内外相套的八角形，将木塔分为内、外槽两部分。梁柱方面，柱头之间有栏额和普柏枋相连，柱脚之间有地伏等水平构件相连；内、外槽之间有梁、枋相连接。

　　这一系列的连结构件将内、外两层连结成为一个刚性很强的整体，大大增强了木塔的刚性和抗倒伏性能。木塔所有的柱子均由梁、枋连结成一个筒型的框架。塔身底层的内槽和外檐的角柱都采用双柱，与一米厚的土坯墙结合在一起，以防止构架扭曲；并且在转角处增设一柱，既可减小梁枋和柱头斗 交接处的剪力，也增加了构架的稳定性。这样的结构形式与目前超高层建筑中常见的“筒中筒”结构有一定相似之处，纵向连接构件以放射状形态向外部延伸，横向连接构件则将纵向连接构件相互连接在一起；对提升结构的稳定性和抗震性能来说，这是一种相当优化的结构形式。

　　应县木塔全靠斗拱、柱梁镶嵌穿插吻合，不用钉铆，以多种斗拱的垫托接联砌建而成。木材具有一定的韧性，能够消化一定的剪力和扭力，柱间的土墙则弥补了木材在强度上的不足；石砌基础相比夯土基础有着更好的稳定性，能够提供更强的支撑。可以说，应县木塔是一个有生命的建筑，木架构是筋，土墙是血肉；它很巧妙地实践了古人刚柔相济的设计理念和道法自然的哲学情怀。

　　附录2：经典抗震建筑之美洲银行大厦

　　美洲银行大厦位于尼加拉瓜的马拉瓜市。这座61米高，18层的建筑因为在一次强烈地震后“鹤立鸡群”而名扬世界。

　　1972年12月22日夜到23日凌晨，尼加拉瓜首都马拉瓜发生了一次烈度为8度的强烈地震，市中心的511个街区一夜之间化作一堆瓦砾，整个城市超过80%建筑物倒塌，造成5000多人死亡。而在这片废墟之中，美洲银行大厦却纹丝不动、除了一些非关键部位有开裂的现象外，几乎未受到地震的破坏。

　　美洲银行大厦出自华人建筑师林同炎之手，其结构设计的最大特色在于它的框筒结构，创造性地采用了“四筒相连”的钢筋混凝土结构。这样的结构使得建筑物在通常情况下有足够的刚度来承受各种外力的作用；当受到地震、台风等突如其来的强烈外力作用时，建筑物结构中非关键部位的某些次要构件开裂或破坏（在大地震中美洲银行大厦的电梯井联系梁开裂），使建筑物的总体刚度骤然降低，使结构变得有一定的韧性，能够承受更大的变形，消化地震力和风荷载，从而大大减轻了地震和大风带来的破坏。这种设计思想，一改建筑结构设计中一味增强结构刚度的思路，有意弱化部分构件，创造了刚柔相济的结构体系，与中国古建筑结构设计理念不谋而合，而林同炎也因他的这一经典作品饱受赞誉。

　　如今，美洲银行大厦被公认为建筑抗风抗震设计的典范，因为它非常好地兼顾了各种情况下地震和强风对结构的作用。林同炎曾这样说，他希望完成一个在风荷载和规范规定的地震力作用下是刚性的结构体系，但是当地震力非常大时，又可通过控制其部分构件的屈服而使整个结构变得具有相当的延性。在大地震当中，美洲银行大厦的结构构件只有连接井筒的梁的中间部位出现裂缝，主要的室内装饰构件则只是在楼梯间和电梯间的墙面上有几块饰面的大理石板脱落。这样的现象说明，虽然整体结构没有明显的破坏，但是整个建筑承受了相当高的应力。也就是说，在强大的地震剪力和弯矩作用下，建筑物的墙体始终处于弹性状态，混凝土和砂浆这样的脆性材料很容易出现开裂，这也就是梁出现裂缝和大理石饰面板脱落的原因。

　　其实，高层建筑抗风和抗震的要求在结构设计上是有一定矛盾的。抗风需要结构有足够的刚度，抗震却需要结构有一定的韧性。结构刚度大的房屋在应对风荷载作用时是有利的，因为其振动幅度小；结构具有一定韧性的房屋抗震性能好，因为可以消化地震波产生的各种力和共振，防止结构承受过大的应力。

　　自然的力量是无穷无尽的，我们在建筑结构设计时可以考虑抵御常规的自然力，但是在考虑应对极端的自然力时，适应的顺应，以柔克刚、刚柔相济似乎是更正确有效的方案，古今中外莫不如是。