【马来西亚建筑的防震未来】上篇

报道|陈绛雪

摄影|黄亮晖/部分图片取自本报资料室

专家不止一次警告，得天独厚的马来西亚早已不再是“零地震”国家，近年多次受到余震影响的半岛西海岸地区，东马沙巴自2021年以来更有多达10次的地震纪录！

防震建筑，不再是可有可无的事。原来，雪隆和主要城市地区的高架天桥和槟城大桥，都有装置防震技术。所谓“防震/抗震建筑”（Earthquake Proof-Building）即是指在抗震设防烈度为6级和以上的地区，必须有抗震设计的建筑。

防震抗震建筑主要有3种结构——抗震结构、减震结构、隔震（避震）结构。

在普罗大众的认知里，“防震、抗震、避震、减震”都是同一概念。

避震和防震不同

拉曼大学李光前理工学院土木工程系主任叶俊杰助理教授一开始就先厘清：“避震和防震是两种不同的结构设计，从建材、结构到保护方式都各具特点，根据建筑所处地理环境和所需功能选择合适的结构形式至关重要；有避震和防震设计的建筑，其安全性也不可同日而语。”

★抗震结构（Earthquake Resistance）

在建筑主体上的抗震伸臂体系或抗震支架（Outrigger System），即柱子、房梁、墙体的强度和硬度来抵御地震。因地震能量会直接传递到建筑，引起建筑大幅度摇晃，地震规模也会造成不同程度的破坏。小型住宅到高层建筑广泛采用抗震结构形式。

★减震结构（Earthquake Shock Absorption）

通过在建筑内设置减震构件（阻尼器 damper）吸收地震能量，减少传递到主体框架的地震能量，从而降低地震对建筑的损坏程度。地震后通常不需要更换阻尼装置，若有受损只需根据情况和程度修理或更换，恢复到地震前的状态。阻尼装置的减震效果可在地震时抑制建筑的震动与变形，同时也可抵御强风引起的楼体晃动。

阻尼装置形状多样，可按建筑需求选择，比如小型建筑多使用撑杆式装置，还有用于摩天大楼（比如日本东京晴空塔）的筋混凝土（Precast Concrete，PC）结构的中央支柱。

★隔震/避震结构（Earthquake Isolation）

利用隔离装置将建筑与地基隔离，利用阻尼装置吸收地震能量，减轻建筑受到地震的破坏。简单来说就是在建筑基层装置“避震台”（base isolator），相比抗震和减震结构，能更好低抑制建筑的震动和变形，减缓建筑的摇晃程度，减少家具和固定装置等物件跌落和损坏，从而保护建筑在地震后的功能，近年广泛应用于大规模建筑设计中。

此外，建筑层数越高，避震结构成本也会跟着降低，既能实现较高的抗震等级，建筑规划设计也不会面对高度限制的问题。

国油双峰塔抗震韧性10级

叶俊杰指出，国油双峰塔（Petronas Twin Tower）或可说是大马最早具有抗震设计的摩天大楼建筑，采用的正是隔震/减震技术，抗震韧性可达10级。

“KLCC和后来采用其他防震技术的新建筑，尤其是摩天大楼，一旦发生余震或地震，这些建筑比大部分建筑更为安全。”

他解释，避震台（Base Isolator）是一种橡胶及铁片等复合材料制造的避震装置，当地震发生时，建筑基底的隔震层移动/变形，消耗和缓冲地震时的震动和建筑晃动，不论地震在哪一个方向，都能保护建筑和其中的人。

“每5年必须定期检查避震台的情况是否完好，比如橡胶材质是否硬化。”

高架天桥槟威大桥有防震

他说，雪隆和主要城市地区纵横交错的高架天桥和槟威大桥这些桥梁基建，其实都有装置天然橡胶轴防震技术（Elastomeric Bearing Pad）。

“这是一种类似于避震器的防震装置，但不完全是建筑避震器，没有铁柱芯，它可承受一定的荷载，若这个材质出现问题就无法发挥避震功能。所以工程部每5年会检查一次，因我国环境炎热且潮湿，塑胶容易变质。”

天然橡胶轴防震技术

据了解，大马橡胶局从1976年开始研究、1985年正式推介的这项“天然橡胶轴”防震技术，耐震度预测可达7.5级，至今全球已有2万多座大型建筑和基建使用这项技术，而我国则由英国引进，本地专才开发，而沙巴拿笃的3层式大马棕油局（MPOB）建筑是在2000年第一座使用这项防震技术的建筑物。

他进一步指出，早期的建筑没有避震装置，尤其是一些重要的高楼建筑和设施，后期可装置抗震支架（Outrigger）。

防震铁架系统护118大楼

“118摩天楼所用防震系统就是这种装置在建筑外部的防震铁架系统。一旦地震，这个防震系统会吸收地震能量，抵消对内部建筑的破坏，而之后只要更换或修复损坏的铁架系统即可，成本也低于其他隔震和抗震结构，铁质材料亦可循环使用。”

叶俊杰说，阻尼器（Damper）是美国和台湾最常用的减震系统，用于尚未装置避震器的建筑，可吸收地震能量，通常装置在建筑周边的柱子空间。

抗震建材“钢筋混凝土”

此次的台湾强震中，台北101摩天楼毫发无伤，关键就在于抗震建材“钢筋混凝土”，而外行人看不出门道的金色钢球其实是一个重达600吨的“调谐质量阻尼器”（亦称谐波吸收器），可抵消大部分的剧烈晃动，有助消散潜在的灾难性能量。

同时，整座大楼的钢筋混凝土的抗压强度与钢材的抗拉强度相结合，也使建筑物具有足够的灵活性和足够的刚性，可抵御震晃、强风和台风。

建筑基层是防震关键

万丈高楼平地起，地震（地面震动）冲击影响的也是建筑底层，因此，防震装置的关键就在于建筑基层。建筑底盘的防震系统耐震力越高，上层结构受损几率和程度也会越小。

叶俊杰解释，建筑楼层数越高，若没有避震器等防震和抗震系统，当受到横向载荷（lateral load）冲击，底层必定不堪负荷。

低层建筑能承受5级

目前的建筑防震系统没有建筑高度限制。至于防震建材，主要有木、铁和钢筋混凝，不同材料有不同韧性与作用，而耐震度取决于材料与韧性。

他说，亚洲及全球多数地震风险国家多采用钢筋混凝土（RC），欧洲国家和美国则采用韧性度及耐震度较高的铁质或木质材料，而钢筋混凝土的韧性度低和耐震度较低。

“地震有两种震波，一种是P波（P-waves），即‘地震’而非‘摇’，钢筋混凝土材质坚硬，极易震碎，当第二震波来到，也就是‘地动’时，建筑就会摇晃导致倾斜而坍塌。所以，建筑材料是至关重要的防震元素。”

他透露，我国现有的普通低层建筑可承受5级至6级以下的地震（5级可能出现裂痕，6级可能局部损坏），政府建筑可达6级至7级， 8级以上完全倒塌，只有摩天大楼这类重要且高危的建筑的耐震度可达10级，包括KLCC、敦拉萨国际贸易中心（TRX）和默迪卡118摩天楼。

国会大厦抗震7级

据了解，国会大厦、槟城大桥、第二大桥抗震力可达7级，而吉隆坡塔则是有一定程度的防震设计的早期摩天楼建筑。

没有防震结构的建筑，遭遇5级地震就会出现裂痕，6级地震足以导致局部结构倒塌，而我国的早期建筑，甚至只能抵御4.6级地震。

我国现有的低度建筑，比如双层排屋和5层及4层以下的建筑，一旦发生地震，建筑会出现裂痕，不似台湾此次地震导致建筑倾斜、底楼“消失”的情况。

他补充，目前我国较着重于阻尼器减震系统，以用于此前未有防震建筑的重要建筑，而一座建筑需要采用避震、抗震或减震系统，则视建筑所需。

大马人防震意识低

在马来西亚，东马沙巴早在1976年就有6.2级的地震记录，近年地震频率有增加的迹象，而西马半岛虽然不处于地震带，也未有大地震这类天灾，但半岛西海岸地区多次受到余震影响，一些人也开始担心和关心建筑防震问题。

不过，大部分人的防震意识至今始终偏低，意识不到防震建筑的重要性和实用性，建筑工程设计师对防震建筑设计也缺乏知识和专业。这是土木工程和地质学专家最大的忧虑和呼吁。

叶俊杰说：“板块一直是移动状态，每年会移动2公分，所以50年前的沙巴没有地震，但如今已靠近苏门答腊地震断层，而沙巴神山过去曾是活火山，不代表未来不会‘苏醒’。”

“暗藏”不同防震设计

我国早在1993年兴建国油双峰塔时就已未雨绸缪，成为国内最早具备避震设计功能的摩天建筑，而当时设计师采用的是日本的基础隔震/避震技术（base isolator）。

时至今日，我国其他新建筑甚至高架天桥其实都“暗藏”不同的防震设计，比如2023年11月启用的敦拉萨国际贸易中心同样采用基础隔震、最新的马来西亚国民投资机构（PNB）、默迪卡118摩天楼则采用新型消能伸臂体系（Outrigger）；槟城第二大桥、新柔第二通道、巴生谷地区纵横交错的高速大道高架天桥，其实也都有天然橡胶轴（Elastomeric Bearing Pad）抗震消震设计。

不包括旧建筑与学校

自2017年之后，政府也规定所有的政府建筑和基础设必须符合防震标准，比如政府大楼、医院、消拯局，但不包括此前的旧建筑以及学校建筑。

“这也是令人担心的一点。根据记录，地震多数发生在日间，少见于夜间，而学校也属于关键建筑。”

他补充：“新的政府建筑除了有防震系统，内部也有类似于防空洞的安全屋（防灾屋），在地震或其他天灾发生时可避入其中。”