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星洲人

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会员文

发布: 5:01pm 20/09/2025

专家

双峰塔

星期天头条

昔加末地震

抗震高楼

软层建筑

倒塌风险

大马也地震(二) | 马1984年已兴建 双峰塔非首座防震高楼

大马城市地区高楼林立,尤其是首都吉隆坡的摩天大楼名列世界排行榜,我国不再是零地震国家让人民最担心的就是这些高楼,然而很多人不知道,我国多年前兴建的一些高楼也有抗震功能,譬如88层国油的抗震韧性可达10级地震,连接两座塔的天桥在地震时会移动,以减轻建筑物的压力。

双峰塔并非是第一个,早在1984年落成的大地宏图综合大厦(Dayabumi)也有抗震功能,其它具备抗震建设的高楼包括敦拉萨国际贸易中心(TRX)、国会大厦、槟城大桥、槟城第二大桥、国民投资机构大厦(PNB)等。

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双峰塔天桥可移动减压

但双峰塔的抗震技术是具前瞻性的。1998年完工的双峰塔采用减震技术,其中高强度钢筋混凝土核心筒,并不是一般钢结构建造,所以减震能力很强,其地基则是深基础,深达120公尺,稳定性极佳,而连接两座塔的天桥采用耗能阻尼器,允许移动来减轻建筑物的压力。

拉曼大学李光前理工学院土木工程系主任叶俊杰解释:“当地震发生时,双峰塔天桥的阻尼器就会发挥作用,如果建筑B能够耐震,就会把建筑A的力量吸收;如果建筑B震的时候,建筑A也可以把它的力量吸收。由于楼层太高,若其中一幢建筑有风险要倒塌,该幢建筑的人可以透过天桥走过去另一幢建筑。”

默迪卡118大楼采抗震支架系统

至于默迪卡118摩天大楼,则采用更先进的抗震支架系统(Outrigger),将建筑核心与外围立柱相连,并使用高性能建材,能够抵御强风及中等强度震动。

大地宏图大厦

对于一些没有避震装置的早期高楼建筑,叶俊杰建议装置抗震支架,能显著增强结构的稳定性,并减缓地震摇晃的程度。

“默迪卡118摩天大楼及国民投资机构大厦有一个共同点,就是使用抗震支架系统, 不过默迪卡118大楼更强,因为该建筑中心有8个电梯核心墙。”

星期天头条(内页主文):大马早有防震高楼
叶俊杰使用地震模拟震动台测试能够承受9级地震的避震模拟建筑。(张玳维摄)
依国际标准建造
“抗震高楼”建费多三成 

地标性建筑的摩天大楼基本上都是依据国际标准建造的“抗震高楼”,若6级或更强度的地震来袭,这些大楼都能屹立不倒,但这些建筑要比一般高楼多付三成的抗震费用。

抗震系统(避震器)一般上有三种,分别是调谐质量阻尼器(TMD)、黏弹性阻尼器(VED)及基础隔震(Base Isolation),其中阻尼器是美国和台湾最常用的抗震系统,而日本人比较多用基础隔震。

调谐质量阻尼器是通过质量、弹簧及阻尼系统吸收主结构振动能量的机械装置;黏弹性阻尼器是利用黏弹性材料的剪切滞回变形来耗散能量的被动控制装置;基础隔震则是透过在建筑物与地面之间设置隔震装置,以降低地震对结构体造成的冲击,提高建筑物的耐震能力。

马来西亚建筑工业发展局(CIDB)技术与业务发展部高级总经理罗菲兹兰说,抗震建筑一般会考虑“地震荷载”,其特征包括坚固的基础结构、减震系统、具备弹性的建材,以及可让建筑在不失稳的情况下产生轻微位移的现代设计。

抗震力与耗能力概念不同

拉曼大学李光前理工学院土木工程系主任叶俊杰解释,在地震工程中,虽然抗震能力与耗能能力(阻尼)具有相关,但两者是不同的概念,抗震能力是指结构能够安全承受地震作用力,包括足够的强度与延性,而延性让建筑在发生地震时能够弯曲变形而不至于倒塌,从而保障人员安全。

至于阻尼作用,他指是通过装置或系统来吸收、消散地震能量,例如调谐质量阻尼器及黏弹性阻尼器,能减少震动和损伤,提升舒适度和使用性能。

“阻尼器在减少振动、提升舒适度方面非常有效,特别适用于超高层建筑,但总体而言,阻尼器的重要性次于抗震与延性,因为后者是建筑安全的核心要求。”

他说,为了保障基本的安全,大多数建筑物需要确保结构具备足够的抗震能力与延性,而高层或特殊建筑则再通过耗能装置进一步提升性能与舒适度。

须落实基本抗震设计构造

“对于马来西亚而言,现阶段最重要的仍然是落实基本抗震设计与构造,这也是我国现行抗震结构设计规范的核心要求。”

他强调,地震设计的首要重点是抗震能力与延性,确保建筑能够安全承受水平地震力,并在变形时不至于倒塌,这乃是保护生命安全的根本。

谈到抗震系统(避震器)的价格,叶俊杰透露:“装置避震器的费用会增加20至30%,等于一间10万令吉的房屋,成本会增至13万令吉。”

他说,最贵的避震器是基础隔震系统,但效果也是最好的,价格贵多20至30%,抗震支架较低价,仅增加10至15%。

“仅仅知道地震的震级是不够的,更重要的是要理解当地地表的震动表现,例如软土层会放大震动,而岩石地层则可能削弱震动。通过仔细绘制这些图,我们就能辨别哪些地区风险更高,以及哪些建筑物最需要优先关注。”

星期天头条(内页主文):大马早有防震高楼
电梯核心墙是指包围电梯的四面墙,属于很坚固的墙壁,乃是耐震的建筑体。(designingbuildings.co.uk图)

叶俊杰:耐震抗风差
高 

对于许多建筑喜欢使用“软层建筑”及石膏墙,表达了担忧。

“地震发生时最恐怖的一种建筑模式,就是地震荷载会从建筑底层沿着上,然后再沿着下来,当抵达中间的软层建筑时,就会在这里‘坏掉’。”

叶俊杰提醒发展商不要继续在高楼设“软层建筑”,否则中度至重度地震来袭时,会造成比一般高楼建筑更严重的破坏程度,甚至有倒塌的风险。

“软层建筑”是一种多层式建筑,其特点是其中一层或多层有窗户、宽敞的大门、无障碍商业空间或其他出入口,包括底层。这种建筑概念近年来深受国内发展商的欢迎,因为外观看起来美观,基座的建筑模式打造广阔的空间,方便举办活动、盛宴或派对,例如在4公尺高的底层停车场上层,又建设一座8公尺高的基座。

由于外观美感的需求,这种建筑的建材支撑力度弱,如果墙体则是木框架及批灰外墙,柱梁也略细,或比一般楼层高或长,而上下层则是一般的砖块建设,就会形成“中层软、上下层硬”,或者“上层硬,底层软”的反常比例。

他说,若发生6级地震,尽管损坏属于轻微,但拥有软层建筑的高楼会造成比一般高楼更严重的破坏,若是7级或以上地震,则会殃及建筑的主干即柱梁,混凝土的裂开和破碎程度更为严重。

“已经完成的建筑,内部还有墙面支撑,没有那么容易倒塌,但未完工的建筑就有倒塌风险。”

美国纽约水牛城大学的米歇尔布鲁诺教授在著作《灾难的祝福》中,提及“软层建筑”在地震发生时不堪一击。(米歇尔布鲁诺linkedin图)
剪力墙防风耐震

叶俊杰也说,耐震的建材如“剪力墙”,主要功能是防风,亦有耐震功能,但也会增加建筑成本,一般商业高楼基于商业利益而会建设剪力墙,但发展商未必会在高楼住宅花这笔额外开销,低楼住宅更不可能会有此建设。

剪力墙也称为耐震壁、抗风墙,是一种用于建筑物以抵抗地震或风力的结构墙。一般上建在高楼建筑的四个角,由于其劲度很大,能够吸收地震能量,减少建筑物的损坏,因此在建筑耐震设计中扮演重要角色。

“由于柱子里加入更多且更密的钢筋,加强横向载荷,所以建筑的厚度会增加。好的发展商或绘测师设计的高楼住宅会添加剪力墙或电梯核心墙,这些住宅就相对安全。”

“有剪力墙和电梯核心墙保护的高楼建筑,5至6级地震一般上只是造成墙裂或门窗破损,但不会损及柱梁。”

然而,一幢建筑无论高楼或低楼,若设有“软层建筑”,又没有剪力墙及电梯核心墙,则属于“地震高危楼”。叶俊杰说:“最终是会倒塌的,但开始是先损坏,建筑倾斜不稳定,其风险会比一般楼宇更大,所以绘测师要有智慧,尽管这种趋势可以吸引买家,在没有地震的国家是没问题的,但大马现在有地震了。”

砖墙具减震作用

如果高楼建筑没有剪力墙及电梯核心墙,是否完全无法耐震,尤其是2010年以前的高楼建筑?叶俊杰表示,至少一般5至10楼的旧式公寓都砌砖墙。砖墙还具有减震的作用,虽然不及剪力墙100%耐震,但至少还有一半的功力。

叶俊杰更担心的是近10年以来,发展商为节少成本及追求建材轻量化而不使用砖墙,改用石膏墙或轻质墙建造现代化公寓,这种建材完全没有耐震的能力,当6级地震发生,就可能直接伤害柱樑,而且从原本的轻度损伤直接进化至中度损坏。

他说,就算地震没有导致建筑物倒塌或人命伤亡,但公寓住户恐怕需要承担更多的额外费用或管理费,来修复损坏的结构。

他提醒,建筑的柱子受破坏长期不修很危险,因为柱子会失去承重力,当移动沉重的家具或比较重的物品时,底板可能会破裂,使到整个楼层下陷。

木屋回弹力大

发生地震时,但看似最脆弱的建筑却可以安然无恙的,竟然是木屋。

叶俊杰解释,木屋回弹力大,柔韧性强,可以自然地散发力量,当地震频率大,木质结构会部分回弹力和震动中和,使破坏力减小。美国人的住宅一般都是木屋,晚上发生6级地震,早上睡醒才发现,“才6级啊?没啥感觉。”

阿兹兰:筛查重要建筑
“找出薄弱环节及时加固”

马来西亚工艺大学地震学及地震工程研究组首席研究员阿兹兰阿德南表示,政府的首要任务是对重要的建筑物进行快速筛查,找出薄弱环节,及时加固。

他说,医院和学校面对的地震风险不容忽视,“这类建筑被归类为重要设施,一旦出现问题后果不堪设想,例如校舍在上课期间倒塌,会是巨大的伤亡。”

优先评估“软层建筑”

他对于许多建筑喜欢使用“软层建筑”及石膏墙同样表达担忧,并认为已经存在“软层建筑”的建筑物,政府应该列为优先评估与加固改造的目标。

他说,当地震发生时,地面的开放层会承担大部分侧向变形,远大于上部楼层,这往往就是倒塌的起点;即便是中等强度的地震,也可能对这种薄弱的楼层造成严重破坏。

他表示,解决方法是通过合理设计,例如加强底层柱子、增加剪力墙、提高底层刚度。

阿兹兰阿德南指出,石膏墙的重量轻,对建筑本身的重力负担小,但缺点是抗震强度有限,几乎不能提供有效的侧向抗力。

“相比之下,传统的砖墙虽然笨重,却能提供一定的抗侧力。若发展商将砖墙替换成石膏墙,而主体结构如框架、柱子等又没有相应加强,就会导致整栋楼的抗震性能不足。”

他也说,石膏墙的吊顶或固定装置在震动中容易脱落,存在严重的坠落危险,所以工程师不会依赖石膏墙作为抗震构件,主体结构必须独立设计承载,而石膏墙等非结构构件也必须加固固定,以避免掉落伤人。

新项目需严格执行抗震规范

对于新建项目则需要严格执行抗震规范,例如欧洲标准的抗震结构设计规范,并在必要时借鉴日本或美国的经验。

他强调,即使是一些简单的措施,也能显著降低地震的风险,如加固非结构性部件、固定天花板和水槽、强化梁柱节点。

“我们必须立即采取行动,只有未雨绸缪,今天做好防范,才能在未来最大程度地减少风险,避免悲剧的发生。”

阿兹兰阿德南表示,马来西亚工艺大学的微区划研究之核心是深入了解本地的地质条件,从而掌握地震对关键资产可能造成的影响,所以研究重点是国内的关键基础设施,如输电塔、大水坝和隧道,这些设施一旦失效会引发连锁反应,危及电力供应、水资源安全和交通运输安全。

警员哈密兹指着警察宿舍的柱子,相信柱子因地震而受损。

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