1985年9月19日墨西哥城的地震使七千人丧生,摧毁了400多栋楼房、破坏了数百幢建筑。灾难震撼了全世界的大城市,第一次考验了被广泛应用在城市建筑业的建筑技术。墨西哥城的惨剧迫使建筑学家、工程师和城市规划人员必须重新研究城市的地质结构状况、结构设计、形体布置、施工技术和城市规划。
地质结构:墨西哥城被原先的火山区所包围,其海拔高度2220米,顾斜坡奔流的雨水贮存在一层层砾石、沙子及粘土之间。从前,这里是块盆地,部分被湖泊侵吞。后来湖水被西班牙人排了出去,露出许多陆地,于是人们就在这些陆地上搞建筑。拥有1800万人的该城的大部分建筑都在古老湖床周围的高地上,且市中心的许多部分建筑在距地下基岩以上1.5英里的高含水的沉积层上。
距该城西部约300英里的太平洋里有一个称为cocos板块,它的一部分延伸到墨西哥城陆地下面,它每年平均移动3英寸。地壳的移动势必在不动的板块上建立起压力。19日上午7时17分破裂开始,震中大约离巴尔萨斯河30英里处,26秒钟后大约在南部60英里处又发生了第二次破裂。cocos板块突然倾斜3 ~ 6英尺。从而使这次地震成为历史上最强烈的地震之一。当这板块释放出更多能量时,随后又发生了多次较小的震动。
令人醒目的是,在古老湖床周围的山丘上几乎没有破坏。这里的居民们感觉到的地震是种缓慢而有节奏的振动而非上下左右急促地移动。
结构设计和形体布置:工程师们发现,那些不对称的建筑,例如三角形或T字形的建筑在地震中倒塌的可能性更大;在楼宇的较低层的敞开空间,例如下部具有汽车库的旅馆或办公楼以及位于街角上具有高耸长廊的建筑特别令人担心。当震动继续时,长廊地区的圆柱就要破坏,建筑物的上部层楼,由于柔性差,就概括的说,讨论板时,应该考虑到上地幔的构造和物质。另外,视为定论的“地幔=橄榄岩=橄榄石说”,说是定论证据不充足。从以往证据可以说,认为增加了对较低层的应力。震颤也给建筑物以较小的扭曲运动,这进一步使较低层的柱子的支撑能力减弱。
事实表明,水泥柱不能与水泥地板结合在一起。因为不停的振动使柱子猛烈摇击它所支撑的地板,于是在地震破坏区一种常见现象就是,水泥柱子毁坏的建筑像一迭纸牌一样,使上层楼板压在下层楼板上。
墨西哥地震中最惊人的发现是:5 ~ 20层中等高度的建筑受到倾斜的加速度几乎为墨西哥以往所经历的任何情况的6倍多。这个数值接近重力加速度G的值。
地震波与共振:地震将频率广泛变化的波传播出去。有些波的频率百分之几秒、有些是1/10秒、有的则较长。当各种波从震中在2分钟后到达墨西哥城时,高频波已被岩层滤掉,传播来的是高强度的周期为2秒的波。任何物体都有其自然振动频率,建筑物及不同的地质层亦如此。当地震波的频率与建筑物的固有振动频率相同或成倍数关系时,就发生强烈的共振,从而使建筑物遭到破坏。现代高5 ~ 20层的建筑通常具有2秒的振动频率。所以墨西哥城中倒坍的多半是这种类型高度的建筑。
而位于该城地震中心区的建于本世纪五十年代的37层高的拉丁美洲塔在这次地震中安然无恙。它的固有振动频率为3.7秒。
墨西哥自治大学的Esteva Maraboto及其同事相信,湖床部分的自然振动频率是2秒,所以当墨西哥城中央地带的大地'和许多坐落在其上的建筑物受到地震能量冲击时就发生了共振。
建筑设计要使楼房本身具有振动或扭曲性能,这样在地震中通过建筑结构的振动就能抵消地震的能量。
要减少地震中的损失,就首先注意建筑物的抗震设计问题。一般说来抗震的设计费用随着抗击地震潜在级数的增加成幂数增加。设计一座抗里氏7级地震的费用是设计抗里氏6级地震费用的10倍。
城市规划及施工质量:从墨西哥城地震中暴露出,建筑物彼此距离太近也是造成灾难的重要因素。震动时倒塌的建筑猛烈撞击邻近的建筑,使本来不能破坏的建筑也被连锁般地摧毁;从起支撑作用的水泥柱中发现,由于缺乏足够钢筋而加重了破坏程度。
管理方面的问题:墨西哥城地震中所摧毁的许多建筑物都是政府的,于是人们普遍指责,由于政府官员受贿而使建筑法规被忽视。工程师们已承认了这种可能性。
所以,根据大学里工程师们的建议,政府立即修改了城市的建筑法规;建筑师们所惯用的计算方法也更加严格而精确。
当然,墨西哥城地震的破坏还有诸如震动持续时间长,震波能量大等因素。尽管如此,世界各国的城市建设工程从中会吸取有益的经验教训以防患未来的不测事变。
[编译自《International Herald Tribune》1985年11月7日]