中国是多地震国家，也是世界上蒙受地震灾害损失极为深重的国家之一。在地震精确预测仍是世界难题的情况下，有没有方法可以减少地震造成的生命和财产损失呢？近日，一种在网上被称为“抗震神器”的设备似乎给人们带来了希望。实际上，它是在我国航天技术加快军转民的背景下，中国航天科技集团公司四院41所研发的减隔震产品。

　　灵感来自火箭发动机

　　2013年4月20日，四川省雅安市芦山县发生7.0级地震，震源深度13公里，震中芦山县龙门乡99%以上房屋垮塌，重庆及陕西宝鸡、汉中、安康等地均有较强震感。

　　在西安，吴新华密切关注相关新闻，其中之一引起了他的注意：由澳门援建的芦山县医院在强震中“毫发未损”，网友称其“楼坚强”，因为这栋建筑物采用了一种隔震垫。

　　吴新华是中国航天科技集团四院41所返聘的老专家，他突然意识到，航天科技或许也能用于防震减灾。第二天，吴新华就找领导提出一个想法：能否依托火箭发动机喷管柔性摆动技术，研发减隔震产品，以减少地震波对建筑物的影响。

　　火箭发动机专家解释说，传统的抗震技术是把建筑物上部结构与地基牢固连接，实质就是用更粗的钢筋、更多的混凝土浇注，把房子盖得更结实。“减隔震产品”则是在建筑的上部结构与地基之间增加隔震层，通过安装橡胶隔震支座使建筑主体与地面实现“软连接”。

　　隔震支座的工作原理与火箭的柔性喷管很接近——要有足够的支撑力扛起上面的建筑，又要在抗拉力上具备弹性，不至于被拉断。理论上，这种技术能把80%左右的地震能量隔离，减少地震对建筑的破坏。

　　经过两年多的研制，41所利用固体火箭发动机喷管柔性摆动技术和工艺，研制出一种叠层橡胶隔震支座。它由一层钢板、一层橡胶，层层交错叠合起来，并采用特殊工艺将橡胶与钢板粘结在一起。这样的结构，具有大的竖向刚度和竖向承载力，足以支撑建筑的重量，又具有很小的水平刚度和足够大的水平变形能力，可以把建筑物的水平振动周期延长2-3秒，避免同频共振。此外，隔震支座还具备恰当的阻尼和弹性复位功能，兼具耐久性和抗疲劳性能，适用于桥梁和房屋建筑。

　　“我们的产品已通过华中科技大学的型检。”设计师裴少帅介绍说，“隔震支座水平极限剪切应变可达450%，大于国标要求。使用年限超过60年，达到日本同行的水平。”

　　抗震不只靠“神器”

　　41所的减隔震产品经央视报道后，“抗震神器”的名头很快就在互联网上传开。但裴少帅表示，这种产品并非中国首创。

　　日本是地震多发国，全球20%以上的地震都发生在该国。因此，建筑结构的抗震性在日本很早就受到了重视，此类防震结构在功能上又分为抗震、减震、隔震三种。裴少帅说，目前在网上被津津乐道的“抗震神器”其实属于减震、隔震范畴。

　　地震能量经过地基传输到建筑上部结构，使建筑结构发生振动和变形，一旦受力超过结构强度，便会导致建筑损坏甚至倒塌。减震结构通过在建筑物内设置阻尼器来抑制震动，可以减轻柱、梁等主要结构的损伤。隔震结构则在建筑物的地基部位或中间层设置隔震层，隔震层的竖向承载力大，但水平方向柔软，它不用改变原建筑的设计方案，就能抑制地震引起的横向震动，并使建筑物的晃动频率放缓。技术人员介绍说，“采不采用隔震结构，地震反应相差4到8倍。”

　　隔震技术在国外发展较快，已广泛应用于大型公共建筑和军事建筑。特别是新西兰、日本和美国，其技术研究开展较早，实践经验丰富，生产能力也较强。日本“三井之家”技术中心给出的数据是：目前在日本新建的60米以上高层建筑中，90%都采用了隔震、减震部件。在新建的两三层普通民居中，也有近半采用隔震、减震部件。此外，还有一些既有建筑也加装了此类部件。

　　中国建筑研究院注册结构工程师王玮在一篇论文中介绍，日本三井不动产公司在东京都杉并区兼作的一座93米公寓中，使用了积层橡胶隔震装置。在发生6级以上地震时，能使建筑物的受力减少一半。

　　不断完善的建筑法律也是必不可少的。“日本每次发生大地震后，国土交通省都会对建筑抗震进行调查，根据调查结果提出对《建筑基准法》的修改意见。”上海世博会日本产业馆建筑制作人寺崎由起曾表示，日本建筑师在设计建筑时，会严格依照《建筑基准法》的抗震要求，且这部法律几年就会修订一次。

　　发展中的减隔震设备

　　在研制出建筑用橡胶隔震支座、减震阻尼器等产品后，41所又先后研制出适用于大型设备或仪器的减隔震产品。裴少帅在前期调研时发现，国内企业此前也有类似原理的产品，但没有完全掌握设计大尺寸产品的技术，产品合格率也不高，影响了这些产品的推广应用。

　　航天四院41所有丰富的航天产品研发技术储备。几年来，研发团队的设计师都是“兼职”状态，一手负责航天产品的设计工作，一手研发减隔震产品。他们先是通过自身的研制、生产能力，确保设计和工艺达到国外标准。待条件逐渐成熟后，为解决自身生产能力不足的问题，从2016年开始寻找民企进行合作。

　　为了找到合适的生产伙伴，他们跑遍了衡水、株洲、西安等地的相关企业，最远还去过云南。然而，很多企业对他们提出的生产标准直摇头，要么做不到，要么认为不划算。

　　起初找到一家业内信誉度很高的企业，前期合作比较顺利。但在建筑用叠层橡胶隔震支座中，橡胶和钢板要粘结起来，检验时却发现，钢板在加压硫化环境下变形非常大，钢板的不平度超过了41所提出的标准两倍。原来，这家企业在生产过程中节省了一道热处理工序，钢板没有释放应力。“如果在常温环境下检测是没问题的，生产者就认为那道工序没有必要，也耗费成本。”

　　寻遍大半个中国后，最终还是在西安找到一家民企并顺利达成合作。裴少帅认为，产品设计理念都是国外现成的，国内产品水平不高主要还是因为工程应用能力相当较差，而航天企业在这方面会强一些。

　　隔震支座的设计寿命是60-70年，这个结果是以材料在恶劣自然环境下加速老化为前提计算出来的。但实际上，41所在超强抗老化高性能橡胶、高强度粘接剂等方面做了深入研究，对产品材料外表面做了防老化、霉变、腐蚀的处理，所以一般情况下，正常使用寿命应该能大于设计寿命。“这和卫星经常能超期服役是一个道理。”

　　摘自《中国新闻周刊》2017年36期