在加济安泰普（Gaziantep）——这座以其拜占庭古迹和城堡闻名的土耳其城市——破碎的门框、碎裂的窗户和混凝土柱子的废墟中，社交媒体用户分享了一张特别的建筑照片，这座建筑在上个月屹立不倒。在社交媒体上流传的幸存建筑是一座坚固的办公楼，尽管经历了两次里氏7.8级和7.7级的连续地震，但它甚至连玻璃都没有破碎。
该建筑由土耳其工程师和建筑师协会联盟设计，该协会多年来一直警告国家政府和地方官员，地震不会杀死人，但劣质建筑才会。他们的警告被证明是先见之明。2月6日的地震及其余震导致土耳其和叙利亚超过16万座建筑倒塌或严重受损。其中许多建筑是公寓，大部分人口居住在那里，导致超过4万人死亡。
一些建筑被摧毁而另一些建筑却屹立不倒，这引起了人们对两国抗震建筑和建筑规范重要性的关注。《大众科学》采访了研究建筑如何抵御地震的结构工程师，以了解哪些设计更能挽救生命。
如何设计抗震建筑
马萨诸塞州东北大学工程学教授 Mehrdad Sasani 表示，建造抗震建筑最重要的因素是使其既坚固又具有变形性，这意味着它既结实，又能随地面弯曲和摇摆而不倒塌。他研究的是建筑的抗震性建模。
从细节上讲，这意味着由混凝土、石头、砖块和类似材料建造的建筑需要钢筋来增强其强度。为了使建筑具有变形性，工程师需要仔细设计和建造建筑的梁和柱，并以特定方式放置钢筋。这种策略被称为抗震细节设计，它侧重于建筑在强烈震动中受影响较大的区域。金属杆有多个接头，有助于稳定柱子，同时也允许它们摇摆并吸收压力。在完工的建筑中，金属杆隐藏在柱子和梁的内部，通常在公寓墙壁后面。
然而，在工程师建造柱子并添加稳定器之前，他们必须考虑许多因素，包括建筑物本身下方的地面。他们根据地面摇晃的剧烈程度来设计建筑，而不是根据震级或里氏震级来设计。“地面摇晃得越剧烈，造成的破坏就越大。这与震级没有直接关系，但震级肯定会影响它，”Sasani说。
“关键在于，当地面开始摇晃时，建筑物就会开始移动。如果这种移动超出了建筑物的承受能力，它们就可能倒塌。而这种摇晃就是我们设计要考虑的。”
建筑规范如何拯救生命
工程设计只是让住宅在地震中更安全的一半挑战。加济安泰普地震如此致命的一个主要原因是，一些开发商没有遵守土耳其的建筑规范，而 Sasani 认为这些规范是足够的。BBC 审查的三栋于2019年完工的公寓楼，据推测符合土耳其规范，但在灾难中仍然倒塌了。据土耳其工程师协会伊斯坦布尔分会负责人Pelin Pınar Giritlioğlu称，南部土耳其多达7.5万座建筑获得了建筑特赦，房主可以支付一笔费用来免除建筑违规的处罚。
“我们无法设计出‘防震’的建筑。我们只能使其‘抗震’。即使您遵守了标准和规范，也总有失败和倒塌的可能性，但这种可能性是很小的，”Sasani说。“如果建筑物是根据规范设计的，会有一些会倒塌吗？是的。但会有这么多（建筑物）在土耳其和叙利亚倒塌吗？答案是否定的。”
叙利亚早在1995年就在其建筑规范中加入了抗震措施，并于2013年进行了更新。但正如贝鲁特美国大学工程学教授、前贝鲁特市长Bilal Hamad所说，该国正处于长达12年的内战之中，阿萨德政权的轰炸可能使建筑物更容易在地震中倒塌。作为比较，他的某些学生研究了2020年贝鲁特港爆炸——港口存放多年的大量硝酸铵突然燃烧——与地震的威力相比。
“炮击会对建筑物施加爆炸。这是能量，”Hamad说。“他们发现了相似之处，因为（化学）爆炸几乎就像地震一样。它甚至更糟，因为地震的能量爆炸发生在地下。它被土壤吸收了。但（化学）爆炸是在地面以上，没有任何东西能吸收它。”
资源匮乏国家的出路
在规划抗震措施时，工程师考虑两种类型的建筑：旧建筑和新建筑。当今“旧”建筑的定义是，在其建造之前，工程师尚未将抗震科学应用于最常用的建筑规则。Sasani说，在美国，大多数由地方确定的规范在20世纪70年代根据有关地震力和建筑技术的现代研究进行了更新。在此之前建造的任何东西都被视为旧建筑。
Sasani说，大多数国家都使用美国的建筑规范，但规则需要一些时间才能跨越陆地和海洋传播，这意味着它们实际采用规范的日期可能远晚于20世纪70年代。例如，Hamad说，黎巴嫩直到2005年才要求任何建筑具有抗震安全。直到7年后，也就是2012年，政府才要求建筑商聘请技术办公室来确保建筑符合规范。地震发生后，土耳其总统声称，98%的倒塌建筑是1999年之前建造的，尽管专家们对这一统计数据表示怀疑，称其被用来转移对其建筑特赦政策的指责。
因此，根据Sasani的说法，旧建筑很可能需要翻新，尤其是如果它们涉及砖石结构，并且由砖、石或其他类似材料建造。他表示，砖块等材料由砂浆连接，这使得它们更容易受到地震的影响。砖石结构在发展中国家更为普遍，那里的建筑更老，而美国有更多由木材建造的结构，木材不易受到地震损坏。
这些旧建筑可以通过添加所谓的“剪力墙”等机制进行翻新，以增强建筑物的刚性。但翻新成本高昂。有时，拆毁一栋建筑并建造新的建筑甚至更便宜。“如果你没有资源，你会考虑你更重要的优先事项，”Sasani说。“如果你几十年都没经历过地震，你就不会把它当作优先事项。”（土耳其和叙利亚上一次遭受大规模地震伤亡是在20世纪90年代。）
那么，资源匮乏的国家该怎么办呢？Sasani说，建筑检查并不昂贵——这是他们可以开始的地方。“最不发达国家可以做的最少的事情就是制定并执行规范和标准，”他说。“这将减少未来发生类似事件的可能性。”
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贝鲁特美国大学建筑学教授 Karim Najjar 表示，为未来的建筑设计抗震也很便宜，他研究气候适应性设计策略。他说，为加强建筑基础设施而添加额外的梁和柱通常只占总设计成本的一小部分。Najjar 在一封写给《大众科学》的电子邮件中写道：“这些措施占建筑成本的5%到10%。”“通常为了最大化利润而减少混凝土中的水泥用量，”这会使建筑更不坚固，因此抗震性更差。
Hamad则估计，建筑外壳约占整个项目的20%。如果建筑被设计成能够抵抗地震，这20%只会增加3%到5%。“将有剪力墙、更多的钢筋、梁、柱和基础，”他说。“为什么不呢？安全比更换浴室更重要。”
