豆腐渣工程?(3)

災難過後, 要面對未來. 災後重建的房子一定要有考慮抗震設計.

第一: 使用預力混凝土預製件作橫樑或樓板.

當然除要使用合規格的鋼筋和混凝土之外, 預製件的製造方式需要改善, 我們應使用預力預製件(Pre-stress concrete), Pre-stress concrete是鋼筋在未加入混凝土之前,先被拉緊至較高的拉力,令鋼筋可以乘受更大的受壓力, 因為當混凝土受更大的壓力時, 壓力可以被預加的拉力抵消.

第二: 減少採用磚作結構牆

儘管用混凝土磚牆都有潛在危險因為磚牆始終接合點太多, 磚與磚之間的水泥的份量和水份都難以控制, 在香港砌磚牆的技術可以說是失傳, 能夠只用雙手和灰持就能造出一幅完全垂直的結構磚牆的師傅, 在香港應沒有多少人, 有的都已退休,所以磚牆在香港只是用作間隔牆.

第三: 加強結構,減少震幅

上圖是東京的一角, 為何這大廈的窗口會這麼細少, 因為窗與窗之間都是柱和橫樑, 令整個大廈無論在彎力(Bending force) 和剪力(Shear force) 都可加強, 最重要是令大廈的震動週期縮短,盡快達至Simple hamonic motion (S.H.M.)的平衡點(Equilibrium). 一大堆名詞,即是什麼? 大廈就好像垂直的跳水板, 當運動員跳在板上的一刻, 跳水板便會由大震動然後慢慢變為餘震, 愈強的跳水板餘震的幅度便少, 時間亦會較短, 所以加強大廈四周的柱和橫樑就是令餘震的幅度減少, 減少倒塌的危險.

除此之外, 可在大廈的頂層加入阻尼(Damper),Damper是一個大約數百噸重的混凝土塊, 四邊用彈簧連接, 當大廈在搖動時Damper會移至另一方以減少震動的幅度如上圖示.

另外, 日本研制出免震建築設計, 大廈的底部與地樁之間由多個大型彈簧連接, 當地震時, 彈簧會吸收大廈的震動, 避免地樁與大廈的結構受到保護如上圖示.

最重要是室內的家具和門窗沒有受到破壞; 因為在日本, 地震帶來的傷亡不是樓房倒塌而是室內的雜物和窗口跌下來而導致傷亡, 所以日本學校教學生當地震時先躲在椅子之下, 當第一次地震完結後才疏散至室外.

今日全國合力重建四川, 不過如過沒有做足夠的抗震設計, 當下一次災難來到的時候, 這些不合格的房子將是殺人的凶器, 四川需要是重建家園的安樂窩而不是用混凝土製造的棺材.

豆腐渣工程?(2)

今次地震有數以萬計的房屋倒下來, 其中一個原因是房屋相信沒有進行抗震工程設計,我需沒有進過災場但從上圖中可以看到這房子是用紅磚造結構, 而結構磚牆是放在兩則, 樓板放在磚牆之上,這便形成雙向性結構(Bi directional spanning). 簡單一點, 就好像兩本書垂直站立, 一本書放在兩本書之上, 在靜止的狀態下當然沒有問題, 但當地震時, 房子會左右搖擺, 便很可能令房子失去平衡,只要一幅磚牆倒下來, 整個房屋都可倒下來就好像這房子的高層部份.

上圖中房子的高層在地震中完全倒下來, 是沒有使用四向性結構(Introverted spanning) 即四邊都是磚牆, 磚牆只在個別的位置開洞作門和窗. 如房子四邊都是磚牆的話, 搖擺的幅度可以減少特別在高層搖擺的幅度較大的位置.

不過奇怪的是, 為何用紅磚作結構? 我入行以來都未見過用紅磚作結構牆, 結構牆多數是由 混凝土磚組成,在我記憶中香港只有英皇書院是紅磚結構, 不過亦是四向性結構.

除磚建築外, 混凝土建築物亦有倒塌, 為何連混凝土建築物也不堪一擊? 首先,混凝土是什麼? 混凝土是水泥 + 石粉或河沙 + 水 + 石組成, 整個過是一個化學反應(Chemical process). 所以,混凝土中的水份、酸鹼值(pH value) 都會影響混凝土的硬度, 混凝土的一般是pH~13.記起50,60年代的香港曾出現鹹水樓的結構問題, 就是混凝土的酸鹼 值出現問題導致硬度不足. 而水泥有分325級、425級、525級、625級, 這是什麼意思? 325代表混凝土的受力度為325m²·kg^-1; 所以, 級數愈高, 硬度愈強, 香港和英國是用525級的水泥, 日本和美國個別州份特別在地震帶是用625級. 在內地是用425級, 但我一些工程師朋友相信四川部份建築物是用325級甚至更低.

今次災難中最令人痛心很多學生在學校上課時被活埋, 為何預製件建築物出現這麼大的問題? 預製件是各混凝土的建築部件會先在工廠製成, 然後在工地裝置,好像是Lego屋一樣, 好處是快而便宜, 因為不用在工地扎板、扎鐵, 部件可在工廠大量生產. 另外, 由於生產過程的溫度、酸鹼值和氣壓都得到控制, 所以,混凝土的硬度可以提高, 因此香港的天橋、Y形屋、學校都是用預製件的方式建造. 但四川的問題就出在部件與部件之間的接口, 因為新舊的混凝土很難完美地接合,當混凝土凝固後未必能與新的混凝土產生化學作用. 所以,香港公屋漏水的地方往往都在這接口位置, 現在雖然有新方法接合新舊的混凝土, 不過程況未完全改善.如果接口的強度不足, 在地震時儘管柱和樑夠強,上層的樓板一樣可以壓至導致大量師生傷亡如上圖示.

有一點我需然不肯定但一定要提出大家思考, 混凝土的受壓力強, 但拉力弱, 而鋼筋受壓力弱, 但拉力強, 而它們的熱漲泠縮情度一樣, 天衣無縫的配合, 所以工程界別都說鋼筋和混凝土是上帝給予人類的禮物. 至於,豆腐渣工程除水泥的問題外,極可能出在鋼筋上, 第一鋼筋數目可能不足, 或可能不夠粗, 不過現在不得而知, 因為沒有計算過. 但根據我在國內建房子的經驗, 儘管鋼筋數目、大少符合規格, 但鋼筋接合 都可能出現問題, 因為在柱中的鋼筋必需一枝鋼筋直上, 特別在柱中的四角, 如果要接合都必需經工程師批准. 偷工減料的情況極可能是他們沒有用完整一枝鋼筋而用一些碎料接合而成的鋼筋, 從上圖中的柱是從中間斷開, 這根柱需有9根鋼筋與我們常見的設計相同, 但會如此斷開有點奇怪,我需不能斷定柱是豆腐柱, 但我推斷這根柱的鋼筋很可能有問題.

我和一眾工程師們需沒有進過災場, 亦不是這方面的專家, 但從圖中的情況可以令我們相信這些倒下來的建築物是沒有作抗震設計. 大家請提出自己專業的見解.

待續

重燃希望的舞台 - 淡路夢舞台

1995年、安藤忠雄、淡路夢舞台、Pritzker Architecture Prize 、神戶地震. 這一大堆的名字好像沒有關系, 但其實是非常有關系. 1995年安藤忠雄奪得建築界的最高榮譽 -Pritzker Architecture Prize , 同年神戶大地震造成重大傷亡,

於是他把從Pritzker Architecture Prize拿得的10萬美元的獎金捐給地震後的孤兒. 另外,他亦參與了在神戶地震的震央 - 淡路島(Awaji Island) 設計了「淡路夢舞台」.

淡路夢舞台是一個綜合性的發展項目, 當中包括兵庫縣立淡路夢舞台國際會議場渡假村＆會議中心、餐廳、商店、瞭望台、橢圓廣場、野外劇場、圓形廣場、溫室、百段苑等多種設施.

淡路夢舞台的總發展面積是21公頃, 是安藤忠雄最大規模的建築. 安藤忠雄的信念是「經過地震的災難後，倘若人民不能覺得住在這裡很好的話，這裡就會變成一個廢墟。」

 

所以他的設計理念希望人可以盡量感受大阪灣景觀, 整個項目依山而建盡量發展室外的空間,只在個別空間營造比較寧靜的室內環境.

 

由於安藤忠雄不是出身正統的建築系, 所以對總體規劃來說可以說是最弱的一環, 在複雜的建築很難單以觀感來組織不同層次的空間. 由於淡路夢舞台有多種的功能, 用家亦有各種不同的需要和期望, 很難帶出單一的觀感.

 

安藤忠雄的成名絕技是”清”和”靜”, 但在人流多、流量高的大形建築很難做出寧靜的空間. 在多種不同的需要的建築群中要做出”簡約” 更是難上如難, 以往介紹過的水の教会和茨木春日丘教会都是單人功能, 今次安藤忠雄要面對多層功能要求的空間, 要從複雜中做出平凡是非常困難.

 

另外,安藤忠雄喜歡用基本幾何圖形縱橫交錯來組合空間, 在小規模建築是沒有問題但在這麼大型的建築群, 看起來比較淩亂, 缺乏了一個核心. 以往安藤忠雄被人最大的評擊是建築物與建築物之間的空間處理, 今次由於規模更大而且建築物數量較多, 所以建築物與建築物之間的多餘空間亦自然多, 問題空間亦相對較多.

 

淡路夢舞台受到很多人的批評是規劃上欠缺清楚的序列, 個別空間還有感覺, 但總體而言看不出”清”和”靜” 的精髓. 所以, 如果要做簡約的建築處理便一定要做到極點, 否則便很容易做成四不像, 吃力不討好.