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1、淺析地震對(duì)建筑物的破壞及建筑減震防震措施 姓名:王濤 班級(jí):土木 通過對(duì)土木工程概論這門課程的學(xué)習(xí),我對(duì)土木工程這個(gè)專業(yè)有了大概的了解。我對(duì)建筑防震減震方面的問題有著濃厚的興趣,通過陳老師的介紹以及我查閱的相關(guān)資料,淺析一下本人對(duì)地震對(duì)建筑物的破壞以及建筑物減震防震方面的認(rèn)識(shí)。 破壞性地震會(huì)給國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成直接和間接的危害和損失,尤其是強(qiáng)烈的地震會(huì)給人類帶來巨大的災(zāi)難。目前,每年全世界由地震災(zāi)害造成的平均死亡人數(shù)達(dá)8000一10000人/次,平均經(jīng)濟(jì)損失每次達(dá)幾十億美元。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì),本世紀(jì)以來,全世界因地震死亡人數(shù)達(dá)260萬,占全球自然災(zāi)害所造成的死亡總和的58%。從某種2、意義上說,地震是群災(zāi)之首。 大地震如果發(fā)生在渺無人煙的地方是不會(huì)造成傷害的,如果發(fā)生在城市或農(nóng)村的活,就會(huì)造成房倒屋塌,甚至建筑物與重要工程也會(huì)遭至破壞并危及人員的生命安全,給人們?cè)斐蓢?yán)重災(zāi)害。 我國由于地處板塊交界處地震災(zāi)害頻度高,強(qiáng)度大,成災(zāi)率高,這是造成地震災(zāi)害特別嚴(yán)重的原因。同時(shí),我國民眾防災(zāi)意識(shí)不高,同一震級(jí)的地震,造成傷亡的人數(shù)可多達(dá)數(shù)倍。另外,我國大部分城市的基礎(chǔ)設(shè)施,抗震性能較差。建國頭20年中,多數(shù)建筑物和工程未考慮抗震設(shè)防,加之城市生命線管線縱橫交錯(cuò),埋設(shè)不合理,有的材料強(qiáng)度不夠,有的年久失修,使我國多數(shù)城鎮(zhèn)防震抗震的能力脆弱,潛在著很大的隱患。廣大農(nóng)村多屬土、石結(jié)構(gòu)建筑,3、抗震能力更差。據(jù)估計(jì),地震若發(fā)生在我國工業(yè)城市及人口稠密的地區(qū),8級(jí)左右或7級(jí)左右以及5、6級(jí)左右的地震所造成的經(jīng)濟(jì)損失分別為百億元、數(shù)十億元和數(shù)億元人民幣。譬如1976年唐山大地震,在幾十秒鐘的時(shí)間內(nèi),將一座百萬人口的工業(yè)城市變成了廢墟,傷亡側(cè)萬人,直接經(jīng)濟(jì)損失100億元以上,救災(zāi)花了6億多元,重建用了50億元,而 且在這之后長時(shí)間內(nèi),造成全國人民的恐震心理。去年的汶川8.0級(jí)特大地震,造成人員傷亡總數(shù)近40萬之多,其中遇難者近8萬左右;造成的直接經(jīng)濟(jì)損失8451億人民幣,其中房屋的損失很大,民房和城市居民住房的損失占總損失的27.4%。包括學(xué)校、醫(yī)院和其他非住宅用房的損失占總損失的20.44、%。另外還有基礎(chǔ)設(shè)施,道路、橋梁和其他城市基礎(chǔ)設(shè)施的損失,占到總損失的21.9%;此外地震對(duì)環(huán)境也造成相當(dāng)大的破壞。因此,減震防震成了我國建筑設(shè)計(jì)中所要考慮的重要因素。 世界各國建筑結(jié)構(gòu)抵抗地震災(zāi)害的研究已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年,現(xiàn)在終于使人們意識(shí)到,人類自己設(shè)計(jì)建造的各種建筑物,對(duì)地球自身內(nèi)力平衡而釋放能量,所產(chǎn)生的地震是不可對(duì)抗的。因而,近年來,許多專家學(xué)者都在尋求一種與地球自然規(guī)律不產(chǎn)生對(duì)抗和抗拒的隔震減震設(shè)計(jì)方法,去適應(yīng)“地震”這一不可抗拒的自然規(guī)律。這是人類歷史發(fā)展到現(xiàn)代,人類對(duì)客觀規(guī)律地震釋放地球內(nèi)力正確認(rèn)識(shí)的進(jìn)步體現(xiàn)。從建筑死抗硬抗地震的打擊,到建筑結(jié)構(gòu)隔震減震,十分明確地反映了,人類自5、己設(shè)計(jì)和建造的建筑物,是不能與地震沖擊力死抗對(duì)抗的,這是數(shù)十來人類在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)埋論上的飛躍。而過去和現(xiàn)在還指導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)死抗硬抗對(duì)抗地震災(zāi)害的錯(cuò)誤力學(xué)理論,也必然將被促步完善適應(yīng)地球地震客觀規(guī)律的隔震減震和消震建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)理論所取代。 建筑結(jié)構(gòu)隔震減震的設(shè)計(jì)的主要目的,是通過一種隔震和減震的裝置(或構(gòu)件),將不可抗拒的地震沖擊力與建筑物隔離開來,從而達(dá)到隔離和減少地震沖擊力的打擊,而使建筑物安全使用,這不是一件簡單的設(shè)計(jì)。如果我們的建筑結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計(jì),只是考慮用一種能起到隔震減震作用的裝置(構(gòu)件)安裝在建筑結(jié)構(gòu)之中,而沒有考慮到隔離減震后建筑物受地震影響所造成的不穩(wěn)定(傾覆)而發(fā)生危險(xiǎn)的話,6、建筑物適應(yīng)地震沖擊力的隔震減震,就應(yīng)該更深層更深入地去研究和完善了,決不能一味追求隔震減震反而給建筑物留下了嚴(yán)重的安全隱患。 當(dāng)前有一種“橡膠墊”隔震減震器己經(jīng)應(yīng)用于某些建筑物的建造之中,這種“橡膠墊”在91年獲美國發(fā)明專利,這種“橡膠墊”隔震減震器的力學(xué)性能: 根據(jù)其構(gòu)造是一層橡膠 一層鋼板的多層反復(fù)重疊,并在其中心部鉆孔安放鉛芯棒所組合成裝置的圓柱形特征,決定了這種隔震減震器是一種在受正向沖擊力(豎向力)的情況下,能達(dá)到隔震減震的目的,其后”橡膠墊”恢復(fù)原狀,準(zhǔn)備著下次的沖擊力發(fā)生后,又一次達(dá)到隔震減震的目的。 如果將這種受正向沖擊力(豎向力)的隔震減震器安裝在建筑結(jié)構(gòu)中,當(dāng)?shù)卣饹_擊力爆發(fā)7、時(shí),所產(chǎn)生的相對(duì)建筑物的水平?jīng)_擊力,這種(豎向力)隔震減震器將因水平力的沖擊而破壞,不但起到了隔震減震的目的,反而加速了建筑上部結(jié)構(gòu)的傾覆,這是十分危險(xiǎn)的。從有關(guān)資料中了解到“橡膠墊”隔震減震器是安裝在建筑物基礎(chǔ)與上部建筑結(jié)構(gòu)之間的,即在整個(gè)建筑的基礎(chǔ)上安裝數(shù)十個(gè)隔震減震器,然后再在隔震減震器上建造上部建筑物,實(shí)質(zhì)上就是將過去傳統(tǒng)的整體建筑,分離為基礎(chǔ),隔震減震器和上部建筑物三個(gè)物體重疊受垂直壓力的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)當(dāng)受豎向沖擊力時(shí)不管外力是從地基向上沖擊,還是外力從上部建筑物向下沖擊力,其沖擊力都能在其中的隔震減震器中消耗和減弱,從而達(dá)到隔震減震的目的。當(dāng)外力停止時(shí),隔震減震器就能恢復(fù)原狀,而準(zhǔn)8、備著隨時(shí)能產(chǎn)生的,向下或向上的垂直豎向外力的沖擊。地震沖擊力對(duì)建筑基礎(chǔ)的沖擊力,是水平往覆沖擊力,在死抗硬抗地震沖擊力的建筑結(jié)構(gòu)中,地震沖擊力水平?jīng)_擊建筑物基礎(chǔ),隨之基礎(chǔ)將地震沖擊力傳遞到建筑上部結(jié)構(gòu),造成建筑物整體傾覆性擺動(dòng),這是地震沖擊力破壞建筑物的主要原因和表現(xiàn)形成。現(xiàn)在用隔震減震器將建筑分割成基礎(chǔ)和上部建筑三部分,地震爆發(fā)時(shí)沖擊力,仍然水平?jīng)_擊基礎(chǔ),由于隔震減震器的剛度很弱,從而大大減少了地震沖擊力傳遞給上部建筑物,這時(shí)上部建筑物沒有受外力的沖擊,而是靜力的壓在隔震減震器“橡膠墊”的上部鋼板與受地震沖擊往覆運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)緊密聯(lián)結(jié),這種受力形式,十分明顯的反映了隔震減震是在“橡膠墊”本身的變9、形和錯(cuò)位中產(chǎn)生的。在地震沖擊力沖擊下基礎(chǔ)作往覆水平運(yùn)動(dòng),與基礎(chǔ)緊密聯(lián)結(jié)的隔震減震器的下部也被強(qiáng)迫一起往覆水平運(yùn)動(dòng),而隔震減震器與(沒有受外力運(yùn)動(dòng)的)上部建筑緊密聯(lián)結(jié),上部建筑物仍然不斷的向下傳遞壓力,從而使“橡膠墊”處于上下受力不一致,下部基礎(chǔ)還在不斷的往覆水平運(yùn)動(dòng),迫使“橡膠墊”產(chǎn)生了十分不利的往覆剪切力,“橡膠墊”很可能因“橡膠墊”和中心的鉛芯棒無法經(jīng)受巨大剪切力而破壞,這是十分危險(xiǎn)的。以上是“橡膠墊”隔震 減震器用于建筑結(jié)構(gòu)中,在地震沖擊力對(duì)建筑物是正面均勻受沖擊的情況下的受力分析。建筑物在設(shè)計(jì)建造中,由于規(guī)劃和使用的原因,其排列將是任意方向都有,這就是說地震沖擊力對(duì)多數(shù)建筑物的沖擊方向10、不是正向受力,由此“橡膠墊”所受力將是: 往覆剪切力和扭曲力的疊加,在這樣的極端不利的受力狀況下, “橡膠墊”是根本不可能恢復(fù)原狀的,而上部建筑物將面臨“橡膠墊”的失穩(wěn)破壞而倒塌。總之豎向隔震減震器“橡膠墊”用于受水平力(橫向)沖擊的建筑物中是有嚴(yán)重安全隱患的。目前,已經(jīng)應(yīng)用于多項(xiàng)工程中的板式組合水平隔震減震裝置是一種有效的大大減小地震沖擊破壞的隔震減震裝置,不論地震對(duì)所有建筑產(chǎn)生的沖擊力不同,都能十分有效的達(dá)到隔震減震的目的,由于地震沖擊在這種隔震減震中不產(chǎn)生任何剪切力,因而能保證建筑物的安全使用。這里還要指出的是,單采取隔震減震的方式是夠的,更有效的方式是對(duì)采取了隔震減震的建筑物,再用上消11、震裝置其減小地震災(zāi)害的破壞效果更好。另外值得高度注意的是一種名叫“阻尼器”的增加建筑結(jié)構(gòu)硬抗地震的裝置,這種裝置的作用是減小上部建筑在地震中擺動(dòng),但不可能減小地震對(duì)基礎(chǔ)的沖擊力。當(dāng)?shù)卣饹_擊破壞力與安裝在建筑結(jié)構(gòu)中的“阻尼器”的受力方向相同時(shí), “阻尼器”能發(fā)揮一定的作用,然而“阻尼器”的設(shè)計(jì)安裝是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用來安裝的,根本不可能掌握地震沖擊力的受力方向,來設(shè)計(jì)“阻尼器”與受地震沖擊力方向一致。況且城市建筑物建造的規(guī)劃和使用,都使大多數(shù)建筑物的排例不可能讓地震沖擊力,按照“阻尼器”的受力方向一來發(fā)生的。地震暴發(fā)時(shí)的沖擊波只有兩個(gè)方向(往覆),不可能按人的意志設(shè)計(jì)的“阻尼器”,在不同的建筑物中因“阻尼器”設(shè)計(jì)安裝的方向不同,而發(fā)生改變的。這也說明了“阻尼器”的使用是有條件的,而這個(gè)條件就是在設(shè)計(jì)時(shí),就要準(zhǔn)確的了解: 地震沖擊波在所城市的受力方向,來決定“阻尼器”的設(shè)計(jì)和安裝。 由此,我國建筑設(shè)計(jì)中,要將減震防震的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在極其重要的地位,從而減少地震對(duì)建筑物,繼而減少人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失。