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從震害談房屋建筑的抗震性能(4頁)
從震害談房屋建筑的抗震性能(4頁).doc
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1、從震害談房屋建筑的抗震性能 來源: 時間:2008-07-10 點擊: 12 08年5月12日,在四川省汶川縣發(fā)生的地震造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,也使得人們對日常居住的房屋,以及整個社會生活所涉及的各種公共建筑如辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、商場等的安全性有了更多關(guān)注。那么我們現(xiàn)在居住或使用的房屋在地震中是否安全呢? 從地震性能看房屋建筑的工程抗震設(shè)計地震的危害性非常大,建筑物的抗震性能就顯得尤為重要。目前我國抗震設(shè)計的目標是“小震不壞,大震不倒”。即當?shù)卣鹆叶刃∮谠O(shè)防烈度時,房屋應(yīng)基本完好;當?shù)卣鹆叶却笥谠O(shè)防烈度時,房屋建筑即使產(chǎn)生較大破壞,也應(yīng)保證不出現(xiàn)即時的垮塌,以使人員能夠有逃生的時間。我2、國目前房屋建筑的結(jié)構(gòu)形式主要有:以磚石為主要建筑材料的砌體結(jié)構(gòu);以鋼筋混凝土為主要建筑材料的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu);以鋼材為主要建筑材料的鋼結(jié)構(gòu)框架以及鋼與鋼筋混凝土的組合結(jié)構(gòu)。其中,住宅多為砌體結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu);公共建筑由于需要較大空間,一般為框架結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)多見于多層建筑從抗震性能的角度分析:砌體結(jié)構(gòu)由于由磚、石等砌筑而成,砌塊之間的連接較差,雖然設(shè)置了鋼筋混凝土構(gòu)造柱、圈梁等加強措施,但當遇到強震時,在水平和豎向交替振動作用下,砌塊之間的連接容易被破壞,導(dǎo)致砌體松散,豎向受力構(gòu)件破壞,建筑物垮塌;相比之下,3、框架結(jié)構(gòu)能夠提供較為寬敞的使用空間,有利于建筑功能的組織和分割,但其抗側(cè)剛度較弱,在強震作用下易出現(xiàn)較大位移,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較嚴重破壞,因此也屬抗震不利結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)多用于多高層住宅鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)有較大的抗側(cè)剛度,在地震作用下位移較小。經(jīng)過抗震設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu),在大震作用下,破壞會局限于門窗洞口處出現(xiàn)裂縫,即使墻體開裂,各墻肢也可支承樓板,不會發(fā)生大規(guī)模的垮塌。從日本坂神地震的實例來看,鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)房屋未出現(xiàn)大的破壞,震害較輕。框架剪力墻結(jié)構(gòu)主要用于公共建筑和多高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中合適的部位增設(shè)剪力墻,在提供滿足功能需要的大空間的同時,由增設(shè)的剪力墻提供4、較大的抗側(cè)剛度,提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。上述各種結(jié)構(gòu)形式的抗震性能,即指結(jié)構(gòu)在小震和大震下的表現(xiàn)各不相同。總體來說,鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能較好,砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的抗震性能相對差一些。由于歷史原因,在我國,80年代以前的建筑大量存在,這些建筑大多未考慮抗震或抗震能力較差,有些房屋雖經(jīng)過抗震加固,整體抗震性能依然較差。此次汶川地震中垮塌的房屋大部分為建造較早的砌體結(jié)構(gòu)和多層框架結(jié)構(gòu)。同時,由于我國經(jīng)濟發(fā)展不均衡,在部分經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)及交通運輸能力較差的地區(qū),使用就地取材的磚石作為主要建筑材料的砌體結(jié)構(gòu)在今后相當長的時期內(nèi)仍將大量存在,而作為低層公共建筑的主要結(jié)構(gòu)形式,框架結(jié)構(gòu)5、也將大量存在。因此如何從設(shè)計上提高高設(shè)防烈度地區(qū)砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的抗震性能,特別是在罕遇的強震作用下的防倒塌能力,應(yīng)是今后工程抗震研究的重點。從建筑結(jié)構(gòu)上減輕地震災(zāi)害的新技術(shù)近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新技術(shù)、新材料甚至新的設(shè)計思想得到大量的應(yīng)用,大大豐富了提高建筑抗震能力的手段。如使用更高強度的建筑材料,能夠提高構(gòu)件的極限承載能力并降低結(jié)構(gòu)自重。與之相比,新技術(shù)、新設(shè)計思想的應(yīng)用,能夠更有效地減輕地震災(zāi)害。其中,隔震和消能減震就是兩種建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的新技術(shù)。隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用隔震技術(shù)是國際上熱門的工程抗震新技術(shù)。它通過把隔震消能裝置(如橡膠隔震墊)安放在結(jié)構(gòu)物底部和基礎(chǔ)(或底6、部柱頂)之間,把上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)“隔開”。這樣,改變了結(jié)構(gòu)的動力特性和動力作用,明顯地減輕結(jié)構(gòu)物的地震反應(yīng),達到“以柔克剛”的效果。國內(nèi)外大量的試驗和工程實踐證明,隔震體系一般可使結(jié)構(gòu)水平地震加速度反應(yīng)下降60%左右,從而消除或有效減輕結(jié)構(gòu)的地震損壞,提高建筑物及其內(nèi)部人員的安全性。隔震體系具有很大的垂直承載力(50T2000T)及很大的垂直壓縮剛度,而其水平變形剛度較小(0.25kN/mm1.8kN/mm),水平極限變位值較大(1050cm),它具有足夠大的初始剛度,以抵抗風(fēng)荷載和輕微地震,當強地震發(fā)生時,又能自由柔性滑動;而變形過大時,剛度回升,具有保護和限位作用,鋼板夾層橡膠隔震墊具有較大7、的復(fù)位能力,在多次地震中自動瞬時復(fù)位。同時,它耐久性能好,一般使用壽命可在70年以上,遠遠超過一般民用建筑物50年使用壽命的要求。1994年1月17日,美國洛杉磯大地震中,該市相距不遠的兩個醫(yī)院,一個是隔震的,地震時醫(yī)師護士照常工作;另一個是不隔震的,損壞厲害,一直無法恢復(fù)工作。1995年1月17日,日本神戶大地震,該市的西部郵政大樓和松村研究所大樓等隔震房屋經(jīng)受了地震的考驗,房屋結(jié)構(gòu)安全完好,儀器、設(shè)備、裝修等絲毫無損。根據(jù)其特性,一般來說隔震技術(shù)主要適用于較重要的低層和多層建筑,如醫(yī)院、學(xué)校、商場、科研機構(gòu)以及重要的指揮職能單位。建筑結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的方法是指在結(jié)構(gòu)的8、某些部位(如支撐、剪力墻、節(jié)點、連接縫或連接件等)設(shè)置消能阻尼裝置或元件,通過消能裝置產(chǎn)生摩擦非線性滯回變形耗能來耗散或吸收地震能量以減小主體結(jié)構(gòu)的水平和豎向地震反應(yīng),從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌,以達到減震抗震的目的。這種方法主要用于高層或超高層建筑。隔震和消能減震技術(shù)目前在日本、美國已有了一定數(shù)量的應(yīng)用,并在震害中有較好的表現(xiàn)。我國從1990年代開始,也以試點的方式在一些工程中應(yīng)用了這些技術(shù)并獲得了一些好的經(jīng)驗。新的抗震設(shè)計規(guī)范已給出了隔震和消能減震技術(shù)工程應(yīng)用的指導(dǎo)性意見,標志著這些新技術(shù)已進入實用性階段。隔震和消能減震技術(shù)雖然能夠大幅度提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,但目前建造成本較高,且該技術(shù)9、從設(shè)計到構(gòu)造,施工較復(fù)雜,正確合理地掌握和實施尚存在一些問題,因此新技術(shù)距離大規(guī)模推廣和應(yīng)用還需要一定時間的準備。合理的建筑設(shè)計,也可提高建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性其實從建筑設(shè)計的角度出發(fā),在正確的抗震理論指導(dǎo)下,依據(jù)合理的設(shè)計原則,同樣可以提高甚至保證建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。這些原則包括:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具備足夠大的承載能力;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)和位移;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的延性和耗能能力,這一點對結(jié)構(gòu)在強震作用下的安全性尤為重要。延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,具有承載力不降低或基本不降低且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大,說明塑性變形能力大,強度或承載力的降低緩慢,從而有足夠大的能力10、吸收和耗散地震能量,避免結(jié)構(gòu)倒塌。綜合運用抗震原則,以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標,多道防線剛?cè)峤Y(jié)合,同時保證結(jié)構(gòu)體型簡單,結(jié)構(gòu)受力和傳力途徑直接,整體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同作用,如此一來就可以從設(shè)計上確保建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。以著名美籍華裔設(shè)計師林同炎設(shè)計的尼加拉瓜首都馬那瓜美洲銀行大樓為例,該樓18層61米高,采取了多道防線剛?cè)峤Y(jié)合的設(shè)計思想,通過在總體系中預(yù)設(shè)薄弱環(huán)節(jié)作為強烈地震作用下可被破壞但不影響整體安全的耗能構(gòu)件,以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。1972年馬那瓜強烈地震時,該樓僅出現(xiàn)少量裂縫,經(jīng)過簡單維修加固后至今仍可使用,而周圍大量建筑物倒塌,5000多人死亡。美洲銀行大樓在馬那瓜地震11、中的表現(xiàn)充分證實了概念設(shè)計思想的創(chuàng)造性和前瞻性,這說明以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標,在罕遇的強烈地震作用下,通過充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性與耗能能力,仍可使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力。地震災(zāi)害對建筑行業(yè)的啟示工程抗震是一門在實踐中不斷發(fā)展的學(xué)科,每一次地震都會為我們提供新的信息,推動建筑抗震設(shè)計向更好的方向發(fā)展,從而提高建筑的安全性。我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計與研究50多年來取得了巨大的進步,隨著我國經(jīng)濟實力的提升,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全儲備大幅提高。近年來,新技術(shù)、新型建材以及新的設(shè)計思想得到越來越多的應(yīng)用,建造出大批高質(zhì)量的建筑。這些在新的抗震規(guī)范指導(dǎo)下設(shè)計的建筑,基本能夠保證在地震下的設(shè)計目標。12、應(yīng)該看到,近年來在房地產(chǎn)行業(yè),也確實存在著一些片面追求建筑造型的新奇獨特、忽視建筑整體抗震性能的問題。無論如何,對建筑結(jié)構(gòu)來說,良好的抗震性能一定來自于相對簡單的體型,來自簡單而直接的傳力體系以及地震作用下結(jié)構(gòu)的多道防線。考慮到地震可能造成的巨大災(zāi)難,防患于未然,未雨綢繆是非常必要的。在考慮房屋建筑抗震能力的同時,也應(yīng)高度重視由地震引發(fā)的次生災(zāi)害。對房屋建筑來說,最主要的次生災(zāi)害就是火災(zāi),以及由地震引起的地質(zhì)災(zāi)害。因此在今后房屋設(shè)計中有必要增加結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計,同時地基和基礎(chǔ)的設(shè)計也應(yīng)充分考慮到地基變形對房屋安全的影響。地震是一場災(zāi)難,為了最大限度地保護人民以及整個社會的利益,建筑行業(yè)有責任更加努力地工作,戰(zhàn)勝災(zāi)難,建設(shè)美好的家園。(來源:中華建筑報作者:劉平)
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