1、淺析地震對建筑物的破壞及建筑減震防震措施 姓名:王濤 班級:土木 通過對土木工程概論這門課程的學習,我對土木工程這個專業有了大概的了解。我對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資料,淺析一下本人對地震對建筑物的破壞以及建筑物減震防震方面的認識。 破壞性地震會給國家經濟建設和人民生命財產安全造成直接和間接的危害和損失,尤其是強烈的地震會給人類帶來巨大的災難。目前,每年全世界由地震災害造成的平均死亡人數達8000一10000人/次,平均經濟損失每次達幾十億美元。據聯合國統計,本世紀以來,全世界因地震死亡人數達260萬,占全球自然災害所造成的死亡總和的58%。從某種
2、意義上說,地震是群災之首。 大地震如果發生在渺無人煙的地方是不會造成傷害的,如果發生在城市或農村的活,就會造成房倒屋塌,甚至建筑物與重要工程也會遭至破壞并危及人員的生命安全,給人們造成嚴重災害。 我國由于地處板塊交界處地震災害頻度高,強度大,成災率高,這是造成地震災害特別嚴重的原因。同時,我國民眾防災意識不高,同一震級的地震,造成傷亡的人數可多達數倍。另外,我國大部分城市的基礎設施,抗震性能較差。建國頭20年中,多數建筑物和工程未考慮抗震設防,加之城市生命線管線縱橫交錯,埋設不合理,有的材料強度不夠,有的年久失修,使我國多數城鎮防震抗震的能力脆弱,潛在著很大的隱患。廣大農村多屬土、石結構建筑,
3、抗震能力更差。據估計,地震若發生在我國工業城市及人口稠密的地區,8級左右或7級左右以及5、6級左右的地震所造成的經濟損失分別為百億元、數十億元和數億元人民幣。譬如1976年唐山大地震,在幾十秒鐘的時間內,將一座百萬人口的工業城市變成了廢墟,傷亡側萬人,直接經濟損失100億元以上,救災花了6億多元,重建用了50億元,而 且在這之后長時間內,造成全國人民的恐震心理。去年的汶川8.0級特大地震,造成人員傷亡總數近40萬之多,其中遇難者近8萬左右;造成的直接經濟損失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%。包括學校、醫院和其他非住宅用房的損失占總損失的20.4
4、%。另外還有基礎設施,道路、橋梁和其他城市基礎設施的損失,占到總損失的21.9%;此外地震對環境也造成相當大的破壞。因此,減震防震成了我國建筑設計中所要考慮的重要因素。 世界各國建筑結構抵抗地震災害的研究已經進行了數十年,現在終于使人們意識到,人類自己設計建造的各種建筑物,對地球自身內力平衡而釋放能量,所產生的地震是不可對抗的。因而,近年來,許多專家學者都在尋求一種與地球自然規律不產生對抗和抗拒的隔震減震設計方法,去適應“地震”這一不可抗拒的自然規律。這是人類歷史發展到現代,人類對客觀規律地震釋放地球內力正確認識的進步體現。從建筑死抗硬抗地震的打擊,到建筑結構隔震減震,十分明確地反映了,人類自
5、己設計和建造的建筑物,是不能與地震沖擊力死抗對抗的,這是數十來人類在建筑結構設計埋論上的飛躍。而過去和現在還指導建筑結構死抗硬抗對抗地震災害的錯誤力學理論,也必然將被促步完善適應地球地震客觀規律的隔震減震和消震建筑結構力學理論所取代。 建筑結構隔震減震的設計的主要目的,是通過一種隔震和減震的裝置(或構件),將不可抗拒的地震沖擊力與建筑物隔離開來,從而達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計。如果我們的建筑結構隔震減震設計,只是考慮用一種能起到隔震減震作用的裝置(構件)安裝在建筑結構之中,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定(傾覆)而發生危險的話,
6、建筑物適應地震沖擊力的隔震減震,就應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重的安全隱患。 當前有一種“橡膠墊”隔震減震器己經應用于某些建筑物的建造之中,這種“橡膠墊”在91年獲美國發明專利,這種“橡膠墊”隔震減震器的力學性能: 根據其構造是一層橡膠 一層鋼板的多層反復重疊,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,能達到隔震減震的目的,其后”橡膠墊”恢復原狀,準備著下次的沖擊力發生后,又一次達到隔震減震的目的。 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構中,當地震沖擊力爆發
7、時,所產生的相對建筑物的水平沖擊力,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構的傾覆,這是十分危險的。從有關資料中了解到“橡膠墊”隔震減震器是安裝在建筑物基礎與上部建筑結構之間的,即在整個建筑的基礎上安裝數十個隔震減震器,然后再在隔震減震器上建造上部建筑物,實質上就是將過去傳統的整體建筑,分離為基礎,隔震減震器和上部建筑物三個物體重疊受垂直壓力的結構。這種結構當受豎向沖擊力時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,從而達到隔震減震的目的。當外力停止時,隔震減震器就能恢復原狀,而準
8、備著隨時能產生的,向下或向上的垂直豎向外力的沖擊。地震沖擊力對建筑基礎的沖擊力,是水平往覆沖擊力,在死抗硬抗地震沖擊力的建筑結構中,地震沖擊力水平沖擊建筑物基礎,隨之基礎將地震沖擊力傳遞到建筑上部結構,造成建筑物整體傾覆性擺動,這是地震沖擊力破壞建筑物的主要原因和表現形成。現在用隔震減震器將建筑分割成基礎和上部建筑三部分,地震爆發時沖擊力,仍然水平沖擊基礎,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動的基礎緊密聯結,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、形和錯位中產生的。在地震沖擊力沖擊下基礎作往覆水平運動,與基礎緊密聯結的隔震減震器的下部也被強迫一起往覆水平運動,而隔震減震器與(沒有受外力運動的)上部建筑緊密聯結,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,下部基礎還在不斷的往覆水平運動,迫使“橡膠墊”產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受巨大剪切力而破壞,這是十分危險的。以上是“橡膠墊”隔震 減震器用于建筑結構中,在地震沖擊力對建筑物是正面均勻受沖擊的情況下的受力分析。建筑物在設計建造中,由于規劃和使用的原因,其排列將是任意方向都有,這就是說地震沖擊力對多數建筑物的沖擊方向
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”是根本不可能恢復原狀的,而上部建筑物將面臨“橡膠墊”的失穩破壞而倒塌。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重安全隱患的。目前,已經應用于多項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,不論地震對所有建筑產生的沖擊力不同,都能十分有效的達到隔震減震的目的,由于地震沖擊在這種隔震減震中不產生任何剪切力,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”的增加建筑結構硬抗地震的裝置,這種裝置的作用是減小上部建筑在地震中擺動,但不可能減小地震對基礎的沖擊力。當地震沖擊破壞力與安裝在建筑結構中的“阻尼器”的受力方向相同時, “阻尼器”能發揮一定的作用,然而“阻尼器”的設計安裝是根據建筑結構的使用來安裝的,根本不可能掌握地震沖擊力的受力方向,來設計“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劃和使用,都使大多數建筑物的排例不可能讓地震沖擊力,按照“阻尼器”的受力方向一來發生的。地震暴發時的沖擊波只有兩個方向(往覆),不可能按人的意志設計的“阻尼器”,在不同的建筑物中因“阻尼器”設計安裝的方向不同,而發生改變的。這也說明了“阻尼器”的使用是有條件的,而這個條件就是在設計時,就要準確的了解: 地震沖擊波在所城市的受力方向,來決定“阻尼器”的設計和安裝。 由此,我國建筑設計中,要將減震防震的結構設計放在極其重要的地位,從而減少地震對建筑物,繼而減少人員傷亡、經濟損失。
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