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    從震害談房屋建筑的抗震性能
    
                    
    作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
    
					時(shí)間：2009-12-23 10:02:13					[收藏]
    
               
    
                
    				
    				
     

               
    
               
      
				　　2008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(cái)產(chǎn)損失，也使得人們對(duì)日常居住的房屋，以及整個(gè)社會(huì)生活所涉及的各種公共建筑如辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)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？  
      

      
　　從抗震性能看房屋建筑的工程抗震設(shè)計(jì)  
      

      
　　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(guó)抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)是“小震不壞，大震不倒”。即當(dāng)?shù)卣鹆叶刃∮谠O(shè)防烈度時(shí)，房屋應(yīng)基本完好；當(dāng)?shù)卣鹆叶却笥谠O(shè)防烈度時(shí)，房屋建筑即使產(chǎn)生較大破壞，也應(yīng)保證不出現(xiàn)即時(shí)的垮塌，以使人員能夠有逃生的時(shí)間。  
      

      
　　我國(guó)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(qiáng)措施，但當(dāng)遇到強(qiáng)震時(shí)，在水平和豎向交替振動(dòng)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，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(qiáng)震作用下易出現(xiàn)較大位移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較嚴(yán)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(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，在大震作用下，破壞會(huì)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(huì)發(fā)生大規(guī)模的垮塌。從日本坂神地震的實(shí)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(shí)，由增設(shè)的剪力墻提供較大的抗側(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(duì)差一些。  
      

      
　　由于歷史原因，在我國(guó)，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(shí)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，在部分經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)及交通運(yùn)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(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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)也將大量存在。因此如何從設(shè)計(jì)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(qiáng)震作用下的防倒塌能力，應(yīng)是今后工程抗震研究的重點(diǎn)。  
      

      
　　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(jì)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(qiáng)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(jì)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(guó)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(dòng)力特性和動(dòng)力作用，明顯地減輕結(jié)構(gòu)物的地震反應(yīng)，達(dá)到“以柔克剛”的效果。  
      

      
　　國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)和工程實(shí)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（50T～2000T）及很大的垂直壓縮剛度，而其水平變形剛度較小（0.25kN/mm～1.8kN/mm），水平極限變位值較大（10～50cm），它具有足夠大的初始剛度，以抵抗風(fēng)荷載和輕微地震，當(dāng)強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，又能自由柔性滑動(dòng)；而變形過大時(shí)，剛度回升，具有保護(hù)和限位作用，鋼板夾層橡膠隔震墊具有較大的復(fù)位能力，在多次地震中自動(dòng)瞬時(shí)復(fù)位。  
      

      
　　同時(shí)，它耐久性能好，一般使用壽命可在70年以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guó)洛杉磯大地震中，該市相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)醫(yī)院，一個(gè)是隔震的，地震時(shí)醫(yī)師護(hù)士照常工作；另一個(gè)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(yàn)，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(chǎng)、科研機(jī)構(gòu)以及重要的指揮職能單位。  
      

      
　　減輕地震災(zāi)害的新技術(shù)  
      

      
　　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)的某些部位（如支撐、剪力墻、節(jié)點(diǎn)、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(dá)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(guó)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(guó)從1990年代開始，也以試點(diǎn)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(yàn)。新的抗震設(shè)計(jì)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(biāo)志著這些新技術(shù)已進(jìn)入實(shí)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)從設(shè)計(jì)到構(gòu)造，施工較復(fù)雜，正確合理地掌握和實(shí)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(shí)間的準(zhǔn)備。  
      

      
　　合理的建筑設(shè)計(jì)，也可提高建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性  
      

      
　　其實(shí)從建筑設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)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(qiáng)度或承載力的降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌。  
      

      
　　綜合運(yùn)用抗震原則，以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，多道防線剛?cè)峤Y(jié)合，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)體型簡(jiǎn)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(jì)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(jì)師林同炎設(shè)計(jì)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(jì)思想，通過在總體系中預(yù)設(shè)薄弱環(huán)節(jié)作為強(qiáng)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(qiáng)烈地震時(shí)，該樓僅出現(xiàn)少量裂縫，經(jīng)過簡(jiǎn)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中的表現(xiàn)充分證實(shí)了概念設(shè)計(jì)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(biāo)，在罕遇的強(qiáng)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(duì)建筑行業(yè)的啟示  
      

      
　　工程抗震是一門在實(shí)踐中不斷發(fā)展的學(xué)科，每一次地震都會(huì)為我們提供新的信息，推動(dòng)建筑抗震設(shè)計(jì)向更好的方向發(fā)展，從而提高建筑的安全性。我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)與研究50多年來取得了巨大的進(jìn)步，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全儲(chǔ)備大幅提高。近年來，新技術(shù)、新型建材以及新的設(shè)計(jì)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(jì)的建筑，基本能夠保證在地震下的設(shè)計(jì)目標(biāo)。  
      

      
　　應(yīng)該看到，近年來在房地產(chǎn)行業(yè)，也確實(shí)存在著一些片面追求建筑造型的新奇獨(dú)特、忽視建筑整體抗震性能的問題。無論如何，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)來說，良好的抗震性能一定來自于相對(duì)簡(jiǎn)單的體型，來自簡(jiǎn)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(shí)，也應(yīng)高度重視由地震引發(fā)的次生災(zāi)害。對(duì)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(jì)中有必要增加結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)，同時(shí)地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)也應(yīng)充分考慮到地基變形對(duì)房屋安全的影響。  
      

      
　　地震是一場(chǎng)災(zāi)難，為了最大限度地保護(hù)人民以及整個(gè)社會(huì)的利益，建筑行業(yè)有責(zé)任更加努力地工作，戰(zhàn)勝災(zāi)難，建設(shè)美好的家園。   		
				
				

            
      				
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