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不同建筑如何抵御地震

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2012-07-04 09:01:36 [收藏]
地震來(lái)臨，房倒屋塌，人員傷亡，這是每次強(qiáng)震來(lái)臨時(shí)都要遇到的問(wèn)題，那么面對(duì)無(wú)法預(yù)知的地震，建筑如何防范呢？“避讓原則”是建筑抗震的第一原...
    關(guān)鍵詞：建筑抵御地震 鋼結(jié)構(gòu)抗震
     地震來(lái)臨，房倒屋塌，人員傷亡，這是每次強(qiáng)震來(lái)臨時(shí)都要遇到的問(wèn)題，那么面對(duì)無(wú)法預(yù)知的地震，建筑如何防范呢？

          “避讓原則”是建筑抗震的第一原則

          在專家眼里，地震斷裂帶被形象地視為方便食品外包裝封口處的一個(gè)口子，因?yàn)檫@是應(yīng)力集中的部位，從這里容易撕開(kāi)。試想，如果把建筑工程建在地震斷裂帶上，一旦地震發(fā)生，后果將不堪設(shè)想，這樣的建筑并不是用技術(shù)手段就可以達(dá)到抗震目的的。

          因此，建筑抗震的首要原則就是要避開(kāi)活動(dòng)斷裂帶。據(jù)了解，目前，新建房屋在動(dòng)工之前，建設(shè)部門都要求開(kāi)發(fā)商聘請(qǐng)專業(yè)的地質(zhì)勘測(cè)部門對(duì)這塊土地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估，如果有地質(zhì)災(zāi)害，就不能在這里建房。

          不過(guò)，避開(kāi)斷裂帶不意味著不能在斷裂區(qū)蓋房子，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所譚成軒告訴記者，在兩條斷裂帶之間建房并沒(méi)有問(wèn)題，猶如馬路上下行車道間的“安全島”。

          按照我國(guó)《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，一般要求地震斷裂帶兩側(cè)50米范圍內(nèi)絕對(duì)禁止修建建筑，而那些不可能斷定位置的活動(dòng)斷裂帶，要求建筑避讓在200米以外。

          據(jù)了解，北京奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館——鳥巢、水立方等的規(guī)劃建設(shè)就是一個(gè)很好避讓活動(dòng)斷裂帶的例子。北京奧運(yùn)公園場(chǎng)址位于黃莊-高麗營(yíng)活動(dòng)斷裂帶附近，在地質(zhì)人員對(duì)這條斷裂帶的準(zhǔn)確位置、寬度和斷裂活動(dòng)進(jìn)行仔細(xì)勘查后，采取了避開(kāi)活動(dòng)斷裂帶的辦法，安全性得到了保證。

          磚混結(jié)構(gòu)抗震還是“差點(diǎn)勁”

          “原則上來(lái)講，不論是什么類型的建筑，只要根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，達(dá)到與其功能重要性相符的地震設(shè)防烈度，并按照該設(shè)防烈度的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并施工，建筑物就是相對(duì)安全的。”北京市建筑設(shè)計(jì)研究院研究所所長(zhǎng)苗啟松表示，“不過(guò)就建筑結(jié)構(gòu)和材料本身，確實(shí)在抗震性能上存在差別。”

          我國(guó)從上世紀(jì)70年代到90年代之間建起的房屋多采用的是砌體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是磚塊加預(yù)制板的組合。而磚塊受到震動(dòng)時(shí)，磚縫之間的灰漿就瓦解了，建筑物隨之倒塌。這類房屋幾乎沒(méi)有任何的抗震能力，在汶川地震中被夷為平地的多是這種結(jié)構(gòu)材料的。

          不過(guò)這樣的房屋也不是完全無(wú)藥可救。一個(gè)木桶要最終成型必須要被牢牢地箍緊，否則容易散架，磚塊就如同組成木桶的板塊，如果加上鋼筋混凝土的圈梁和構(gòu)造柱，把建筑物外墻及預(yù)制板緊緊地包裹起來(lái)，這樣建筑的整體剛度、墻身的穩(wěn)定性，以及自身的承載能力都會(huì)得到提高。房屋也從單純的砌體結(jié)構(gòu)變成了磚混結(jié)構(gòu)。

          汶川地震后，北京市從2009年初就開(kāi)始對(duì)現(xiàn)有中小學(xué)、幼兒園，以及醫(yī)院等公共建筑進(jìn)行抗震加固大修，針對(duì)的主要就是砌體結(jié)構(gòu)的房屋。

          而即使加固成了磚混結(jié)構(gòu)，要保證抗震性能還必須滿足一些條件，比如限高。普通住宅樓磚混結(jié)構(gòu)可以建到6層，而學(xué)校、醫(yī)院由于開(kāi)間面積比較大，本來(lái)支撐就少，承載能力相對(duì)較弱，如果樓層過(guò)高，就容易倒塌，因此，一般情況下只能建到5層，有的寬度達(dá)到了6-9米，則最多只能建3層。

          苗啟松告訴記者，磚混結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是新建建筑的優(yōu)先選擇了。由于磚混結(jié)構(gòu)的主要材料還是比較脆，其抗剪、抗拉和抗彎強(qiáng)度較低，尤其不適合大跨度的建筑物，因此，其被規(guī)定的建筑壽命最多為50年，而且要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)抗震7度。 

          鋼結(jié)構(gòu)建筑要保證焊接質(zhì)量

          據(jù)苗啟松介紹，目前比較常用的抗震性能相對(duì)較高的是混凝土結(jié)構(gòu)的建筑，包括剪力墻和框架結(jié)構(gòu)兩種。

          剪力墻通俗地理解就是把磚砌的墻換成鋼筋混凝土的，混凝土擁有較強(qiáng)的抗壓能力，這樣的墻板更能夠承受來(lái)自豎向和水平方向的力。如今，大部分高層住宅樓采用的多是這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽≌拿娣e不會(huì)很大，并且被分割成多間，就需要更多的墻板，墻板承重能力越好，房屋的抗震性自然就越強(qiáng)。

          而框架結(jié)構(gòu)，可以被形象地認(rèn)為是用鋼筋混凝土澆灌成承重的梁、柱，組成建筑物的骨架，同時(shí)，房屋墻體不承重，僅僅是起到圍護(hù)和分隔的作用，一般由輕質(zhì)板材砌筑或裝配而成，樓板則同樣是混凝土的現(xiàn)澆板。

          框架結(jié)構(gòu)則通常用于商業(yè)建筑，比如寫字樓，還有一些醫(yī)院、學(xué)校，因?yàn)檫@些建筑的開(kāi)間都比較大，沒(méi)有那么多承重墻。由于框架結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是“組裝式”的，方便產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，不但對(duì)環(huán)境影響小，還可以節(jié)省大量人工費(fèi)用和時(shí)間。因此，在國(guó)外，框架結(jié)構(gòu)成為了一種建筑流行趨勢(shì)，一些住宅項(xiàng)目也在紛紛應(yīng)用。

          “從汶川地震的情況來(lái)看，磚混結(jié)構(gòu)建筑確實(shí)損毀比較嚴(yán)重，不過(guò)這是由于大多數(shù)建筑沒(méi)有按照抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造或者加固造成的。事實(shí)上，我們還發(fā)現(xiàn)在一些混凝土結(jié)構(gòu)的建筑中主要是框架結(jié)構(gòu)的建筑也損毀得很厲害。” 苗啟松說(shuō)。

          苗啟松在汶川地震廢墟現(xiàn)場(chǎng)曾看到一個(gè)框架結(jié)構(gòu)的建筑，一層是大商場(chǎng)，樓上是住宅，由于骨架造得太細(xì)，樓層又多，地震中，整個(gè)一層都已經(jīng)不見(jiàn)了。“這就是典型的不符合抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的做法。”

          而最被人們津津樂(lè)道的“五星”建筑結(jié)構(gòu)還要數(shù)鋼結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)是以鋼材為主要結(jié)構(gòu)材料的。而鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大、柔韌性好，可以承受較大變形，能很好地承受動(dòng)力荷載，因此，具有很好的抗震能力。

          當(dāng)然，如果是一座鋼結(jié)構(gòu)的建筑自然造價(jià)不菲，一般而言主要是新建城市重點(diǎn)建筑工程，尤其是超高層或者跨度非常大的建筑。以北京奧運(yùn)會(huì)為例，鳥巢、水立方、五棵松體育館等都是這種結(jié)構(gòu)。此外，國(guó)家大劇院、新央視大樓、新北京電視臺(tái)也都是鋼結(jié)構(gòu)建筑。

          但是，苗啟松告訴記者，鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好需要建立在焊接質(zhì)量有保障的情況之下，否則整個(gè)結(jié)構(gòu)性能就會(huì)受到很大影響，地震的時(shí)候焊接處容易出現(xiàn)斷裂。“根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的建筑施工水平，普通鋼結(jié)構(gòu)建筑的焊接質(zhì)量還不能完全保證。”他坦言，“我們急需一批有良好技術(shù)素養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)工人。”

          另類建筑抗震設(shè)計(jì)需花大力氣

          有建筑設(shè)計(jì)師提出，塔樓比板樓的抗震性能好。苗啟松則認(rèn)為，兩者都是剪力墻結(jié)構(gòu)，其實(shí)性能差別并不大，如果必須比較，那么塔樓的長(zhǎng)寬比例比較小，兩個(gè)方向上的受力會(huì)相對(duì)均勻一些。

          在他看來(lái)，老百姓在選購(gòu)房屋的時(shí)候比較塔樓、板樓的意義確實(shí)不是很大，不過(guò)，如果碰到一些“奇形怪狀”的建筑，還是盡量“躲”遠(yuǎn)點(diǎn)。

          “那些另類建筑，即使在設(shè)計(jì)和建造上花再多的錢去提升抗震性能，當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)也比不過(guò)那些規(guī)規(guī)矩矩的建筑來(lái)得穩(wěn)當(dāng)。”苗啟松說(shuō)，在建筑設(shè)計(jì)中講究的是概念設(shè)計(jì)，這是一個(gè)非常完整并且全面的設(shè)計(jì)過(guò)程，所有創(chuàng)意、想法最終需要統(tǒng)一到理性思維。“而過(guò)于怪異的建筑在概念設(shè)計(jì)上，就不滿足建筑抗震規(guī)范中的強(qiáng)制性條文——規(guī)制性要求。”

          至于超高層建筑，只要把地震荷載取大一點(diǎn)，設(shè)計(jì)保守一點(diǎn)，以及采取一些其他的抗震措施，老百姓也是可以放心的。比如把原來(lái)使用的混凝土剪力墻換成鋼板剪力墻，或者在建筑中增加一些效能減震器，可能是一面墻也可能是一個(gè)撐子，當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，這部分結(jié)構(gòu)會(huì)先吸收地震釋放的能量，即使破壞了，也不會(huì)影響整座建筑的穩(wěn)定。盤古七星大樓就應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)。

          不過(guò)最保險(xiǎn)的做法是在建筑物下面鋪一層隔震墊，讓地震影響不到上面的建筑。苗啟松表示，唐山一所學(xué)校已經(jīng)使用了該技術(shù)。“近來(lái)幾次4級(jí)左右的地震，在那樣的建筑里根本不會(huì)有任何的感覺(jué)。”據(jù)了解，該技術(shù)會(huì)讓建筑造價(jià)高出10%左右。 
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