從震害談房屋建筑的抗震性能

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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??傮w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)。