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?
從抗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(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,房屋應(yīng)基本完好;當(dāng)?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(dāng)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,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(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(dāng)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)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(50T~2000T)及很大的垂直壓縮剛度,而其水平變形剛度較?。?.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。