一、房屋抗震鑒定設(shè)計到底有多重要
地震是自然災(zāi)害中危害最大的災(zāi)害之一,對建筑物有著巨大的破壞作用,建筑物抗震效果直接影響著人們的人身安全和財產(chǎn)安全,因此,抗震設(shè)防工作應(yīng)該引起社會各界的重視。由于地震具有隨機性、復(fù)雜性、藕聯(lián)性,每次地震所產(chǎn)生的波形各異,因而其對建筑物的作用各不相同,所產(chǎn)生的破壞程度也千差萬別。
建筑設(shè)計是建筑抗震設(shè)計的一個重要方面,建筑設(shè)計與建筑抗震設(shè)計有著密切關(guān)系。它對建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。一個優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計,必須是在建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計基礎(chǔ)上完成。為此,要充分重視建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要性,在建筑抗震設(shè)計中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計應(yīng)有的作用。
在建筑施工中重視抗震設(shè)防的施工質(zhì)量,健全抗震設(shè)防施工質(zhì)量專項檢查和監(jiān)督制度,將抗震設(shè)防納入到規(guī)范化管理,只有保證建筑施工的質(zhì)量,才能滿足抗震設(shè)防對房屋結(jié)構(gòu)的要求,才能杜絕抗震隱患。
建筑設(shè)計是否考慮抗震要求,從總體上起著直接的控制主導(dǎo)作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計很難對建筑設(shè)計有較大的修改,建筑設(shè)計定了,結(jié)構(gòu)設(shè)計原則上只能是服從于建筑設(shè)計的要求。
如果建筑師能在建筑方案、初步設(shè)計階段中較好地考慮抗震的要求,則結(jié)構(gòu)工程師就可以對結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)進行合理的布置,建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布以及相應(yīng)產(chǎn)生的地震作用和結(jié)構(gòu)受力與變形比較均勻協(xié)調(diào),使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗震承載力得到較大的改善和提高。
如果建筑師提供的建筑設(shè)計沒有很好地考慮抗震要求,那就會給結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計帶來較多困難,使結(jié)構(gòu)的抗震布置和設(shè)計受到建筑布置的限制,甚至造成設(shè)計的不合理。有時為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力,不得不增大構(gòu)件的截面或配筋用量,造成不必要的投資浪費。由此可見,建筑設(shè)計是否考慮抗震要求,對整個建筑起著很重要的作用。
眾所周知,在國外,也有很多處于地震帶的國家,但是往往他們都能夠?qū)?zāi)害程度降到最低,即使發(fā)生重大地震,房屋抗震能力也是比較好的。
智利建筑為何抗震?
2010年2月27日,當(dāng)?shù)貢r間凌晨3時34分,南美洲智利中部發(fā)生了里氏8.8級地震。震源深度為55千米,震中距智利第二大城市康賽普西翁100千米,離智利首都圣地亞哥320千米。據(jù)測定,地震造成康賽普西翁向西平移了3.04米,使康塞普西翁沿岸的圣瑪麗亞島抬高了兩米。另外,地震導(dǎo)致綿延數(shù)百千米的巖塊位移數(shù)米,引起地球的質(zhì)量分布發(fā)生變異,地球自轉(zhuǎn)軸線因此偏移了2.7毫弧秒,使得地球自轉(zhuǎn)一圈的時間變短,一天的時間縮短1.26微秒,也就是百萬分之1.26秒。
此次強震的震中是在智利附近海域的海底,地震沿著一個斷層發(fā)生,而1960年智利發(fā)生的里氏9.5級特大地震也是沿著這個斷裂帶發(fā)生的。兩次強震給這一斷裂帶施加的壓力已導(dǎo)致這里海底約35千米深處的斷裂帶發(fā)生破裂,裂縫的長度達(dá)600多千米。此外,在這個斷裂帶上,位于赤道以南東太平洋下的納斯卡板塊也已在南美洲板塊下滑動。眼下,這兩個板塊正以每年約9厘米的速度會合。
令人驚訝的是,在特大地震后,智利首都圣地亞哥市的建筑雖然有不少出現(xiàn)裂縫,但受到嚴(yán)重?fù)p壞的只有幾十棟。由于99%的房屋沒有坍塌,當(dāng)?shù)?00萬居民傷亡不大。智利之所以能在強震襲擊時,人員傷亡和財產(chǎn)損失較小,一個重要的原因在于他們的建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)高,經(jīng)得住地震災(zāi)害。
大震和強震也是可防可控的,關(guān)鍵是建筑物要有足夠的抗震性能。保證建筑抗震性能一是要有合理的抗震設(shè)計,二是有嚴(yán)格按規(guī)范施工的可靠質(zhì)量保證。如果能堅持這樣做,即使建筑物遇強震遭到破壞,也不至于造成人員傷亡。一位智利地震專家指出,“地震并不可怕,可怕的是劣質(zhì)建筑泛濫成災(zāi),致人于死地。”
(1)強柱弱梁
智利地處環(huán)太平洋火山地震帶,是世界上發(fā)生地震最頻繁、最強烈的國家。在與地震長期打交道的實踐中,人們深知,抵抗地震的破壞力是不可能的,只有讓建筑物盡可能地將地震發(fā)出的能量加以緩沖和釋放,才有可能最大限度地把建筑物保存下來。
“強柱弱梁”是智利建筑抗震設(shè)計的一大亮點。它的設(shè)計根據(jù)是:在大地震來臨時,一方面通過房梁的斷裂使地震能量得到緩和;另一方面確保房柱不折斷,以盡量保住樓房整體不倒塌,使人員傷亡減少到最低程度。
(2)以柔克剛
在智利,為提高抗震性能而另辟蹊徑設(shè)計的建筑物隨處可見。圣地亞哥機場候機樓連接高速公路的一座橋梁,就是一個很有代表性的例子。在這次大地震中,橋的一端完全塌陷,一時眾說紛紜,懷疑是建筑質(zhì)量有問題。然而在回應(yīng)公眾的質(zhì)疑時,設(shè)計師做出的答復(fù)令人頗感意外。他們解釋道:“是故意這樣設(shè)計的!”
原來,如果橋的兩端都加以固定的話,那么突然而至的強震帶來的巨大沖力,勢必把與橋緊緊相連的候機樓和高速公路同時拉倒?,F(xiàn)在的設(shè)計把橋的一端固定,沒有固定的另一端雖然在大地震來臨時因為受強力沖擊塌了下來,卻使候機樓和高速公路躲過一劫,安然無恙。
考慮到防震的需要,混凝土樓板的設(shè)計也與眾不同。樓板中間使用了橡膠或泡沫等材料,將其隔成兩塊。這樣在地震發(fā)生時有助于緩沖巨大的沖力,以免混凝土樓板在扭曲時斷裂。
在智利,很少見到高層建筑。像康塞普西翁和塔瓦羅一類的中小城市,房屋大多是一至兩層。即使在首都圣地亞哥,市中心的高樓大廈也屈指可數(shù)。進入老城區(qū),映入眼簾的絕大多數(shù)是低層建筑。因為樓層低,房屋牢固,所以抗震系數(shù)也就更高。
根據(jù)當(dāng)前的震害經(jīng)驗和理論認(rèn)識,良好的抗震設(shè)計能夠幫助國家和人民減少許多不必要的災(zāi)難。我國依據(jù)自己的國情,堅持建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的原則是:“小震不壞,中震可修,大震不倒”,即在多發(fā)的小震作用下,建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)基本處于彈性階段,不發(fā)生破壞;在罕遇的大震作用下,允許結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度、乃至嚴(yán)重破壞,但應(yīng)確保建筑結(jié)構(gòu)物的整體安全,防止倒塌。
日本建筑為何抗震?
我們都知道,日本是一個地震多發(fā)國家。那么,日本又是如何做好抗震的呢?
在日本的建筑施工中,對于抗震有三種構(gòu)造概念:耐震、制震和免震。 耐震為最普通級別,主要用在低層建筑中; 制震則是讓建筑物在地震晃動中,集中在一個地方造成損害,但其他地方不會發(fā)生損毀。
其中一種做法是在建筑物中放置各種球體,讓這個部分吸收地震能量,等地震過后,只需把這部分換掉就行,建筑其他地方不會發(fā)生問題; 免震的另一個名稱叫做隔震。結(jié)構(gòu)免震是通過某種裝置,將地震動與結(jié)構(gòu)隔開,該裝置既能支撐建筑物本體重量,又具有在水平方向自由變形能力,吸收和消耗地震輸入能量,以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動的目的,免受地震破壞。
三種抗震構(gòu)造的概念各有優(yōu)勢,其適用范圍也各有不同。為了將各類抗震技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮到極致,日本住宅建筑的抗震構(gòu)造在實際應(yīng)用的過程中,則是根據(jù)不同的物業(yè)形態(tài)進行選擇,建筑類型與抗震構(gòu)造的最佳匹配,使得技術(shù)對住宅的保護作用最大化。
日本的民居大多是柔性的木結(jié)構(gòu)。木結(jié)構(gòu)房屋在承受地震作用引起的晃動時,可以很好地釋放力量,不容易散開和松動。在此基礎(chǔ)上,日本民宅均采用箱體設(shè)計,地震災(zāi)害發(fā)生時房屋可以整體翻滾而不損毀。20世紀(jì)80年代后,日本的民居主要應(yīng)用了研發(fā)的“免震建筑技術(shù)”,在建筑物和地基之間設(shè)置用柔和的材料制成的免震層。
發(fā)生地震時,能夠保住建筑物完好無損,也可以避免由震動引起屋內(nèi)家具傾倒造成家具損壞和人員傷亡,從而在很大程度上減少因人們的恐懼心理加劇次生災(zāi)難。這種房屋成本低,技術(shù)可靠。據(jù)說建一所免震的個人住宅,只需投入一輛普通汽車的費用。此外,在專業(yè)技術(shù)人員對民房進行抗震加固的基礎(chǔ)上,政府也給予居民適當(dāng)?shù)难a貼鼓勵私人進行抗震加固。
除此之外,日本人民防震意識非常強,日本所有的建筑物都要定期接受抗震評估,檢查其房頂和地基是否能承受強烈晃動。如果不能通過評估,建筑物就必須進行改造,甚至推倒重建。日本人在買房子或租房子時非常注意房屋的年限,在購買房屋前,買主往往會主動要求開發(fā)商出示建筑抗震評估表。這樣的防震意識反過來又促使開發(fā)商們?yōu)槭狗课蓓樌u出而不得不對建筑的抗震更加重視。
2015年4月25日,尼泊爾發(fā)生8.1級地震,當(dāng)?shù)亟ㄖ竺娣e倒塌,歷史文物建筑損毀嚴(yán)重,其中12座世界文化遺產(chǎn)大部分完全坍塌,地震造成至少8786人死亡,22303人受傷。“殺人的不是地震,而是建筑”,這句地震災(zāi)害學(xué)中的名言再度“發(fā)威”,建筑質(zhì)量再度引發(fā)世人的高度關(guān)注。地震何時發(fā)生我們雖不能預(yù)知,但我們可以探討建筑物于地震中受損倒塌的原因,并加以防范,從工程上建造經(jīng)得起強震的抗震建筑,這是減少地震災(zāi)害直接、有效的方法。
雖然地震成因復(fù)雜,但從宏觀上說,尼泊爾發(fā)生強震的主要原因是因為地處亞歐板塊和印度洋板塊的交界處,位于全球重點的地震帶——地中海-喜馬拉雅地震帶上,地質(zhì)活動頻繁。地震是一種危害性較強的自然災(zāi)害它的發(fā)生人類現(xiàn)在人類還沒有辦法控制,若沒有有效的抗震設(shè)計,那么在地震來臨之時就只有“樓毀人亡”的下場。
為什么尼泊爾地區(qū)的地震爆發(fā)慘重?
1)震級高主震達(dá)8.1級,而且還因為震源深度比較淺——只有10-15千米,淺源爆發(fā)危害大。淺源強震,破壞力大,事發(fā)人口密集區(qū),對當(dāng)?shù)乜拐鹦圆粡姷慕ㄖ?gòu)成嚴(yán)重沖擊,人員死傷嚴(yán)重。
2)尼泊爾絕大多數(shù)建筑,抗震能力極其脆弱。這涉及到很多因素,有自然因素,也有非自然因素,兩者綜合影響了建筑鋼質(zhì)材料質(zhì)量下降。
3)地形特征增隱憂。震中及周邊地區(qū)地勢崎嶇,山體滑坡崩塌得厲害,搶救難度增大。在這樣的山區(qū),泥土和巖石滾下山坡可能會將一些村子通往外界的道路堵死,甚至是將村莊摧毀。
看到這些慘痛的教訓(xùn),我們又該如何做到建筑有效防震呢?
一、建筑物地基采用特殊材料
主要對建筑物基礎(chǔ)部分進行特殊處理消減地震時的地震波,從而減少地震對建筑物的損害。傳統(tǒng)上是在建筑物的基礎(chǔ)部分交替鋪上粘土、砂子,直接設(shè)置粘土或砂子墊層。近年來,在這方面的研究已經(jīng)取得了突破性的進展,以瀝青為原料研究出的一種特殊材料,一次設(shè)置隔震層效果更好。
二、建筑物基礎(chǔ)設(shè)置隔震裝置減震
這一種隔震措施主要是在建筑物的基礎(chǔ)與上部建筑物之間設(shè)置特殊裝置。減少地震向上傳遞,高可減少地震對建筑物傳遞能量的2/3。然而,這種措施的缺點是不適用于高層建筑,因為在高層建筑設(shè)置這種裝置會延長建筑本身的自震周期,起不到減小地震對建筑物損害的目的。
通常采用的辦法有:摩擦滑移防震、粘彈性隔震等幾種,設(shè)置的裝置有橡膠墊、混合隔震裝置等。通過在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部部件之間設(shè)置隔震層。其中隔震支座能夠安定持續(xù)地支撐建筑物重量,并具有適當(dāng)彈性恢復(fù)力,吸收地震輸入能量。在地震頻發(fā)的日本,一種新型廉價防震加固技術(shù)悄然興起,這種技術(shù)采用樹脂材料作為抗震“繃帶”包裹建筑物支柱,從而達(dá)到防止支柱在地震時發(fā)生倒塌的目的。
三、建筑物層間隔震措施
層間隔震這種方法主要適用于舊房改造,在施工方面具有簡單、易操作的特點。與建筑物基礎(chǔ)部分設(shè)置隔震裝置相比,層間隔震額效果不是很明顯,減震的效果可達(dá)到0.2—0.3的范圍。這種方法主要是依靠設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)各層間隔的減震裝置或者消減地震能量,從而減小的證對建筑物的危害,設(shè)置的裝置本身與基礎(chǔ)隔震的相同。這也是通過引入隔震裝置來延長結(jié)構(gòu)的周期,避開地震能量相對集中的頻段,改變結(jié)構(gòu)動力的特性,并利用耗能裝置來抑制結(jié)構(gòu)的位移。
四、建筑物結(jié)構(gòu)懸掛隔震
懸掛隔震是將建筑物的大部分或者整個結(jié)構(gòu)懸掛起來,也就是我們通常所說的懸掛結(jié)構(gòu),這樣,當(dāng)?shù)卣饋砼R,地震的能量不會傳遞給懸掛起來的結(jié)構(gòu),從而減小地震的損害。這種隔震方式常見于大型鋼結(jié)構(gòu),大型鋼結(jié)構(gòu)總采用鋼結(jié)構(gòu)懸掛體系,以此隔震。
大型鋼結(jié)構(gòu)一般分為主框架和子框架,在懸掛體系中,子框架通過鎖鏈或者吊桿懸掛于主框架上,當(dāng)?shù)卣饋砼R時,主框架會隨著地殼運動發(fā)生搖擺,但是,子框架和主框架之間是能夠活動的鎖鏈和吊桿,地震的能量到達(dá)這個部位的時候就會消弱,不至于傳遞到子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力。
五、建筑物走向設(shè)計抗震問題
地震時由于地殼運動引起的,與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有非常重要的關(guān)系。在建筑選址的時候,應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件,分析當(dāng)?shù)氐卣鸬恼鹣颍尳ㄖ锏淖呦蚝偷卣鹫鹣虼怪?,盡量避免兩個走向平行。從汶川地震和玉樹地震的實際情況來看,與地震震向平行的建筑物的倒塌率更高,與之相反,與地震震向垂直的建筑物則不太容易倒塌。
研究發(fā)現(xiàn),與地震震向平行的建筑物在發(fā)生地震時隨地震波運動的幅度跟大,因此更容易倒塌。我們再建筑設(shè)計中有關(guān)抗震都堅持了小震不塌、大震能修的原則,雖然設(shè)計在抗震方面也采取了很多措施,但是,由于各種原因,還是不可避免的出現(xiàn)了在地震中因為建筑結(jié)構(gòu)方面的問題而給人們帶來巨大損失,建筑物走向設(shè)計抗震問題也是建筑物修建不容忽視的一面。
六、加大對建筑服務(wù)加固行業(yè)的投入
我國人均資源較少,節(jié)能減排和低碳環(huán)保是我國需長期堅持的基本政策取向。在建筑領(lǐng)域,對于市區(qū)部分老廠房,老工業(yè)區(qū)等不是拆除重建,而是進行改造加固,予以充分合理利用。未來隨著建筑存量的繼續(xù)增長、既有建筑逐步進入老化階段、汽車保有量的持續(xù)增長、抗震加固的需求增加、建筑結(jié)構(gòu)改造需求的不斷增加,建筑的加固改造行業(yè)將迎來巨大的藍(lán)海市場,行業(yè)處于朝陽期。
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