从“楼倒倒”到“楼坚强” 结构安全是建筑抗震的根本

   在近几年四川汶川、青海玉树、云南盈江和四川芦山等地发生的地震中,因房屋坍塌导致的死亡人数占到绝大多数,落后的砖混结构建筑在地震中对人类已构成致命威胁。

  什么样的建筑才能真正做到抗震以及防灾减灾呢?记者采访了北京三磊建筑设计有限公司结构总监、总工程师魏利金和济南大学彭亚萍教授,他们均表示抗震要从建筑结构抓起。

  木结构抗震效果最好

  魏利金认为,不具抗震性能的住房倒塌,是导致地震中90%死亡者的直接祸首。居民住房、单位办公楼、学校校舍、工厂厂房,乃至水、电、气、通信等生命线工程,能否抗御大地震的袭击,是把地震损失降到最低的关键所在。因此,在震后的重建过程中,保证房屋的耐震性成为了各国政府重建工作的重中之重。

  然而在农村,住房基本为自建。据记者了解,在农村大部分盖房者不懂得抗震技术,只是凭着经验和习惯盖房。而且为了省钱,很多人会选择使用便宜的水泥空心砖,水泥的标号(指水泥硬化后坚实度的指标)及用量都不够。这样的房屋质量为日后埋下了安全隐患。

  “我们居住的房屋,由于高度、用途和建筑时间的不同,尤其是结构的不同,决定了房屋的抗震性能也不尽相同。比如,日本就非常重视房屋结构的抗震性能。日本有着居住木结构房屋的传统,很早就对木结构的抗震性能展开研究。目前,日本各阶层对于低层木结构建筑的良好抗震性能早已有共识。在日本,木结构建筑占到普通住宅建筑的80%以上。”魏利金说。

  选择延性系数大的材料

  彭亚萍教授告诉记者,中国是世界上木结构建筑最古老的国家之一,古代建筑基本上都是木结构的。新中国成立后,随着人口的快速增长,人们对住宅的需求量急速变大。但是,因为高层建筑无法使用木结构,所以木结构房屋已经无法满足这种需求。在欧美等发达国家,木结构房屋是主流,特别是在美国,加拿大等国,90%以上的住宅都是木结构的,这是因为这些国家资源丰富,人口密度相对较小。

  在魏利金看来,结构的延性系数大,说明结构的抗震变形能力强,结构的耐震性能好。他指出,有条件时应优先选用延性系数大的材料。按结构延性系数大小排序:依次是木结构、钢结构、钢管砼结构、型钢砼结构、钢筋砼结构、配筋砌体结构、砌体结构。

  “目前,在几种类型的建筑中,木结构建筑的地震人员死亡率最低,其次是钢筋混凝土建筑,再其次是砖混结构建筑。”魏利金说。他认为,要减少地震时生命财产的损失,必须要提高建筑结构的抗震性能,其中包含合理的设计,合理的选材、合理的结构选型,合理的施工、合理的后期维护,此外还需大力推广减震隔震技术。

  魏利金告诉记者,目前在日本,90%的新建的60米以上的高层建筑,都采用了各种的隔震、减震部件来实现建筑的抗震性能;在新建的普通的两三层民居中,也有40%-50%采用了隔震、减震部件;此外,还有一些既有建筑也加装了隔震、减震部件。

  应用隔震与减震技术

  魏利金认为,在抗震设计中要把建筑结构的抗震性能考虑进去,可分为抗震结构、减震结构、隔震结构三种。抗震结构就是在中小地震发生时利用柱子、梁、剪力墙的承载力抵御地震,在地震发生时利用其延性抵御地震的结构。其结构形式大致分为框架结构和剪力墙结构。减震结构是指通过在采用抗震结构的建筑物内设置阻尼器来抑制震动,减轻柱子、梁等主要结构构件损伤的结构。针对大地震设计的阻尼器,多采用安装减震器的方法。隔震结构则是一种在建筑物的基础部位或中间层设置隔震构件,使施加于建筑物的地震力引起的横向震动得到抑制,并使建筑物的晃动频率放缓的结构。“这种方法是为了设计出一种在地震中损伤较小、在大地震过后仍可继续使用、抗震性能更好的建筑。最近,在公寓、医院等建筑中也采用了这种结构。”魏利金说。

  此外,彭亚萍也指出,目前结构工程师的任务是要做地震区域的抗震减灾规划、新建筑工程的抗震设计和对已存在的工程结构进行抗震鉴定、抗震加固。

  彭亚萍还提出,在抗震设计时需要有两个阶段,第一个阶段是对绝大多数结构进行小震作用下的结构和构件承载力验算和弹性变形验算,在此基础上对各类结构按规定要求采取抗震措施。第二个阶段是对一些规范规定的结构进行大震作用下的弹塑性变形验算。

ailin

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