怎樣設計建筑物才能抗震
點擊次數:1635 更新時間:2013-04-23
引入建筑物抗震理念
地震本身并不傷人,造成人員傷亡的,是由它引發的房屋倒塌、山體滑坡等次生災害,其中前者又在人員傷亡統計中占絕大部分。就目前的科技能力而言,減輕地震災害損失的*辦法,應放在提高建筑物抗震設計上。
劉志剛是我國zui早從事建筑物抗震研究的專家之一,據他介紹,我國的建筑物抗震規范是在一次次災難教訓中逐漸改善的。新中國成立時,引入建筑物抗震理念是*個五年計劃(1953~1957年)期間,在蘇聯援建中國的151個工程中,引進了建筑物的抗震設計規范。1966年河北邢臺地震,引起國家有關部門重視,于1974年頒布《建筑抗震設計規范》;1978年吸取唐山大地震的經驗教訓,對部分內容予以修正;1989年又再度修改。我們現在使用的是2001年版《建筑抗震設計規范》。《建筑抗震設計規范》中的抗震設防烈度,是根據國家*公布的《烈度區劃圖》確定的。
據劉志剛介紹,建筑抗震設防標準是“小震不壞,中震可修,大震不倒”。所謂中震,是指建筑物要達到所在地區在《烈度區劃圖》中劃定的烈度標準。小震、大震,是在這個標準下調、上浮1.55至1度。如在汶川地區,它的一般建筑物的抗震烈度是7度,就是說在發生烈度為5.45的地震情況下,建筑物不應該損壞;在烈度為7度的情況下,建筑物仍可修復;在發生8.3度或9度的情況下,建筑物不應該倒塌。在發生地震時,即使烈度超過建筑物的承受極限(大震),某些韌性好的建筑物也不是瞬間倒塌,應該有逃生時間。
基礎隔震讓建筑物有緩沖
鑒于地震預報仍然是世界性的難題,各國都將重點放在如何提高建筑抗震性能上。
許多國家在研究和應用抗震建筑的時候,離不開抗震理論的指導,其中“基礎隔震”作為zui為成熟的抗震理論,已經在國內外得到了廣泛應用。
“基礎隔震”是在建筑物底部與地基之間,增加適當的緩沖物,使建筑物在受到地震波作用后的加速度反應大大減弱,同時讓建筑物的位移主要由隔震系統提供,從而使建筑在地震過程中發生的變形非常小,達到防護目的。目前的基礎隔震技術主要分為兩大類:疊層橡膠支座;滾動、滑動支座,包括砂墊層、石墨墊層。在實踐中隔震建筑的抗震效果令人驚嘆,這促使各國相繼制定出適合自己國情的隔震設計標準,尤以中、美、日三國有代表性。
我國的《建筑抗震設計規范》(2001年)在基礎隔震設計目標上規定:在遭受小強度地震影響時,建筑結構基本不受損壞和影響使用功能;當遭遇設防烈度的地震影響時,不需修理仍可繼續使用;當遭受高于本地區設防烈度的罕遇地震影響時,將不發生危及生命安全和喪失使用功能的破壞。
美國在《建筑統一設計規范》(1997年)中規定了如下隔震設計目標:受中、小地震作用時,結構元件、非結構元件或建筑物內的設備等不出現破壞;受大震作用時,隔震體系不出現破壞,結構原件不出現大的破壞,非結構元件不出現重大破壞,并且不影響結構的功能。日本在《日本建筑隔震設計指南》中的隔震設計目標較為簡略:在大地震時,隔震建筑上部結構構件不會產生破壞,人員安全和財產安全可以得到保證。
加裝“阻尼器”消耗地震能量
在抗震加固技術上,國內外目前廣泛采用的是消能減震技術,即在建筑結構中增加各種“阻尼器”。在物理學上,使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用,稱阻尼。安置在結構系統上的“特殊”構件,可以提供阻力來耗減運動能量的裝置,就稱為阻尼器。這種阻尼器用在建筑物的關鍵節點上,可大量消耗地震波輸入到建筑物的能量,保護主體結構免遭破壞。與增強梁、柱、墻來提高抗振動的傳統方法相比,阻尼器消能減震技術具有保持建筑原貌、效果明顯、節約經費和縮短工期的優勢。
據介紹,美國舊金山的威爾斯?法戈銀行大樓在1989年地震中受損,其加固就采用了金屬阻尼器;美國波士頓的一幢35層建筑在1996年進行抗震加固,共安裝了40個黏滯流體阻尼器。國內在這方面也有不少的工程應用,1997年沈陽市政府大樓在抗震加固中采用了摩擦耗能阻尼器,1998年啟動的首都防震減災示范區中,北京的一些標志性建筑如火車站、北京展覽館、北京飯店等,均采用黏滯阻尼器進行了加固。