观点讨论:
提高结构的抗震性能的反向思考
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结构柔一点抗震性能更好 )
北京时间5月12日14时28分,在四川汶川县(北纬31度,东经103.4度)发生7.8级地震。据不完全统计,截至十三日十九时,四川地震灾区死亡12012人,9404人被废墟掩埋,7841人失踪,收治26206人。目前已到达四川灾区开展抢险救灾的解放军指战员和武警官兵达到二万多人,今日将还有二万多人到达。
这次的汶川地震是继1976年7月28日唐山地震以来的在我国发生的最大的一次地震。唐山地震是20世纪十大自然灾害之一。那次的唐山地震。震级也是7.8级,震中烈度Ⅺ度。这次地震发生在河北省重要工业城市,人口稠密,损失十分严重。唐山市区建筑物多数基本倒平或严重破坏,242769人死亡,164851人受伤。
这次的汶川地震和上次的唐山地震,震级都是7.8级,这也是人们判断汶川地震灾害可能非常大的基本依据。地震有两个表征性指标,一个是地震级,另一个是地震烈度。汶川地震的震中烈度要通过对地震灾害情况进行分析后才能确定。
地震震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。它是根据地震时释放能量的多少来划分的,震级可以通过地震仪器的记录计算出来,震级越高,释放的能量也越多。
地震烈度指地面及房屋建筑遭受地震影响破坏的程度。同一地震发生后,不同地区受地震影响的破坏程度不同,地震烈度也不同,受地震影响破坏越大的地区,地震烈度越高。
影响地震烈度大小的有下列因素有地震等级、震源深度、震中距离、土壤和地质条件、建筑物的性能、震源机制、地貌和地下水位等。例如,在其他条件相同的情况下,震级越高,烈度也越大。
建筑物的抗震设计是按照地震烈度的标准进行计算的,北京地区的设计标准是要求能抵抗8度地震烈度的破坏。但是设计能抗8度地震的建筑物也未必一定能在8度的地震中不被破坏。
比如地震的震动方向、震动频率、震动形式等的不同也会对建筑物的安全产生不同的影响。地震是一个非常复杂的、多变的自然现象,而建筑物的抗震设计是对地震力进行了简化约束后作为设计条件进行的结构计算,所以任何一个建筑物的抗震要点都不能与可能发生的地震破坏完全一致。
相同的建筑抗震设计,由于建筑结构、材料、建筑平面的不同,其抗震的能力也不完全一样,这也是我们为什么能够看到相临的几个建筑物,有的被震倒了,而有的没有倒的一个理由,不能说被震倒的建筑物就一定是质量有问题。
现在的建筑理论依然是从结构强度的设计上来提高建筑物的抗震性能,在当前混凝土一统建筑天下的时代,提高混凝土的等级和加大钢筋用量就成了提高建筑物抗震指标的主要手段。
但是1995年1月17日在日本发生的板神大地震中,建筑物的破坏情况却有个非常奇怪的现象,以为结构性最好的钢筋混凝土建筑物,包括高层建筑大楼、立交桥、高速路等都破坏严重,而一些普通的砖石结构住宅的破坏倒小的多,一些寺庙里的高塔甚至都被保存下来。
这让抗震领域里的专家们开始新的思考,其中山西应县木塔在一千多年里经受过多次超强地震依然屹立不倒,也成为人们研究的对象。传统设计认为建筑基础越深抗震性越好,而现在有人提出了让建筑物和基础断成两截的想法。
以前人们总是喜欢在建筑物的刚度上不断下工夫,比如从木结构到砖混再到框架的演变,现在剪力墙已经成为高层建筑的通常措施的时候,人们开始探讨该怎样让建筑物变的更柔软一些,建筑物有了弹性也就能吸收更多的地震能量,从而减少地震对建筑物的破坏程度。
北京这些年拆除了大量的老四合院,这些平房很多都是清朝年间或者是民国早期的建筑。按照国家标准,如果把这些房子归类到危旧房之类完全有道理,因为这些房子的墙体几乎都是用碎转球堆砌起来的。但是这些平房经历多次大地震,以及风风雨雨而百年不倒,甚至唐山大地震中,很多楼房都倒塌了,他们都能完好无损的保留下来,这样的奇迹肯定有他们的道理。
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