金雨揚
摘要:地震,一種地殼快速釋放能量而造成的地面震動現(xiàn)象?;蛟S只是陸地板塊間的小小碰撞,卻總能引起極大的反應(yīng)。天災(zāi)無情,地震無可避免,給人類帶來的損失也是不可估量的。但人類并沒有放棄與地震的斗爭。近幾年科學(xué)家正在嘗試從建筑方面進(jìn)行改良,鋼結(jié)構(gòu)的建筑形式逐漸出現(xiàn)在人們的視線中。本文將從我國2008年四川汶川地震談起,通過分析地震中建筑的實際受災(zāi)情況,探討鋼結(jié)構(gòu)這一建筑形式的特點,簡單論述鋼結(jié)構(gòu)對于民用建筑抗震方面的影響。
關(guān)鍵詞:地震;建筑;鋼結(jié)構(gòu)
中圖分類號:TU391
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1672 - 9129(2018)12 - 0150 - 01
1 汶川地震受災(zāi)情況
512汶川大地震是國人心中永遠(yuǎn)的傷痛,許多鮮活的生命一夜消失,建筑倒塌,財產(chǎn)毀損,各種損失不計其數(shù)。因本文主要討論地震對于建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)影響與預(yù)防,所以不會過多談及其他方面損失。
在這次地震中,損毀塌陷的房屋達(dá)到一千五百萬間之多,其中更是不乏醫(yī)院和學(xué)校這些公共場所,建筑倒塌引起的大量人員傷亡引起了社會各界的重視。
首先是學(xué)校范圍,地震時期的學(xué)校建筑采用的是傳統(tǒng)磚木堆砌的方式建成,另有鋼筋混凝土的框架形式。地震發(fā)生時磚木堆砌結(jié)構(gòu)很快出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象,又因為地處地震重災(zāi)區(qū),還不時發(fā)生磚木墜落的情況。鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)相較于磚木結(jié)構(gòu)稍好一些,但也有很多發(fā)生了嚴(yán)重?fù)p毀坍塌。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,此次地震中坍塌損毀的中小學(xué)校達(dá)到四十多所,另有校舍大規(guī)模坍塌,導(dǎo)致教師、學(xué)生大量傷亡。并且這些僅僅是來自震后不完全統(tǒng)計。
醫(yī)院是和學(xué)校一樣的人群大量聚集的場所。但是和學(xué)校一樣,醫(yī)院也多采用磚木堆砌的混合結(jié)構(gòu)建成。因此地震時期醫(yī)院坍塌、損毀的情況也時有發(fā)生。周邊幾乎所有的醫(yī)院都難逃厄運,都江堰市中醫(yī)院、綿竹市第三醫(yī)院、青川縣人民醫(yī)院、青川縣中醫(yī)院、青川縣婦幼保健醫(yī)院、漢旺天池煤礦醫(yī)院等,有的甚至發(fā)生了嚴(yán)重塌陷。
震后回顧,許多學(xué)者和工程建造者都對學(xué)校和醫(yī)院建筑的抗震性能給予了極大的關(guān)注。最終依據(jù)國家出臺的法律規(guī)定把人數(shù)較多的學(xué)校、醫(yī)院劃人了乙類建筑的行列。乙類建筑,即地震時不能停止或能夠盡快運行使用的建筑場所,這對建筑的抗震要求是極高的挑戰(zhàn)。細(xì)心了解,我們不難發(fā)現(xiàn)國外對于學(xué)校和醫(yī)院建筑的建造即是十分嚴(yán)格的,因為這些建筑在平時生活中負(fù)責(zé)的僅僅是日常工作,教育學(xué)生或是治病救人。然而一旦災(zāi)難來襲,學(xué)校的建筑可以為學(xué)生們提供最好的避難場所,保證國家這些未來的希望不會有生命威脅。學(xué)校建筑中常見的寬闊的教室和體育場館即是用作這個用途。而醫(yī)院的堅固則是為了保證它正常的職能,救助傷員,救災(zāi)的有生力量很大一部分保存在這里。
2 鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能
建筑形式中的鋼結(jié)構(gòu),突出特點是質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、延展性和滯回性也相較于別的材料優(yōu)越許多,這些都是它成為抗震建筑結(jié)構(gòu)的首選原因。
首先從強(qiáng)度來說,鋼鐵材料的強(qiáng)度毋庸置疑,同等條件下鋼鐵材料可以比混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高出8倍之多,但是質(zhì)量上卻不會增加負(fù)擔(dān),它的密度僅僅是混凝土材料的3倍多。所以相同壓力條件下,鋼結(jié)構(gòu)更顯輕便,減少了施工難度。并且鋼結(jié)構(gòu)多采用空腹設(shè)計,而混凝土則是實腹截面,大大降低了自身對于截面的利用率。地震時如果能采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑形式,可以減輕建筑四成到五成的質(zhì)量,降低建筑的自身壓力,減少損失。
歷史記錄上對于地震的受災(zāi)結(jié)果表明,同一地區(qū)相同氣候環(huán)境下,鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能確實優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)建造的房屋。其中采用鋼結(jié)構(gòu)建造的房屋基本上得以保存,大規(guī)模毀損的情況較為少見,但是混凝土結(jié)構(gòu)的建筑則破壞嚴(yán)重,坍塌斷裂時有發(fā)生。而具體考察鋼結(jié)構(gòu)建筑的損壞程度,大多數(shù)集中在節(jié)點的連接部分,支撐的架子或柱子區(qū)域,也有的是整體結(jié)構(gòu)變形而引起倒塌,少數(shù)因為建造年代久遠(yuǎn)有建筑構(gòu)件損壞的情況發(fā)生。雖然鋼結(jié)構(gòu)房屋相比于混凝土與磚木結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點,但是也有壓屈破壞的情況發(fā)生,造成壓屈損壞是因為地震中建筑承受的壓力遠(yuǎn)超出了材料本身的承受能力,因此鋼結(jié)構(gòu)毀損的情況也時有發(fā)生。
3 民用鋼結(jié)構(gòu)建造原則
首先要確保鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)不能過于隨性,要遵循一定的規(guī)則。仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn),大部分的建筑在設(shè)計建造時多選用對稱性的建造形式,這讓建筑的外形看起來十分具有美感,也能夠體現(xiàn)居住者的不凡品味。但是美觀只是建筑選取對稱方式的其中一個原因,另一方面,對稱的建筑能讓房屋各部分的受力更加均勻。尤其對于鋼結(jié)構(gòu)來說,建筑本身質(zhì)量有限,地震發(fā)生時地殼的運動也會帶動房屋一起晃動,如果是不規(guī)則的建筑,很有可能會讓建筑毀于自身的受力不均,從中間分裂墻體,而不是像一般建筑一樣毀于材料整體結(jié)構(gòu)的坍塌。
其次要注意建造時的相關(guān)性與連續(xù)性。民用鋼結(jié)構(gòu)建造初期往往缺乏專業(yè)人員的指導(dǎo),建成就是目的,質(zhì)量與最終的功能反而被忽視。民用建筑中往往會因為最初沒有經(jīng)過合理設(shè)計,而使得建筑的各部分相互分離,各成一體。這在磚石混凝土結(jié)構(gòu)中不會有太大影響,但是對于鋼結(jié)構(gòu)來說分離意味著建筑整體的失效。地震中,連成一體的鋼結(jié)構(gòu)可以在建筑受到外力沖擊時快速把收到的力分散到建筑全身,從而減小力的影響。
綜合上所述,地震帶來的后果也是災(zāi)難性的。人力沒有辦法阻止地震的發(fā)生,但是可以通過改變自身來減少地震給人類造成的影響。比如對于公共場所和民用建筑采用鋼結(jié)構(gòu)建筑形式。但是建筑過程中的一些問題也需要及時發(fā)現(xiàn)和修正,比如建筑物的對稱性和整體相關(guān)性等。積極推廣鋼結(jié)構(gòu),也是防震的有效措施之一。
參考文獻(xiàn):
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[2]石磊.民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的抗震設(shè)計及應(yīng)用.2017 - 09