第A08版:建筑钢结构

孰可抗震避险 最佳是钢结构

钢结构的抗震作用应得到充分重视

□徐世荫

北京时间6月17日22时55分,四川宜宾市长宁县发生6.0级地震,震源深度16公里。截至目前,地震已造成13人死亡、158人受伤、14万余人受灾,紧急转移安置8400多人。倒塌房屋73间,严重损坏房屋19间,一般损坏房屋12723间。

地震后,四川省消防救援总队10个支队的116辆消防车、526名指战员到达现场,对震中及周边10个相邻乡镇开展全覆盖搜救,已安全救出8名被困群众。四川、重庆、云南省(市)地震局共派出68名人员组成现场工作队赶赴灾区。宜宾市级组织8个建筑安全专业工作小组、40余名地质、结构、房屋建筑专家分赴长宁县、珙县、高县指导抗震救灾工作,排查房屋受损情况和隐患,采取措施防控次生灾害的发生。

愿逝者安息,伤亡不再增加!

致命的是地震,还是建筑?

地震是至今难以预测的瞬间爆发的自然灾害,是大自然对人类危害最大的灾害之一,突如其来的地震可以在瞬间造成大面积房屋坍塌、人员伤亡,甚至可以摧毁一座城市。

当大地在颤抖的时候令人恐惧不已,但是最令人扼腕的,是那些罹难同胞在地震发生后被深埋在那个坍塌了的曾经被誉为爱的港湾——“家”的寓所中,惊恐地面对死神的降临。

在地震灾害学中有句名言:“杀人的不是地震,而是建筑”。数据表明在地震灾难中,95%以上的人员伤亡,都是因为建筑物的坍塌而引起的。

孰可抗震避险,最佳是钢构

从唐山地震到汶川地震,再到如今的宜宾地震。地震中坍塌的房屋大多是乡镇农村自建的住房,这些房子很少考虑到抗震设计,大多是传统的砖混结构、砌体结构,这些建筑在抗震表现上可以说不堪一击。

房屋结构有多种形式,我们经常见的有砌体结构、砖混结构、框架结构等。提起框架结构建筑,人们还是存在很多疑惑。框架结构真的抗震吗?

答案是肯定的。

相形之下,钢结构框架建筑、木结构框架建筑有着极其优异的抗震性。尤其是钢结构。

钢结构框架建筑是以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载。

地震能使建筑产生水平和垂直震动。每种建筑结构都有其独特的特性,例如其刚度和强度,因而对地震力的反应也不同。钢结构建筑因钢材力学性能,具有传统砖混结构、砖木结构、混凝土结构无法比拟的柔韧性,在同样地震力作用下,钢结构住宅不会发生垮塌,而传统砖混结构、砖木结构、混凝土结构相对来说刚性比较大,当外力超过能承受极限会局部破坏或者完全破坏。

同时,钢结构材料扛拉、抗压、扛剪强度均很高,且具有良好的延展性,减轻了地震反应。此外,钢结构建筑相对于其他结构自重轻的特点也能大大减轻地震作用的影响。

抗震能力,可以简单理解成承担水平荷载的能力。你站在公交车里,没抓扶手,公交车突然启动或者刹车,你的感觉就像是有人突然推了你一把。地震来了,建筑物的反应也是如此,就像是整个建筑被推来推去一样。

如何保证框架的梁柱节点足够结实呢?拿最常见的钢筋混凝土框架来说吧。钢筋混凝土结构的优点之一就是能够通过内部钢筋的布设来控制结构性能。两个看起来完全一样的混凝土结构,很可能因为内部钢筋布置的不同而具有差异很大的结构性能。框架结构是一种很敏感的结构形式,内部钢筋的配置情况对整体性能影响比较大。合理的配筋、合理的梁端柱端加密区、合理的节点配筋,可以让结构具有相当好的变形能力和水平荷载承载力。反过来,设计粗劣的框架结构非常糟糕,还不如施工质量良好的砌体结构。事实上,这种粗制滥造的框架结构在自建房中非常普遍。

框架结构里的墙体是不承受任何结构作用的。事实上,如果你去工地上观察一下,那些砌体填充墙最上面的那一排砖头都是斜着垒的,根本不与上面的框架梁接触。即使把这些填充墙都砸掉,都换成玻璃,或者都换成屏风,其实都可以。“掉墙皮”、墙体开裂,会影响建筑使用,比如:不美观、会吸潮等,但这些与结构安全无关。但是,有一个问题需要注意。虽然这些墙体不承受任何结构作用,但地震时,它们本身也有可能倒塌伤人,就像家里的书橱、衣橱等大家具也可能在地震时倾覆伤人。为了防止这种情况,框架结构的砌体墙里都应加入拉结钢筋,把混凝土框架之间的砌体填充墙牢靠地固定好,防止填充墙在地震中倒塌。

地震频发的日本被国际公认为世界第一的抗震强国。日本多数建筑采用钢结构,尤其中高层建筑多以钢结构为主,钢结构的良好抗震性,正是日本建筑物经历强震坚挺不倒的主要原因。

日本大京公司一座号称日本最高的公寓,使用了168根与美国纽约世界贸易中心相同的钢管,确保了抗震强度。另外,公寓还使用了刚性结构抗震体。如果遇到阪神大地震级别的地震,柔性结构的建筑一般要摇动1米左右,而刚性结构建筑只摇动30厘米。三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93米,建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶,建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。这样,在6级地震发生时,就可将建筑物的受力减少至二分之一。三井不动产公司2000年已向市场投放40栋此类建筑。

日本的抗震建筑设计、建造的首选是钢结构。

未来抗震建筑,将是刚柔各显其妍

我国陆地面积约960万平方公里,是一个地震灾难频发的国家,位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带活动十分活跃。

在地震发生时,“找三角、伏地、遮挡、手抓牢”等自救知识目前已在普及,但再快的临场反应也不及提前的预防。建筑结构与材料问题才是最直接影响人员伤亡的重要因素,建造抗震的建筑才是最好的预防手段。

本文主题是探讨钢结构建筑在抗震方面的优点,本人无意在赞美钢结构抗震的同时刻意贬低中国古代木结构抗震建筑设计与实践。过去,中国古代木结构抗震建筑设计曾光芒四射;今天和未来,中国木结构抗震建筑设计仍然具有强大生命力。

与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同,中国传统的木结构建筑在抵抗地震冲击力时,采用的是“以柔克刚”的思维,通过种种巧妙的措施,其目标是以最小的代价,将强大的自然破坏力消弥至最小程度。

不但自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材,而且发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系——柔性的框架体系。我国木结构技术迄今至少已有近7000年的历史。中国的传统木结构,具有框架结构的种种优越性,如“墙倒屋不塌”的功效,但其柔性的连接,又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。在汶川大地震中,许多文物建筑的墙体均不同程度地受损,但主体结构仍未倒塌,就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。

钢结构、木结构建筑都有显著的安全、抗震、绿色、节能环保的特点,是能成为生命庇护所的安全绿色建筑。

未来抗震建筑,将是刚柔框架结构建筑各显其妍之天下。

2019-07-04 徐世荫 钢结构的抗震作用应得到充分重视 2 2 建筑时报 content_3634.html 1 3 孰可抗震避险 最佳是钢结构 /enpproperty-->