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不同建筑如何抵御地震?
                                                                             2012-07-10 來(lái)源: 科技生活 2012年6月第3386期
 
  

地震來(lái)臨,房倒屋塌,人員傷亡,這是每次強(qiáng)震來(lái)臨時(shí)都要遇到的問(wèn)題,那么面對(duì)無(wú)法預(yù)知的地震,建筑如何防范呢?

“避讓原則”是建筑抗震的第一原則

在專(zhuān)家眼里,地震斷裂帶被形象地視為方便食品外包裝封口處的一個(gè)口子,因?yàn)檫@是應(yīng)力集中的部位,從這里容易撕開(kāi)。試想,如果把建筑工程建在地震斷裂帶上,一旦地震發(fā)生,后果將不堪設(shè)想,這樣的建筑并不是用技術(shù)手段就可以達(dá)到抗震目的的。

因此,建筑抗震的首要原則就是要避開(kāi)活動(dòng)斷裂帶。據(jù)了解,目前,新建房屋在動(dòng)工之前,建設(shè)部門(mén)都要求開(kāi)發(fā)商聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的地質(zhì)勘測(cè)部門(mén)對(duì)這塊土地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估,如果有地質(zhì)災(zāi)害,就不能在這里建房。

不過(guò),避開(kāi)斷裂帶不意味著不能在斷裂區(qū)蓋房子,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所譚成軒告訴記者,在兩條斷裂帶之間建房并沒(méi)有問(wèn)題,猶如馬路上下行車(chē)道間的“安全島”。

按照我國(guó)《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,一般要求地震斷裂帶兩側(cè)50米范圍內(nèi)絕對(duì)禁止修建建筑,而那些不可能斷定位置的活動(dòng)斷裂帶,要求建筑避讓在200米以外。

據(jù)了解,北京奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館——鳥(niǎo)巢、水立方等的規(guī)劃建設(shè)就是一個(gè)很好避讓活動(dòng)斷裂帶的例子。北京奧運(yùn)公園場(chǎng)址位于黃莊-高麗營(yíng)活動(dòng)斷裂帶附近,在地質(zhì)人員對(duì)這條斷裂帶的準(zhǔn)確位置、寬度和斷裂活動(dòng)進(jìn)行仔細(xì)勘查后,采取了避開(kāi)活動(dòng)斷裂帶的辦法,安全性得到了保證。

磚混結(jié)構(gòu)抗震還是“差點(diǎn)勁”

“原則上來(lái)講,不論是什么類(lèi)型的建筑,只要根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》,達(dá)到與其功能重要性相符的地震設(shè)防烈度,并按照該設(shè)防烈度的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并施工,建筑物就是相對(duì)安全的?!北本┦薪ㄖO(shè)計(jì)研究院研究所所長(zhǎng)苗啟松表示,“不過(guò)就建筑結(jié)構(gòu)和材料本身,確實(shí)在抗震性能上存在差別?!?/p>

我國(guó)從上世紀(jì)70年代到90年代之間建起的房屋多采用的是砌體結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單說(shuō),就是磚塊加預(yù)制板的組合。而磚塊受到震動(dòng)時(shí),磚縫之間的灰漿就瓦解了,建筑物隨之倒塌。這類(lèi)房屋幾乎沒(méi)有任何的抗震能力,在汶川地震中被夷為平地的多是這種結(jié)構(gòu)材料的。

不過(guò)這樣的房屋也不是完全無(wú)藥可救。一個(gè)木桶要最終成型必須要被牢牢地箍緊,否則容易散架,磚塊就如同組成木桶的板塊,如果加上鋼筋混凝土的圈梁和構(gòu)造柱,把建筑物外墻及預(yù)制板緊緊地包裹起來(lái),這樣建筑的整體剛度、墻身的穩(wěn)定性,以及自身的承載能力都會(huì)得到提高。房屋也從單純的砌體結(jié)構(gòu)變成了磚混結(jié)構(gòu)。

汶川地震后,北京市從2009年初就開(kāi)始對(duì)現(xiàn)有中小學(xué)、幼兒園,以及醫(yī)院等公共建筑進(jìn)行抗震加固大修,針對(duì)的主要就是砌體結(jié)構(gòu)的房屋。

而即使加固成了磚混結(jié)構(gòu),要保證抗震性能還必須滿(mǎn)足一些條件,比如限高。普通住宅樓磚混結(jié)構(gòu)可以建到6層,而學(xué)校、醫(yī)院由于開(kāi)間面積比較大,本來(lái)支撐就少,承載能力相對(duì)較弱,如果樓層過(guò)高,就容易倒塌,因此,一般情況下只能建到5層,有的寬度達(dá)到了6-9米,則最多只能建3層。

苗啟松告訴記者,磚混結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是新建建筑的優(yōu)先選擇了。由于磚混結(jié)構(gòu)的主要材料還是比較脆,其抗剪、抗拉和抗彎強(qiáng)度較低,尤其不適合大跨度的建筑物,因此,其被規(guī)定的建筑壽命最多為50年,而且要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)抗震7度。

鋼結(jié)構(gòu)建筑要保證焊接質(zhì)量

據(jù)苗啟松介紹,目前比較常用的抗震性能相對(duì)較高的是混凝土結(jié)構(gòu)的建筑,包括剪力墻和框架結(jié)構(gòu)兩種。

剪力墻通俗地理解就是把磚砌的墻換成鋼筋混凝土的,混凝土擁有較強(qiáng)的抗壓能力,這樣的墻板更能夠承受來(lái)自豎向和水平方向的力。如今,大部分高層住宅樓采用的多是這種結(jié)構(gòu),因?yàn)樽≌拿娣e不會(huì)很大,并且被分割成多間,就需要更多的墻板,墻板承重能力越好,房屋的抗震性自然就越強(qiáng)。

而框架結(jié)構(gòu),可以被形象地認(rèn)為是用鋼筋混凝土澆灌成承重的梁、柱,組成建筑物的骨架,同時(shí),房屋墻體不承重,僅僅是起到圍護(hù)和分隔的作用,一般由輕質(zhì)板材砌筑或裝配而成,樓板則同樣是混凝土的現(xiàn)澆板。

框架結(jié)構(gòu)則通常用于商業(yè)建筑,比如寫(xiě)字樓,還有一些醫(yī)院、學(xué)校,因?yàn)檫@些建筑的開(kāi)間都比較大,沒(méi)有那么多承重墻。由于框架結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是“組裝式”的,方便產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),不但對(duì)環(huán)境影響小,還可以節(jié)省大量人工費(fèi)用和時(shí)間。因此,在國(guó)外,框架結(jié)構(gòu)成為了一種建筑流行趨勢(shì),一些住宅項(xiàng)目也在紛紛應(yīng)用。

“從汶川地震的情況來(lái)看,磚混結(jié)構(gòu)建筑確實(shí)損毀比較嚴(yán)重,不過(guò)這是由于大多數(shù)建筑沒(méi)有按照抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造或者加固造成的。事實(shí)上,我們還發(fā)現(xiàn)在一些混凝土結(jié)構(gòu)的建筑中主要是框架結(jié)構(gòu)的建筑也損毀得很厲害?!?苗啟松說(shuō)。

苗啟松在汶川地震廢墟現(xiàn)場(chǎng)曾看到一個(gè)框架結(jié)構(gòu)的建筑,一層是大商場(chǎng),樓上是住宅,由于骨架造得太細(xì),樓層又多,地震中,整個(gè)一層都已經(jīng)不見(jiàn)了。“這就是典型的不符合抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的做法?!?/p>

而最被人們津津樂(lè)道的“五星”建筑結(jié)構(gòu)還要數(shù)鋼結(jié)構(gòu),這是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)是以鋼材為主要結(jié)構(gòu)材料的。而鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大、柔韌性好,可以承受較大變形,能很好地承受動(dòng)力荷載,因此,具有很好的抗震能力。

當(dāng)然,如果是一座鋼結(jié)構(gòu)的建筑自然造價(jià)不菲,一般而言主要是新建城市重點(diǎn)建筑工程,尤其是超高層或者跨度非常大的建筑。以北京奧運(yùn)會(huì)為例,鳥(niǎo)巢、水立方、五棵松體育館等都是這種結(jié)構(gòu)。此外,國(guó)家大劇院、新央視大樓、新北京電視臺(tái)也都是鋼結(jié)構(gòu)建筑。

但是,苗啟松告訴記者,鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好需要建立在焊接質(zhì)量有保障的情況之下,否則整個(gè)結(jié)構(gòu)性能就會(huì)受到很大影響,地震的時(shí)候焊接處容易出現(xiàn)斷裂?!案鶕?jù)目前國(guó)內(nèi)的建筑施工水平,普通鋼結(jié)構(gòu)建筑的焊接質(zhì)量還不能完全保證?!彼寡裕拔覀兗毙枰慌辛己眉夹g(shù)素養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)工人。”

另類(lèi)建筑抗震設(shè)計(jì)需花大力氣

有建筑設(shè)計(jì)師提出,塔樓比板樓的抗震性能好。苗啟松則認(rèn)為,兩者都是剪力墻結(jié)構(gòu),其實(shí)性能差別并不大,如果必須比較,那么塔樓的長(zhǎng)寬比例比較小,兩個(gè)方向上的受力會(huì)相對(duì)均勻一些。

在他看來(lái),老百姓在選購(gòu)房屋的時(shí)候比較塔樓、板樓的意義確實(shí)不是很大,不過(guò),如果碰到一些“奇形怪狀”的建筑,還是盡量“躲”遠(yuǎn)點(diǎn)。

“那些另類(lèi)建筑,即使在設(shè)計(jì)和建造上花再多的錢(qián)去提升抗震性能,當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)也比不過(guò)那些規(guī)規(guī)矩矩的建筑來(lái)得穩(wěn)當(dāng)?!泵鐔⑺烧f(shuō),在建筑設(shè)計(jì)中講究的是概念設(shè)計(jì),這是一個(gè)非常完整并且全面的設(shè)計(jì)過(guò)程,所有創(chuàng)意、想法最終需要統(tǒng)一到理性思維?!岸^(guò)于怪異的建筑在概念設(shè)計(jì)上,就不滿(mǎn)足建筑抗震規(guī)范中的強(qiáng)制性條文——規(guī)制性要求?!?/p>

至于超高層建筑,只要把地震荷載取大一點(diǎn),設(shè)計(jì)保守一點(diǎn),以及采取一些其他的抗震措施,老百姓也是可以放心的。比如把原來(lái)使用的混凝土剪力墻換成鋼板剪力墻,或者在建筑中增加一些效能減震器,可能是一面墻也可能是一個(gè)撐子,當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí),這部分結(jié)構(gòu)會(huì)先吸收地震釋放的能量,即使破壞了,也不會(huì)影響整座建筑的穩(wěn)定。盤(pán)古七星大樓就應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)。

不過(guò)最保險(xiǎn)的做法是在建筑物下面鋪一層隔震墊,讓地震影響不到上面的建筑。苗啟松表示,唐山一所學(xué)校已經(jīng)使用了該技術(shù)?!敖鼇?lái)幾次4級(jí)左右的地震,在那樣的建筑里根本不會(huì)有任何的感覺(jué)?!睋?jù)了解,該技術(shù)會(huì)讓建筑造價(jià)高出10%左右。

文/記者 胡珉琦 編輯 陳永杰 視覺(jué)設(shè)計(jì) 李利峰 校對(duì) 李云鳳

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