试论民房建筑结构的抗震能力及抗震措施
关键词：结构抗震；民房建筑；刚性抗震；柔性抗震；
1、地震对建筑结构的破坏机理
对建筑结构来讲,地震对建筑物的破坏作用是通过其所在场地、地基及基础将地震力传递给上部结构的,地震力所产生的地震加速度峰值在地表首先导致场地岩层断裂或错位,从而引起地基及基础的开裂,在地震纵波与横波的纵向、横向加速度峰值共同作用下,建筑结构的下部结构发生剧烈震动,同时在建筑结构本身的自重加速度综合作用下,地震力及建筑结构本身的重力形成了不定向的巨大合力,由于常规的建筑结构所用的材料为砖、石及混凝土等脆性材料,因此,在强震烈度条件下形成的这一巨大合力的冲切作用下,建筑结构发生突然的脆性破坏,从而导致建筑结构在极短时间内发生突然坍塌。
2、我国居民房建筑结构特点
城市居民房建筑结构对地震灾害具有一定的有效设防能力,
除施工质量隐患造成的小震级损毁外,通常只有在地震灾害的烈
度超过设防的地震烈度等级情况下建筑结构才会发生严重的破坏。同时,我国乡镇、乡村居民房在建筑结构类别、采用的建筑材料类型及设计与施工程序上呈现出结构简单、类别迥异、差别明显的特点,通常,乡村居民房分布广、数量多,建筑结构以砖、石砌体为主,设计与施工过程中一般没有对建筑结构抗震性能进行严格考虑。因此,由于其自身结构特点造成的抗震、抗灾能力薄弱,使得一旦地震等自然灾害发生,哪怕是震级相对较小、烈度相对较低的地震对其毁损程度以及对人民群众的财产和生命安全造成的损毁性后果是相当严重的。
3、民房建筑结构抗震能力提高措施
3.1提高建筑结构抗震能力的设计措施
3.1.1建筑结构抗震能力的总体设计理念
为保证建筑结构在强震烈度条件下良好的抗震能力,在建筑结构设计时,应充分考虑建筑物的结构体系控制设计,尽量选用体形简单、规则、平面对称、抗侧向力的体系刚度与承载能力变化连续以及质量变化相对均匀的设计方案。
3.1.2建筑结构局部抗震设计措施
1)场地选择与基础抗震设计。
在建筑结构设计时,应对场地进行抗震评价,通过对地震地质、工程地质、地形地貌以及岩土工程环境等场地条件的分析,研究场地条件对基础和上部结构震害的影响,从而合理地选择有利的建筑场地以及地基或结构抗震措施,避免和减轻地震对建筑物或工程设施的破坏[3]。
建筑结构场地选取时宜选择对抗震有利的地质地形条件,应避开采空区、软弱黏性土、非岩质陡坡等不利地段,同一结构单元不宜设置在性质截然不同的土层上,对软弱土、土层不均匀的地基应尽量保证上部结构的整体性和刚性。对于建筑结构的基础抗震设计,除常规的保证建筑结构基础的整体性,以加大钢筋混凝土用量等为措施来提高基础的刚性抗震能力外,在结构物底部与基础面之间设置防震胶垫以减缓地震波冲击力的柔性抗震措施对提高建筑结构抗震能力是很有效的。
2)建筑结构局部加强措施。
从地震破坏机理角度,地震纵波首先到达地表,引起建筑结构的上下震动,结构自重惯性力及纵波引起的地震惯性力共同作用使建筑结构主体结构(或骨架)与其他连接构件之间的连接部位形成薄弱环节,一旦发生地震，建筑结构主体(尤其是框架结构的框架)相对完好,但楼板及后砌墙严重损毁坍塌,造成了严重的灾难性后果。因此,对于主体结构(或骨架),相互之间的连接应可靠,传力途径应明确,截面形式应合理;主体结构(骨架)与其他结构或构件(楼板、后砌墙及其他附属构件)之间的连接确保牢固。
3.2抗震材料的应用与研究
3.2.1采用抗震性能良好的材料
木质结构有效防止地震灾害对建筑结构的毁损,这主要是因为木材是一种构件间连接工艺良好、质量相对较轻、材质相对均匀的柔性破坏材料。而常用的砖、石、混凝土等脆性破坏材料建筑结构的损伤程度相对较高,强震烈度条件下脆性材料的脆性破坏是造成地震灾难的潜在原因。因此,对于地壳运动发育的地震多发带,在综合考虑保暖、防火等多种因素的情况下,宜尽量采用抗震性能相对良好的钢(铝合金)结构、木质结构及轻型复合材料等建筑材料作为主体材料是提高建筑结构抗震能力的有效措施。
3.2.2抗震新技术的研究
超出传统的刚性抗震(以加大建筑结构面积为出发点)思想理念,在提高建筑结构抗震能力研究中以实践为基础、以科学为指导大胆探索柔性抗震新技术、新理念是战胜地震灾害最有效的新途径。在基础和地基之间加防震胶垫以减缓地震波冲击力的柔性隔震技术,以及把建筑物的某些非承重部分设计成消能杆件或在建筑物的某部位装设消能装置以达到建筑震动能量消耗或削减目的的消能技术是当前建筑结构抗震的新技术。
3.3施工质量是结构抗震的有效保证
经相关方面分析比较,除建筑物结构设计方面的因素外,建筑结构的施工质量是导致地震灾害不同结构的重要原因。从抗震设计角度确保建筑结构强震烈度有效设防的同时,将国家财产与人民生命安全放在极其重要的地位,为使建筑结构竣工的实体实际抗震能力与设计阶段的抗震设防能力相一致,在施工中确保工程质量是建筑结构具备良好抗震能力的有效保证。
4、关注乡村民房建筑结构抗震措施
为使在地震等自然灾害面前广大人民群众生命和财产安全得到保障,首先,有关部门应对乡村居民房的建设予以足够的关注,通过宣传、教育让广大乡村居民了解当地的地震烈度情况,同时,集中国家相关的抗震技术人员从技术的角度提供一套对当地地震烈度可以有效设防的民房建筑标准。其次,结合当地经济与民房建筑结构类型特点,应对新建的民房建筑从建筑材料的合理应用、建筑结构抗震的具体措施等方面加以一定的技术指引,使我国民房建筑结构抗震成为一个具有全民意识的行为。
5、结语
当地震烈度大于5度时,地震对房屋等建筑结构的稳定性产生影响,我国大部分地区对房屋等建筑结构的抗震设防烈度为6度～7度,某些特殊建筑结构物抗震设防烈度达到8度。当地震烈度在设防范围内时,建筑结构物相对完好,也即我国现行的建筑结构设计规范有能力对地震烈度为7度～8度以内的地震进行有效设防。
强震烈度条件下由于建筑结构破坏而遭受的大量损失中,数量众多、抗震设防能力相对很低的普通居民房坍塌毁损与人员伤亡所占的比例是极大的,对大型建筑结构抗震深入研究的同时,应对提高普通民房的抗震能力以足够的关注。
参考文献:
[1]王亚勇,戴国莹.建筑抗震设计规范算例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:4.
[2]GB5001122001,建筑抗震设计规范[S].
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[4]刘华新.重视抗震概念设计,提高工程设计质量[J].辽宁工学院学报,2005,25(3):33237.