抗震建築,是指在抗震設防烈度為6度及以上地區必須進行抗震設計建築。從全球的重大地震災害調查中可以發現,95%以上的人命傷亡都是因為建築物受損或倒塌所引致的。探討建築物於地震中受損倒塌的原因,並加以防範,從工程上建造經得起強震的抗震建築是減少地震災害最直接、最有效的方法。提高建築物抗震性能,是提高城市綜合防禦能力的主要措施之一,同時也是防震減災工作中一項“抗”的主要任務。
基本介紹
- 中文名:抗震建築
- 設防等級:劃分為12個等級
- 防震等級:防烈度為6度及以上
- 結構:防烈度為6度及以上
- 類別:民生安全
背景
結構
又叫現澆結構,它是以梁和柱來承重,它的梁,柱還有樓板都是現澆而成的。
“混”是指由鋼筋、水泥、砂石、水按一定比例配製的鋼筋混凝土配料,包括樓板、過梁、樓梯、陽台、排檐。這些配件與磚做的承重牆相結合,可以稱為磚混結構住宅,由於抗震的要求,磚混住宅一般在5層、6層以下。
由於混凝土的抗拉強度遠低於抗壓強度,因而素混凝土結構不能用於受有拉應力的梁和板。如果在混凝土梁、板的受拉區內配置鋼筋,則混凝土開裂後的拉力即可由鋼筋承擔,這樣就可充分發揮混凝土抗壓強度較高和鋼筋抗拉強度較高的優勢,共同抵抗外力的作用,提高混凝土梁、板的承載能力鋼筋與混凝土兩種不同性質的材料能有效地共同工作,是由於混凝土硬化後混凝土與鋼筋之間產生了粘結力。它由分子力(膠合力)、摩阻力和機械咬合力三部分組成。其中起決定性作用的是機械咬合力,約占總粘結力的一半以上。將光面鋼筋的端部作成彎鉤,及將鋼筋焊接成鋼筋骨架和網片,均可增強鋼筋與混凝土之間的粘結力。為保證鋼筋與混凝土之間的可靠粘結和防止鋼筋被鏽蝕,鋼筋周圍須具有15~30毫米厚的混凝土保護層。若結構處於有侵蝕性介質的環境,保護層厚度還要加大。
梁和板等受彎構件中受拉力的鋼筋,根據彎矩圖的變化沿縱向配置在結構構件受拉的一側(見鋼筋混凝土梁)。在柱和拱等結構中,鋼筋也被用來增強結構的抗壓能力。
一是順壓力方向配置縱向鋼筋,與混凝土共同承受壓力;
另一是垂直於壓力方向配置橫向的鋼筋網和螺旋箍筋,以阻止混凝土在壓力作用下的側向膨脹,使混凝土處於三向受壓的應力狀態,從而增強混凝土的抗壓強度和變形能力(見鋼筋混凝土柱)。由於按這種方式配置的鋼筋並不直接承受壓力,所以也稱間接配筋。在受彎構件中與縱向受力鋼筋垂直的方向,還須配置分布筋和箍筋,以便更好地保持結構的整體性,承擔因混凝土收縮和溫度變化而引起的應力,及承受橫向剪力。
套用範圍
鋼筋混凝土結構在土木工程中的套用範圍極廣,各種工程結構都可採用鋼筋混凝土建造最近若干年來,鋼筋混凝土結構在原子能工程、海洋工程和機械製造業的一些特殊場合,如反應堆壓力容器、海洋平台、巨型運油船、大噸位水壓機機架等,均得到十分有效的套用,解決了鋼結構所難於解決的技術問題。
通俗地講,磚混結構是以小部分鋼筋混凝土及大部分磚牆承重的結構,又稱鋼筋混凝土混合結構。
因為磚混結構的主要承重結構是粘土磚,所以磚的形狀及強度就決定了房屋的強度。
可以這樣說,磚的形狀越規則,砂漿的強度越高,灰縫越薄越均勻,砌體的強度就越高,房屋的耐用年限就越長。
磚混結構住宅中的“磚”,指的是一種統一尺寸的建築材料,也有其他尺寸的異型粘土磚、如空心磚等。
“混”是指由鋼筋、水泥、砂石、水按一定比例配製的鋼筋混凝土配料,包括樓板、過梁、樓梯、陽台、排檐。這些配件與磚做的承重牆相結合,可以稱為磚混結構住宅。由於抗震的要求,磚混住宅一般在5層、6層以下。
磚混結構一般指把磚砌體用作內外承重牆或隔牆,樓蓋、屋蓋、梁、柱(也可是磚柱)是鋼筋混凝土作用在牆柱上的荷載,主要是由梁板傳來的屋蓋、樓蓋上的活、恆荷載,它通過牆柱基礎傳到地基。作用在縱牆上的水平荷載(如風荷)一部分直接由縱牆傳給橫牆,另一部分則通過屋蓋和樓蓋傳給橫牆,再由橫牆傳至基礎,最後傳給地基,承重牆的厚度及長度是根據強度和穩定性的要求,通過計算來確定的。
在磚混結構中的梁有門窗過梁、圈樑、雨蓬梁、陽台梁、樓梯梁等,這些梁的長度、配筋和截面尺寸,除圈樑是按構造配筋外,其它都是通過計算設計的,圈樑主要作用是提高房屋空間剛度、增加建築物的整體性,提高磚石砌體的抗剪、抗拉強度,因此圈樑不是承重梁,當圈樑用作過梁時,只在過梁部位按設計配筋,其它部位仍是按構造配筋,有許多把圈樑當作承重梁對待,隨意將圈樑下牆體敲掉,則留下了不安全的隱患。 簡單點,用磚和混凝土做承重的建築就是磚混結構。
板柱結構一般以鋼筋混凝土材料為主。柱為方形,樓板用實心平板,在柱網尺寸大於6米的建築中,為減輕樓板自重,可採用雙向密肋板或雙向暗密肋內填輕質材料的夾心板,或預應力混凝土平板,在樓板與柱的連線處,將柱頂部擴大做成柱帽,以增強樓板在支座處的強度和減少樓板的跨度。有時因建築造型的需要,不設柱帽,但需採取局部加強措施。高度較高且受較大側向外力的板柱結構,需要增設剪力牆或其他抗側向力構件,以限制結構的水平位移,增強抗地震、抗風的能力。
防震標準
四不
這是指地震所引起的地震動烈度太大超過預期的標準。建築物的抗震設防標準是經過科學統計分析而計算出的各地的地震危害程度,並綜合考慮經濟與風險等因素而決定的。在極端情況的大規模地震下,實際地震烈度還是有可能超過設防標準的。以1999年台灣地區“9·21”集集地震為例,集集地震是因為車籠埔斷層(逆沖斷層)活動而造成,在當時因為對車籠埔斷層的調查研究還不夠充分,以致低估了它的地震危害程度;因此,耐震設計規範只將車籠埔斷層附近區域的設計地震定為0.23g(約相當於中國烈度標準的8度),但災區實際的地震動超過0.4g(相當於中國烈度標準的9度),因而在車籠埔斷層附近區域造成了相當大的災害。此次汶川地震也有許多類似的地方,同樣是逆沖斷層龍門山斷層活動引起,在災區附近的實際地震動烈度遠大於抗震設防標準烈度,而導致嚴重的災害。這樣的情況是世界各國都普遍存在的問題,必須加強活動斷層的調查研究與地震危害評價,這需要政府與負責單位投入更大的經費與人力。
地震中倒塌的房子如果不符鋼筋水泥建造的基本要求,鋼筋嚴重缺乏,沒有達到鋼筋量的最低要求,水泥強度有問題,嚴格來說,這些都不能稱為鋼筋水泥建造的房子,它的抗震能力比磚石造的房子好不了多少,地震倒塌時瞬間變成巨大的石塊堆將人活埋,這是造成慘重傷亡的主因。這些建築可能設計不當或者根本未經專業(抗震)設計。建築物的設計必須依據抗震設計規範的規定,配合學理的分析驗算來決定柱、梁及牆等主要抗震構材的尺寸與配筋,並且需符合詳細的耐震設計與施工細節標準;這樣的房子縱使遭遇超過設防標準的地震而破壞,也不致於發生完全坍塌成石堆的現象,人命的傷亡還是可以得到相當降低的。
設計只是提出一些設計圖說,此一階段可以說是紙上談兵,建築物必須經過施工才能真正的實體呈現。一個精良的設計若施工不良一樣會造成災難,尤其是鋼筋水泥建造的房屋,除了鋼筋與水泥的強度需要符合標準外,還有許多施工細節必須切實遵守,諸如鋼筋擺放的數量、位置、搭接位置、彎鉤角度與箍筋間距等都對抗震能力有決定性之影響。這在全球的震災調查結果與試驗研究中是一再被確認的。
使用維護不善
建築物在設計時都是根據原定的使用條件(用途)加以分析設計,若用途變更也可能導致載重變化而影響其抗震能力。更常見的是在房屋建造後,因為某些使用上的需要就直接敲除牆,甚至連柱子都敲除。有時為了增加使用空間而在屋頂增建。以上這些作為若未經詳細的工程分析並做必要之加固,都會導致房屋抗震能力嚴重下降,而在強震中受到嚴重威脅。
一沒有
地震災害的某些特徵和其它的天然災害不同,使得無論是政府官員還是民眾都容易缺乏地震防災意識。拿颱風造成的洪災和地震這兩種天然災害來比較:台灣地區洪災的規模雖然較小,但幾乎每年都會發生,且可以有幾天到幾小時的預警,人們比較容易有警惕;反觀地震災害雖然損失往往十分慘重,卻數十年才發生一次,且通常沒有預警,人們容易遺忘。
隨著社會經濟的發展,我們的社會應該越來越重視防災工作,如果有防災意識的話,那些早期建造、抗震不足的房子就應該進行加固工程,地震的傷亡必定也會大大地降低。
設防
設防等級
現行抗震設計規範適用於抗震設防烈度為6、7、8、9度地區建築工程的抗震設計、隔震、消能減震設計。
設防標準
地震作用應高於本地區抗震設防烈度的要求,其值應按批准的地震安全性評價結果確定;抗震措施,當抗震設防烈度為6~8度時,應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求,當為9度時,應符合比9度抗震設防更高的要求。
乙類建築
地震作用應符台本地區抗震設防烈度的要求;抗震措施,一般情況下,當抗震設防烈度為6~8度時,應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求,當為9度時,應符合比9度抗震設防更高的要求;地基基礎的抗震措施,應符合有關規定。對較小的乙類建築,當其結構改用抗震性能較好的結構類型時,應允許仍按本地區抗震設防烈度的要求採取抗震措施。
丙類建築
地震作用和抗震措施均應符台本地區抗震設防烈度的要求。
丁類建築
一般情況下,地震作用仍應符合本地區抗震設防烈度的要求;抗震措施應允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低,但抗震設防烈度為6度時不應降低。
當抗震設防烈度為6度時,除規範有具體規定外,對乙、丙、丁類建築可不進行地震作用計算,但仍採取相應的抗震措施。
設計常識
(一) 應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。
(二)應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。
(三) 應具備必要的抗震承載力,良好的變形能力和消耗地震能量的能力。
(四)對可能出現的薄弱部位,應採取措施提高抗震能力。 抗震設計儘量做到建築平面和立面規則、減少大懸挑和樓板開洞、總質量小且沿平面和立面分布均勻、剛度柔並不出現凸變。
(1)選擇對抗震有利的場地、地基和基礎,
(2)選擇對抗震有利的建築平面和立面,
(3)選擇技術上、經濟上合理的抗震結構體系,
(4)處理好非承重結構構件與主體結構的關係,
(5)注意材料的選擇和施工質量。
設定鋼筋混凝土構造柱,牆體之間要有可靠的連線,設定鋼筋混凝土圈樑,樓蓋、屋蓋構件具有足夠的搭接長度和可靠的連線,加強樓梯間的整體性,採用同一類型的基礎。
材料
聚乙烯(PE發泡),EVA,EPE,橡膠,海綿等相關材料的製品加工,廣泛用於設備包裝,儀器儀表內墊外包,運輸業的緩衝抗震。
傳統防震
中國傳統建築抗震防震方法
中華民族不但自文明伊始就睿智地選擇了木材等有機材料作為結構主材,而且發展形成了世界上歷史最悠久、持續時間最長、技術成熟度最高的結構體系—柔性的框架體系。我國木結構技術的發展,若僅從浙江餘姚河姆渡遺址算起,迄今至少已有近7000年的歷史。作為對比,西方數千年中一直採用承重牆體系,直到工業革命以來、近現代科學技術發展之後,才意識到框架結構的優越性,遂開始大規模地普及,更值得玩味的是,這種框架體系仍然是“以剛克剛”。而中國的傳統木結構,具有框架結構的種種優越性,如“牆倒屋不塌”的功效,但其柔性的連線,又使得它具有相當的彈性和一定程度的自我恢復能力。這次汶川大地震中,許多文物建築的牆體均不同程度地受損,但主體結構仍未倒塌,就是這種柔性框架結構抗震能力的表現。
我國古代很少建造平面複雜的建築,主要採用長寬比小於2:1的矩形。規則的平面形態和結構布局有利於抗震。傳統建築往往是中間的一間(當心間)最大,兩側的次間、梢間等依次縮小面寬,這樣的設計非常有利於抵抗地震的扭矩。
日本建築法
室內避震
避震要點
震時就近躲避,震後迅速撤離到安全地方,是應急避震較好的辦法。避震應選擇室內結實、能掩護身體的物體下(旁)、易於形成三角空間的地方,開間小、有支撐的地方,室處開闊、安全的地方。
身體應採取的姿勢
伏而待定,蹲下或坐下,儘量蜷曲身體,降低身體重心。
抓住桌腿等牢固的物體。
保護頭頸、眼睛,掩住口鼻。
避開人流,不要亂擠亂擁,不要隨便點明火,因為空氣中可能有易燃易爆氣體。 地震預警時間短暫,室內避震更具有現實性,而室內房屋倒塌後形成的三角空間,往往是人們得以倖存的相對安全地點,可稱其為避震空間。這主要是指大塊倒塌體與支撐物構成的空間。
室內易於形成三角空間的地方是:
炕沿下、堅固家具附近;
內牆牆根、牆角;
廚房、廁所、儲藏室等開間小的地方。