震不倒的建筑
地震中的伤亡往往是建筑倒塌造成的,当灾害来临,建筑究竟是我们的死地还是生机?
古建筑为何不倒?
在2008年5月12日震后,报恩寺广场成了平武县城居民的临时避难所。这座占地2.7万平方米的古建筑群落建于1460年(明天顺四年),历经1536年、1615年、1657年、1756年以及1976年的数次大地震,在此次汉川地震的影响下,木构造脱样,墙体开裂,但没倒塌,更没有造成人员伤亡。
地震中不倒的古建大多有着严整对称的平面布局,建筑的开间由中间向两边逐渐减小。这样布局的木结构建筑无论是横向还是纵向,刚度中心和质量中心基本合一,减少了结构薄弱点,能有效地消解地震的扭转效应。
从地基部分开始,古建筑的建筑方式就为消解震动能量做了准备:尽量选定坚实的土地,基底深挖,打入木桩,填入碎石灌上砂浆,铺筑若干层的灰土,具有阻尼作用。木材虽然容易变形,但具有相当好的柔性和弹性,经过榫卯联接,整个木构架抗拉的性能非常好。如果以现代结构力学的方法计算,古建筑中的木柱截面过大,布局过密,常常是不必要的,而正是这样“浪费”的做法加强了古建筑的抗压性能。
当然,在抗震方面有着超常结构优势的木结构建筑也存在着很多问题,比如防火性能差,原材料短缺,承重能力、建筑高度、跨度都有局限,并不能完全满足现代建筑的复杂需求。
从加固到隔震减震
1995年的日本阪神大地震,20秒钟内,神户城倒塌房屋5万多幢,相比之下,虽不算多,但由于建筑内部变形导致天然气爆炸等问题,引发了大规模火灾。很多现代地震实例证明,虽然塌毁建筑尽可能地减少了,经济损失却大得惊人。早期的抗震设计主要将注意力集中在如何让建筑承受住地震力上,以加强加固结构构件为主。这种方式的缺陷是增加建筑自重,也就增加了建筑本身的刚性和惯性,虽然可以确保“不倒”,却会受到强烈的地震影响,当地震烈度超出设防烈度时,结构会处在不安全的状态,即使建筑不塌毁,其变形也会难以恢复。
之后的建筑抗震设计重点逐渐转向隔震减震。现在的隔震技术主要是将隔震装置加在建筑物与地基之间,改变建筑与地基的连接方式,以装置的变形来消耗地震能量,降低建筑物的扭曲和摇摆幅度。地震发生时,隔震建筑中的人几乎没有震感。
与隔震相似的是消能减震技术,将建筑的某些受力构件(如支撑、剪力墙)设计成消能部件或某些节点、连接处上装设阻尼器,在风载、小震作用下,它们能够形成小规模形变适应受力;在强烈地震作用时,它们又能大量消耗输入结构的地震能量保护主体。消能减震技术在相当多的大型建筑中得到了应用。
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