继汶川大地震千万座建筑倒塌后,9月1日攀枝花6.1级地震,又造成四川、云南两省一万五千多间受损或倒塌。当我们从倒塌的乱石中找到遇难的同胞,我们悲痛欲绝之后,一定要认真面对这样的问题:提高建筑质量,提高房屋的抗震性......
怎么样才能造出不怕地震的房子?近日,一位喜欢“砖”的结构工程师在自己的博客里发表意见,其建筑理论与个人见地颇有意义,值得共赏......
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怎么样才能造出不怕地震的房子?
也许有人说,专业上应该叫抗震设计吧?其实设计虽然极为重要,但只是其中一个环节,况且抗震的抗字也不准确。和大自然一味抵抗的思路是错误的,应该和自然讨价还价,和睦相处。所以要采用耐震这类词语。我们的设计原则是“小震不坏,大震不倒”。就是说在汶川唐山这么大的地震下,建筑物不倒塌或者坍塌,让人可以不死少伤,把伤亡率降到最低。无限抗震的房子在经济上是不存在的。
第一,选址。这次的山体滑坡的照片大家都看到了,地址错误是致命的。即使建筑物再完整,也可能被整体掩埋,或被外物撞击毁坏,或者整体滑入泯江。这只是从结构上考虑,而选址牵涉交通政治经济各个层面,此不多述。
第二,结构形式。刚才读到一篇文章,建议中国淘汰砖混结构。也许作者是学建筑学的,不是学建筑结构的,说得有点偏差。中国的砖混结构主要用在多层,一般是六七层以下的建筑,大量的是住宅。而稍大跨度,低高层,中高层等,采用的是框架。再往上的高层,超高层就采用框筒,剪力墙,筒中筒等其他结构形式。至于淘汰,可以欣慰地告诉各位,随着经济和科技的发展,中国近年来已经逐步禁止使用预制板建筑,特别是那种在汶川废墟中看到的空心板。比如四川省建设厅2003年颁布的“政策文件:关于在民用建筑中禁止使用预制混凝土板的通知”:
遗憾的是,对于全中国已建的大量预制板建筑,我们要花几十甚至上百年来淘汰重建。中国的经济还没有发展得那么快。个人觉得,砖混作为一种结构形式,不可能,也没有必要淘汰。随着圈梁构造柱的增多完善,百分之百的砖结构已经逐步不存在,和框架结构的界限越来越模糊。(术语,这里砖结构指靠砖墙承重)。当然,美国的独立住宅大都是木结构,外面的砖墙或者文化石只是围护和建筑要求,不承重。
第三,基础。建筑物基础的设计和施工是极难控制也是极其重要的。不均匀的沉降导致整个建筑失稳,加剧了地震损失。不要忘记建筑物是造在地上的,而地震就是大地的水平垂直等综合变形移动。
第四,上部结构。学结构的都知道,抗震有个“强柱弱梁,强节点弱构件”的谚语。解释一下:中国用不起大量的木材甚至钢材,钢筋混凝土还是主导。而混凝土抗压不抗拉,钢材就起着抗拉的角色。地震来时,有横波纵波两种基本波动。横波导致大地上下振动,对建筑物并不可怕,因为中国的柱子的抗压几乎不是设计控制。(上下振动对构筑物,桥梁等则可能有同等危害。)而可怕的是纵向波,也叫疏密波,导致建筑物横向振动,这次汶川地震的房屋横向振动变形以米计算!(振动,不是震动)。柱子的强度和侧向刚度受到致命的摧残。而梁的跨度相对于建筑物高度一般较小,又几乎是受弯构件,必须比相应的柱子要弱些。一些不学结构的抱怨废墟中的梁太细小,我看了觉得不见得是坏事。
也许讲得太深了,简单地说,梁断了,死半个房间的人,柱断了,死一楼的人。我曾经做了一个1米6高的28层楼模型作为我的论文,放在地震台上晃动。结果最下面两层完全粉碎性坍塌,柱子全部破坏,然后导致整栋28层楼倒塌。这种破坏在台湾921大地震和这次汶川地震中都得到了证实。所以很多高楼的人地震时往下跑,结果压死在底楼,而留在楼上的反而只是受伤。
至于“强节点弱构件”则容易理解一些。学过焊接的知道,破镜重圆,怎么也没有原来的结实。梁和柱,柱和板的连接总是最薄弱部位。如果节点破坏,真个建筑就是一堆积木。当然,节点是人工连接的,这也是为什么中国开始淘汰预制建筑。而不作抗震设计的地方如新加坡,仍然大量采用预制建筑。
第五,施工质量。混凝土的标号,钢筋的正确等级,数量,位置,施工方法与过程的正确。这个属于监理和建筑商的良心。不多述。
第六,装潢。过渡的装潢导致原来结构的削弱,或者挂装物本省的不稳固,不经结构工程师的签字的装潢,都是地震中的杀手。
第七,抗震思路。一个基本原理就是耗能。让房子能够变形、移动,能多晃一会儿,弯弯扁担,但是不倒。你看一下路过的汽车,在坑坑洼洼的路上,轮子上下直颠,但车里人不觉得什么,因为用了减震系统。如果你爱运动,你见过一个摩托车手或者滑雪者从高速状态跌下来,那种翻滚十几圈的可能还活着,而一跌到位的十有九死。抗震设计,要求构件有耗能措施,比如墙板中不怎么受力的部位要故意做薄,地震一来墙碎了,但房子不倒。
中国以前的木结构房屋是很抗震的,地震来时,大地移动,但木柱子是架在地面的石板上的,地动房不动。而且木结构本身也允许更多的各向变形。后来农村富裕了,开始大量用砖头做楼房,也就是上面说的砖混结构,这种抗震优势一下子没有了。缺少专业教育的当代国人还继续在把数千年的旧房子形式抛弃,连同很多很多千年的智慧都扫进了历史的垃圾堆,很可惜,很可惜。
美国加州的伯克利大学采用了中国这种古老的抗震原理,在很多高层建筑和超高层建筑物底部加了塑胶垫子,可以错动,并且在屋顶加了减震陀,尽一切可能消耗地震能量。
第八,民众住宅的管理。美国的每一座建筑物,无论是个人住宅还是一个马房,甚至换一个窗户,都要有相关部门审批。而中国广大农村的千千万万个建筑住宅施工,都是几个农民师傅在做,不必也没有乡里村里的建筑质检部门步步把关签字,看着真让人揪心哪。中国要步入发达国家还有漫长的路。
第九,抗震科技。不夸张地说,中国的抗震规范和地震多发的日本美国的差距已经很小。大学和研究所都是数理化出生,牛角尖钻得很多。但是其他方面的研究,比如监理体制,建筑材料,建筑机械,施工方法这些貌似不上档次的东西,却有着大学问。
第十,国家发展。牵涉到经济,政治,道德,法制,教育的各个层面。我很高兴地看到中国在这条正确的道路上大踏步地走着。我对中国的未来充满信心。
房子抗震是个很大的题目,本文很多地方只能蜻蜓点水,没有全面的说,说多了也显枯燥,就这样吧。让我们为了祖国和世界人民少受地震的苦难,各自在自己的行业尽一份力!
博文来源:猫扑网 (玉婷博客)
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