浅谈地震与我国建筑抗震现状.docx

浅谈地震与我国建筑抗震现状截至5月3日尼泊尔内政部公布的最新数据显示，尼泊尔4月25日发生的8.1级强烈地震已造成7065人死亡，14123人受伤。尼泊尔地震原因虽然地震成因复杂，但从宏观上说，尼泊尔发生强震的主要原因是因为地处亚欧板块和印度洋板块的交界处，位于全球著名的地震带地中海-喜马拉雅地震带上，地质活动频繁。08年的四川8.0级地震也是因为地处喜马拉雅-地中海地震带上。全球有85%的地震发生在板块边界上，说明板块运动过程中的相互作用，是引起地震的重要原因。地中海-喜马拉雅地震带所在地从印度尼西亚经缅甸到中国横断山脉、喜马拉雅山区，越过帕米尔高原，经中亚细亚到地中海及其附近地区，其地震活动释放的能量占全球地震释放总能量的24%。另据尼泊尔文化、旅游和民航部下属考古司公布的数据，4月25日强烈地震已造成60余座印度教神殿倒塌，另有200多座神殿遭到部分毁坏。尼泊尔地震损失惨重的两个原因脆弱的建筑震级高主震达8.1级，而且还因为震源深度比较浅只有10-15千米。而在主震发生后的4小时里，至少出现了14次余震，其中大部分在四到五级以下，但其中一次达到6.6级。该地区的很多居民都住没有加固的砖房里，这种房屋的抗震能力相当有限。虽然震级每小一级，其释放的能量会小30倍，但是由于建筑已经遭到破坏，就算是较小的余震，也有可能让它轰然倒塌。山体滑坡严重另一个令人担心的问题就是山体滑坡。在这样的山区，泥土和岩石滚下山坡可能会将一些村子通往外界的道路堵死，甚至是将村庄摧毁。这会给当局抗震救灾的工作增加难度，也意味着信息的收集会比较缓慢，有时甚至会出现相互矛盾的信息。建筑抗震等级和地震等级的对应关系是怎样的？（1）抗震等级：是设计部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防标准”，根据烈度、结构类型和房屋高度等，而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例，抗震等级划分为四级，以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别。抗震设防烈度是某个地区的属性。比如说北京的抗震设防烈度是8度，上海的抗震设防烈度是7度。天工网建筑专家称抗震等级当然跟抗震能力相关，但并不是说一级的就一定比二级的好。抗震等级取决于抗震设防烈度、结构重要性、结构类型、结构高度。对于普通的钢筋混凝土结构，可以参见抗震规范里的这张表格。比如说，上海的一栋高层住宅楼，采用剪力墙结构，高度为100米。查表，上海设防烈度为7度，抗震墙结构高度大于80米，所以是二级。再比如说，济南的一栋高层写字楼，框架核心筒。继续查表，济南是6度区，所以框架核心筒的框架部分是三级，核心筒部分是二级。这张表适用于普通的钢筋混凝土结构，也就是所谓的丙类建筑。目前的抗震规范，已经把中小学校舍提高到了乙类建筑。换言之，医院、中小学校舍等等非常重要的建筑物，需要在这张表的基础上进一步提高，一般是查表的时候提高一个烈度。以上海为例，同样是小于24米的框架结构，如果是菜市场，那就按7度查表，也就是三级，如果是小学教学楼，那就要按7+1=8度查表，抗震等级为二级。也就是说，同一个地区、同一个结构类型、差不多高度的建筑物，中小学、医院等等通常要比菜市场、普通办公楼、住宅楼高一个抗震等级。抗震等级有什么用呢？主要体现在结构的各种内力调整和构造措施上。表1：柱截面纵向钢筋的最小总配筋率（百分率）比如一级框架结构的角柱，最小配筋率需要到达1.1%，而四级的角柱，最小配筋率达到0.7%就可以了。也就是说，在计算允许的前提下，抗震等级低的结构可以用更少的钢筋。（2）地震烈度：是国家主管部门根据地理、地质和历史资料，经科学勘查和验证，对我国主要城市和地区进行的抗震设防与地震分组的经 验数值，是地域概念。抗震设防类别分为甲、乙、丁类建筑，全国大部分地区的房屋抗震设防烈度一般为8度。 （3）震级是表示地震强度所划分的等级，中国把地震划分为六级：小地震3级，有感地震3-4.5级，中强地震4.5-6级，强烈地震6-7级，大地震7-8级，大于8级的为巨大地震。二级是抗震等级的表示；七级是抗震烈度的表示；两者不冲突，只是表示不同；抗震等级二级可以抗七级以上地震地震危害如此之大，知道了建筑抗震等级和地震等级的对应关系之后，我们在建筑结构设计时要如何有效增强建筑物的抗震能力减少人员和经济损失呢？1、建筑结构的主要隔震措施1.1建筑物地基采用特殊材料主要对建筑物基础部分进行特殊处理消减地震时的地震波，从而减少地震对建筑物的损害。传统上是在建筑物的基础部分交替铺上粘土、砂子，直接设置粘土或砂子垫层，在中国建筑史上，曾经有人以糯米为原材料，在建筑物的基础部分设置垫层，减少地震对建筑物的损害。近年来，在这方面的研究已经取得了突破性的进展，以沥青为原料研究出的一种特殊材料，一次设置隔震层效果更好。1.2建筑物基础设置隔震装置减震这一种隔震措施主要是在建筑物的基础与上部建筑物之间设置特殊装置。减少地震向上传递，最高可减少地震对建筑物传递能量的2/3，然而，这种措施的缺陷是不适用于高层建筑，因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑本身的自震周期，起不到减小地震对建筑物损害的目的。通常采用的办法有：摩擦滑移防震、粘弹性隔震等几种，设置的装置有橡胶垫、混合隔震装置等。通过在基础结构和上部部件之间设置隔震层。其中隔震支座能够安定持续地支撑建筑物重量，并且具有适当弹性恢复力，吸收地震输入能量。1.3建筑物层简隔震措施层间隔震这种方法主要适用于旧房改造，在施工方面具有简单、易操作的特点。与建筑物基础部分设置隔震装置相比，层间隔震额效果不是很明显，减震的效果可达到0.20.3的范围。这种方法主要是依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置或者消减地震能量，从而减小的证对建筑物的危害，设置的装置本身与基础隔震的相同。这也是通过引入隔震装置来延长结构的周期，避开地震能量相对集中的频段，改变结构动力的特性，并利用耗能装置来抑制结构的位移。1.4建筑物结构悬挂隔震悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来，也就是我们通常所说的悬挂结构，这样，当地震来临，地震的能量不会传递给悬挂起来的结构，从而减小地震的损害。这种隔震方式最常见于大型钢结构，大型钢结构总采用钢结构悬挂体系，以此隔震。大型钢结构一般分为主框架和子框架，在悬挂体系中，子框架通过锁链或者吊杆悬挂于主框架上，当地震来临时，主框架会随着地壳运动发生摇摆，但是，子框架和主框架之间是能够活动的锁链和吊杆，地震的能量到达这个部位的时候就会消弱，不至于传递到子结构产生惯性力。1.5建筑物走向设计抗震问题地震时由于地壳运动引起的，与地质结构有非常重要的关系。在建筑选址的时候，应充分考虑当地地质条件，分析当地地震的震向，让建筑物的走向和地震震向垂直，尽量避免两个走向平行。从汶川地震和玉树地震的实际情况来看，与地震震向平行的建筑物的倒塌率更高，与之相反，与地震震向垂直的建筑物则不太容易倒塌。研究发现，与地震震向平行的建筑物在发生地震时随地震波运动的幅度跟大，因此更容易倒塌。我们再建筑设计中有关抗震都坚持了小震不塌、大震能修的原则，虽然设计在抗震方面也采取了很多措施，但是，由于各种原因，还是不可避免的出现了在地震中因为建筑结构方面的问题而给人们带来巨大损失，建筑物走向设计抗震问题也是建筑物修建不容忽视的一面。国内建筑防震设计不足与建筑加固行业现状我国抗震房屋标准更新滞后历次震灾的经验表明，房屋倒塌是地震造成人员伤亡最主要的原因。而房屋抗震或抗倒塌能力首先决定于设防水准。中国也是地震频发国家，但设防水准却比日本低得多。自1923年关东地震后日本就提出房屋设计按照0.1的系数考虑地震力（相当于我国的7度）；1950年在全国范围内提高到0.2（相当于我国的8度）。在中国，与日本抗震标准大体相当的，只有北京、唐山、西安等少数几个地方，绝大多数国土面积，甚至在一些大都市的房屋抗震水平还停留在日本1923年以前的标准。我国的抗震设防标准，将建筑分为甲乙丙丁四类，其中对甲类和乙类建筑的抗震措施要求最高。如果抗震烈度设计是8度，该建筑能够抵抗烈度为9度的地震，才算完成“使命”。四川汶川地震如德阳、绵阳区划为6度，北川、绵竹、汶川、都江堰区划为7度，实际地震烈度比区划图中的设防烈度大了许多。据天工网统计，我国现有一大批五、六十年代建造的老房屋因超过了设计基准期而有待加固，全国又有大约三分之一的住宅安全储备不足，且城市的住宅结构逐渐进入老龄化阶段，需要加固维修。同时，从节约成本考虑，利用很多老结构、老建筑的情况越来越多，需要进行加固处理的项目逐渐增加。2008年以后，中国建筑的维护、加固和改造需求量年增长近50%。我国每年有一大批因生产规模及工艺等更新而需要技术改造和加层的建筑物，它们因结构超载而需要补强；同时，随着抗震要求、设防标准的提高和改变，许多地区现有房屋不能满足新设防的抗震要求，从而需要抗震加固；近年来社会上大量曝光的因工程质量低劣所造成的危房，它们也亟待加固处理。在杭州，上世纪80年代和90年代初建设的住宅楼有2000多幢，这些住宅抗震、结构都不符合现行标准，一些已成危房，必须予以加固改造。宁波已出现楼塌案例。这些情况，国内城市普遍存在。建筑加固改造行业巨大的发展空间对在这个行业注入新的技术、知识和力量提出了更高的要求。从国际经验看，建筑及建筑服务行业经历三个大的阶段： 大规模新建阶段新建与维修改造并重阶段旧建筑改造维修加固为主阶段 欧美国家处于第三阶段，从上世纪60年代就进入大规模加固改造阶段。我国目前处于第一阶段，并逐步进入第二阶段。 目前国内建筑行业由于新建业务巨大，对建筑加固改造领域投入较少，加固改造行业处于发展初期，产业链上的多个环节均不成熟。在设计环节，目前国内尚没有专业的加固改造设计院，而新建和加固改造设计存在显著差异，由其是涉及新工艺、新技术的应用时，现有的设计院往往无能为力。在检测、施工和服务环节，市场主体处于小而杂状态，国内规模位居前列的几家专业单位，如岩土科技、特希达、二航特种公司等，经营额都不过几亿人民币，不像国外的加固公司，可做到年营业额30亿美元。防震经验借鉴日本对抗震设计的先进体现在思路先进，中国的抗震设计采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，而日本抗震设计则是要求“中震不坏，大震不倒”，较高的设防标准必然对建筑结构提出了较高的要求。严控新建房屋质量的同时，不少地震多发国家还十分注意对危房进行加固，防患于未然。1981年，美国洛杉矶市政府以法令的形式强制要求：房主必须对老旧砖石结构房屋加固，主要措施之一是用钢筋锁固山墙，增强抗震能力。1994年1月，美国洛杉矶市发生了6.7级的地震，许多房屋严重开裂，但并未倒塌。智利房屋的防震设计理念是尽可能地缓冲、释放地震能量，并最大限度地保全建筑物。自1985年遭遇8级地震后，智利政府就要求所有建筑必须按能抗9级地震的标准来设计。按照智利法规，所有建筑开建前，必须由专业机构设计。设计图纸要送到政府公共工程部审核，通过后才能拿到政府颁发的建房许可证。建筑过程中，不断会有工程师进行检测。防震建筑列举美国：滚珠大楼美国建造了一种可以防震的“滚珠大楼”，如硅谷最近兴建的一座电子工厂大厦，在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠，由滚珠支撑整个建筑，纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来，发生地震时，富有弹性的钢梁会自动伸缩，于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动，可以大大减弱地震的破坏力。日本：高层抗震大厦日本大京公司一座号称日本最高(地上55层、高185米)的公寓，使用了与美国纽约世界贸易中心相同的钢管168根，确保了抗震强度。另外，该公寓还使用了刚性结构抗震体。如遇阪神大地震级别的地震发生时，柔性结构的建筑一般要摇动1米左右，而刚性结构建筑只摇动30厘米。三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93米，建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶，建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。这样，在6级地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。三井不动产公司2000年已向市场投放40栋这种建筑。中国古代抗震建筑设计与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同，中国传统的木结构建筑在抵抗地震冲击力时，采用的是“以柔克刚”的思维，通过种种巧妙的措施，其目标是以最小的代价，将强大的自然破坏力消弥至最小程度。全球著名的抗震建筑中国设计超牛啊柔性的框架结构：墙倒屋不塌中华民族不但自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材，而且发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系柔性的框架体系。我国木结构技术迄今至少已有近7000年的历史。中国的传统木结构，具有框架结构的种种优越性，如“墙倒屋不塌”的功效，但其柔性的连接，又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。在汶川大地震中，许多文物建筑的墙体均不同程度地受损，但主体结构仍未倒塌，就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。整体浮筏式基础、斗栱、榫卯：抗击地震的关键全球著名的抗震建筑中国设计超牛啊我国古代很少建造平面复杂的建筑，主要采用长宽比小于2:1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大，两侧的次间、梢间等依次缩小面宽，这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。英国：抗震房屋裂纹自动愈合 据英国报道英国科学家目前