浅析风和地震对建筑物的影响

浅析风和地震对建筑物的影响摘要：建筑物在完工与施工中有来自各方面作用对其产生影响，这个影响有人为的，有自然的，而天然作用对建筑物带来的影响是巨大的。下面我们对风和地震给建筑物带来的不同方面影响进行研究。关键字：风地震建筑灾害影响正文：现今由于经济社会的发展，人们对建筑物的各方面提出了更高的要求，追求高度、舒适、安全、经济以及环保，这就要求建筑师在对建筑物进行设计时要考虑更多。高层建筑尤其是体型复杂的超高层建筑得到了设计师的青睐，这就对设计师对各方面可能引起建筑物产生不良影响的各种因素进行考虑，其中风和地震荷载占着不可忽略的地位。近年来地震频发这就对建筑物抵抗地震的能力提出了更高的要求。而对于各种高层以及超高层建筑中，风荷载则对建筑物产生了不可忽略的作用。风对建筑物的影响风荷载的形成风是紊乱的随机现象风对建筑物的作用十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建筑物风作用的计算方法。风荷载是空气流动形成的，对建筑物的作用是不规则的，风荷载实际上是一种随机时变活荷载，但不同于一般活荷载（楼面和屋面活荷载、吊车荷载、雪荷载）。为了结构设计方便，迄今为止，世界各国的高层建筑结构设计，都是将风荷载转换为确定性的静力等效风。风荷载的特点风荷载是由于工程结构阻塞大气边界层气流的运动而引起，具有以下特点：（1）风荷载与空间位置及时间(不确定性)有关，受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响；（2）风荷载与结构的几何外形相关，结构不同部分对风敏感程度不同；（3）对具有显著非线性特征的结构，可能产生流固耦合效应；（4）结构尺寸可能在多个方向比较接近，风荷载需要考虑空间相关性；（5）脉动风的强度、频率、风向是随机的；（6）风荷载具有静力和动力的双重特点，其动力部分即脉动风的作用会引起高层建筑的振动(即风振)。（三）风荷载对高层建筑物的影响风对建筑物的影响不仅仅是风声，主要是风荷载对水平位移的影响。具体到多少米会有影响，要看当地气候特点、风力状况、场地特征、建筑物体型等等因素。风荷载与楼层高度有关，越高风压越大，但不是简单的正比关系。风对建筑物表面的作用力大小，与建筑物体型、高度、建筑物所处位置、结构特性有关。风荷载是超高层建筑的主要控制荷载，气流经过高耸结构物会产生明显的三维风荷载效应，即顺风向、横风向和扭转风荷载，从而引起结构在三个方向上的振动。高层建筑物周围的风环境状况是由靠近地面的流动风（简称近地风）所决定的，近地风的形态结构如湍流度、旋涡尺寸等以相当复杂的形式依赖于建筑物的尺度、外形、建筑物之间相对位置以及周围的地形地貌等，不同时间、不同空间的风速、风向是不同的。在高层建筑中，竖向荷载对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。对一些较柔的高层建筑，风荷载是结构设计的控制因素，随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。高层建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的侧向荷载是风荷载，在荷载组合时往往起控制作用。因此，高层建筑在风荷载作用下的结构分析与设计引起了研究人员和工程师们的重视。（四）风灾害对建筑物产生的危害风灾害是发生频繁的自然灾害，其主要包括由于大风（飓风、台风、龙卷风）、大浪、风暴和沙尘暴等造成的灾害。风灾害给人类造成的损失在各种自然灾害排在前三位之内。对于工程结构，风灾主要引起结构的开裂、损坏和倒塌，特别是高、细、长的柔性结构。至上世纪80年代以来，中国就有不少特大风灾。1989年，中国海南岛遭遇台风，造成105人死亡，40多万间房屋倒塌，直接经济损失27.48亿元。1991年，中国海南岛发生台风；1994年，中国浙江省发生台风。故沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。地震对建筑物产生的影响在人们的印象中，地震是对建筑物造成严重损害的灾害之一。一提到地震，人们联想到的画面总是一片废墟，房子的大面积倒塌，建筑物的毁灭性损伤等。由此可见地震对建筑物产生的影响是巨大的。地表破坏造成的影响地震对地表造成的破坏可归纳为地面断裂、斜坡破坏和地基效应三种基本类型。地面断裂是地震造成的地面断裂和错动，能引起断裂附近及跨越断裂的建筑物发生位移或破坏。斜坡破坏是地震使斜坡失去稳定，发生崩塌、滑坡等各种变形和破坏，引起在斜坡上或坡脚附近建筑物位移或破坏。地基效应是地震使建筑物地基的岩、土体产生振动压密、下沉、振动液化及疏松地层发生塑性流动变形，从而导致地基失效、建筑物破坏。就如在汶川地震中，凡是跨越地震断层的房屋、桥梁、道路以及其它构筑物,无论有否抗震设计，均被地震断层错断或扭曲，并在近断层强地面运动的联合作用下严重破坏或完全倒毁。（二）地震力对建筑物的影响地震力是由地震波直接产生的惯性力。它作用于建筑物能使建筑物变形和破坏。地震力的大小决定于地震波在传播过程中质点简谐振动所引起的加速度。地震力对地表建筑物的作用可分为垂直方向和水平方向两个振动力。竖直力使建筑物上下颠簸；水平力使建筑物受到剪切作用，产生水平扭动或拉、挤。两种力同时存在、共同作用，但水平力危害较大，地震对建筑物的破坏，主要是由地面强烈的水平晃动造成的，垂直力破坏作用居次要地位。因此在工程设计中，通常只考虑水平方向地震力的作用。地震周期对建筑物的影响建筑物地基受到地震波的冲击而振动，同时引起建筑物的振动，地基土石和建筑物各有；其各自的振动周期，当两者的振动周期相等或相近时，将引起共振，使建筑物振动的振幅加大，而使之倾倒、破坏。有的研究者认为建筑物的自振周期一般都在0.1～2.5s范围内，据统计二、三层结构物自振周期约为0.2s，四‘五层结构物约为0.4s，面十一，十二层则约为1.0左右，可见愈是高层建筑物其自振周期愈长。所以常见长周期的地基振动使较高的多层建筑物破坏，而底层建筑物却无损坏。地震后建筑物的破坏现象从5·12汶川特大地震中的几个重灾区的建筑物破坏现象来看，主要有以下几种情况：承重墙交叉斜裂缝；竖向构筑物外闪折断；楼梯塔楼、烟囱顶部折断或倒塌(鞭稍效应)；建筑物顶层塌落；建筑物底层完全破坏；底层框架柱破坏；柱子出现铰；剪力墙连梁出现交叉斜裂缝破坏；框架柱边柱混凝土破坏；楼梯水平断裂和梯梁断裂；框架结构填充墙上部斜砖位置框架柱破坏；底层有门面房的建筑出现扭转破坏等等。结语随着经济科学的迅猛发展，如今的建筑都向着高层、超高层发展，这就对建筑物的防风抗风设计提出比较高的要求，这就要求我们对风荷载的形成、特性、影响方式进行研究和正确认识和提前防治风灾害带来的损失。在研究风荷载的同时也应不要忽略地震所带来的严重影响，近年来，地震在不同国家不同地区频发。就拿中国来讲，从2008年至今就发生不少破坏性大，造成大规模人员伤亡的地震。这就使我们要对地震有更加详细深入的研究，注意地震的预报，震后的研究分析，尽可能的减小伤亡。风和地震是对建筑物造成严重伤害的两种不同作用，对其的研究和分析至今仍是重点。希望今后通过对这两种作用的研究逐渐深入，能够减小其对建筑物以及人员的