从近年地震中建筑结构震害论如何做好建筑结构设计

从近年地震中建筑结构震害论如何做好建筑结构设计1216100290土木123班杨必进摘要：我国由于地处板块交界处地震灾害频度高，强度大，成灾率高，这是造成地震灾害特别严重的原因。同时，我国民众防灾意识不高，同一震级的地震，造成伤亡的人数可多达数倍。另外，我国大部分城市的基础设施，抗震性能较差。建国头20年中，多数建筑物和工程未考虑抗震设防，加之城市生命线管线纵横交错，埋设不合理，有的材料强度不够，有的年久失修，使我国多数城镇防震抗震的能力脆弱，潜在着很大的隐患。因此，减震防震成了我国建筑设计中所要考虑的重要因素。关键词：地震，灾害，地震破坏，橡胶垫，阻尼器，抗震加固。0引言在土木工程概论的组成中，防震减灾一直是个不可或缺的部分。一个设计合理、质量好的防震减灾工程，不仅可以有效的预防和减弱地震等灾害带来的财产损失，而且可能挽救一个人，甚至一群人的生命。我国地域辽阔，天气变化万千，洪水、飓风、龙卷风、地震等不可抗性灾难频发，是世界上自然灾害最为严重的国家之一。20世纪的观测事实已表明，气候变化引起的极端天气气候事件（厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等）出现频率与强度明显上升。这难道还不能引起我们足够的重视吗？自然灾害已经成为影响我国经济发展和社会安全的重要因素，因此依靠科技进步，提高我国防震减灾的综合能力已成为当务之急。世界各国建筑结构抵抗地震灾害的研究已经进行了数十年，现在终于使人们意识到，人类自己设计建造的各种建筑物对地球自身内力平衡而释放能量所产生的地震是不可对抗的。因而，近年来，许多专家学者都在寻求一种与地球自然规律不产生对抗和抗拒的隔震减震设计方法，去适应“地震”这一不可抗拒的自然规律。这是人类历史发展到现代，人类对客观规律地震释放地球内力正确认识的进步体现。从建筑死抗硬抗地震的打击，到建筑结构隔震减震，十分明确地反映了，人类自己设计和建造的建筑物，是不能与地震冲击力死抗对抗的,这是数十来人类在建筑结构设计埋论上的飞跃。而过去和现在还指导建筑结构死抗硬抗对抗地震灾害的错误力学理论,也必然将被促步完善适应地球地震客观规律的隔震减震和消震建筑结构力学理论所取代。1地震起因按照成因的不同将地震类型分为五类：⑴构造地震，这类地震占所有地震的99%以上，构造地震是由于地球在运动发展过程中，它的地质构造作用使地壳积累了巨大的变形能，地壳中的岩层产生很大的应力，当这些应力超过某处岩层的强度极限时，岩石突然破裂、错动，从而将积累的变形能转化为波动能传播出去，就引起了地面的震动；⑵火山地震，由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震，只有在火山活动区才可能发生火山地震;⑶塌陷地震，由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震，这类地震的规模比较小，次数也很少，即使有，也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区；⑷诱发地震，由于水库蓄水，油田注水等活动而引发的地震，这类地震仅在某些特定的水库库区或油田地区发生；⑸人工地震，它是由人为活动引起的地震，如工业爆破、地下核爆炸造成的振动。2重大地震灾害回顾广大农村多属土、石结构建筑，抗震能力更差。据估计，地震若发生在我国工业城市及人口稠密的地区，8级左右或7级左右以及5、6级左右的地震所造成的经济损失分别为百亿元、数十亿元和数亿元人民币。譬如1976年唐山大地震，在几十秒钟的时间内，将一座百万人口的工业城市变成了废墟，伤亡侧万人，直接经济损失100亿元以上，救灾花了6亿多元，重建用了50亿元，而且在这之后长时间内，造成全国人民的恐震心理。去年的汶川8.0级特大地震，造成人员伤亡总数近40万之多，其中遇难者近8万左右；造成的直接经济损失8451亿人民币，其中房屋的损失很大，民房和城市居民住房的损失占总损失的27.4%。包括学校、医院和其他非住宅用房的损失占总损失的20.4%。另外还有基础设施，道路、桥梁和其他城市基础设施的损失，占到总损失的21.9%；此外地震对环境也造成相当大的破坏。2008年5月12日，中国四川省汶川县发生里氏8.0级特大地震，最大烈度达到11度。这次地震已造成650多万间房屋倒塌，2300多万间房屋损坏，北川县城、汶川县映秀镇等部分城镇夷为平地。造成重大人员伤亡和经济损失。截至9月25日，汶川地震已确认6922人遇难，374643人受伤，失踪17923人。2010.1月12日，海地发生里氏7.3级地震。海地政府统计的最新数据显示，地震已造成27万人死亡。另据联合国的统计，有48万多人流离失所，370多万人受灾。2010.02.27智利康塞普西翁市2月27日发生里氏8.8级强烈地震，截止目前死亡人数已经上升至750人智利8.8级强震引发了太平洋沿岸各国和地区对海啸的高度警惕。地震后，海啸先是袭击了智利南部群岛及中部港口，随后开始以每小400到800公里的速度向其它太平洋沿岸国家“奔袭”。28日凌晨起，海啸相继影响汤加、澳大利亚、夏威夷、巴布亚新几内亚、印尼、日本、菲律宾、中国台湾乃至中国大陆等沿海10多个国家或地区。3地震对建筑结构的破坏分析简单地说建筑物破坏有三种方式：上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。多数时候，还是三种方式的复合作用。地震波传播方式有纵波、横波、面波。纵波使建筑物上下颠簸，力量非常大，建筑物来不及跟着运动，使底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压力，若超出底层柱、墙的承载能力，柱、墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，又使第二层压坏，发生连续倒塌，整个建筑直接“坐”下来，原来的第三层瞬间变为“第一层”。面波使建筑物水平摇摆，是对建筑物沿水平方向施加了一个来回反复的作用力，若底部柱、墙的强度或变形能力不够，就会使整栋建筑物向同一方向歪斜或倾倒。第三种作用是扭转。引起扭转的原因是有的地震波本身就是打着“旋儿”过来的，也有的情况是因为面波到达建筑物两端早晚的时间差引起的。这种情况引起建筑物扭动，震区有的房子角部坍塌，多属这种情况。一旦碰到上下颠、左右摇、扭转，三种方式共同发生，破坏力就更加可怕。此外，每个建筑物自己特定的自振频率如与地震作用的频率接近，引起类似共振的效应，那样带来的破坏力就更可怕。地震中决定房屋损毁的因素首要因素是建筑物所在地区的地震烈度。这不仅与震级有关，也与距地震中心的远近和当地的地质条件有关（注：震级是用来衡量一次地震释放能量的大小，烈度是描述地震引起的破坏程度）。一般情况下离震中越近破坏越大，烈度就越高。所以说某建筑能抗几级地震是不对的，应该说某建筑物的设防烈度是多少度。第二个因素是建筑物所在地区的场地条件。如建筑物正好位于断层上，即使非常坚固的建筑物也会被破坏。第三个因素是建筑物结构。同样的地面运动，开间大的房间所承担的力就大，也相对易破裂和倒塌。第四个因素是建筑物的施工质量。如果地震对某个地区造成的烈度在基本设防烈度内，建筑物应当没问题，若出现问题肯定与施工质量有关。决定房子的抗震能力因素⑴房子的体形：体形规则、均匀、对称的房子抗震能力强。不规则的建筑抗震能力较差，如竖向不规则（上大下小头重脚轻），平面不规则（平面局部凸出的L形、“丁”字形），扭转不规则（一头沉一头轻）。⑵房子的结构形式：砖混结构的抗震能力比钢筋混凝土框架的弱。底层框架上部是砖混的、带转换层的、底层空旷的、板柱体系的这类房子，抗震能力都比较差。⑶房子的施工质量：照图施工、技术到位，房屋质量就好。否则设计再好，施工质量差也会出问题。⑷房子的建筑材料：混凝土标号够不够，钢筋是否合格，有没有偷工减料等都很重要。⑸房子的建设年代：较早建的房子依据的抗震设防标准相对较低。地震作用工程结构破坏（1）承重结构承载力不足或变形过大而造成的破坏。地震时，地震作用附加于建筑物或构筑物上，使其内力及变形增加较多，而且往往改变其受力方式，导致建筑物或构筑物的承载力不足或变形过大而破坏。（2）结构丧失整体性而造成的破坏：结构构件的共同工作主要由各构件之间的连接及构件之间的支撑来保证。在地震作用下，有些建筑物上部结构本身无损坏，但由于地基承载力的下降或地基土液化造成建筑物倾斜、倒塌而破坏。抗震设防工作的含义抗震设防主要对建(构)筑物而言，是加强建(构)筑物抗震能力或水平的综合性工作。新建工程抗震设防工作应在场地、设计、施工三个方面严格把关，即由地震部门审定场地的抗震设防标准，设计部门按照抗震设防标准进行结构抗震设计，施工单位严格按设计要求施工，建设部门检查验收。已建工程可视工程的重要程度和风险水平进行抗震性能鉴定，并补做相应的抗震加固。4新建工程的主要问题一是对新建工程抗震设防重要性认识不足；二是不按新的抗震设防管理程序办事；三是普遍忽视结构质量，片面追求外部装修。怎样选择建筑场地一般地说，建筑场地的选择应避免以下几种情况：(1)活动断裂地带中容易发生地震的部位及附近地区；(2)地下水位较浅的地方和松软的土地；(3)地下有溶洞的地方，在石灰岩地区，如有较大的溶洞，地震时可能造成局部塌陷，因此，在其上部不应建筑高大或沉重建筑物；(4)地势较陡的山坡、斜坡及河坎旁边，建在这些地方的建筑物不但容易倒塌，而且还会由于山崩、滑坡而被淹没，或者由于重力关系而下滑。当建筑的各项条件相同时，建筑在比较牢固的地基上和建筑在松软地基上的建筑物，一个可能完整无损，一个可能破坏倒塌。因此，建筑时，必须注意地基的地质条件和地形地貌。提高建筑物的抗震性能建筑物的抗震性能是指建筑物抵御地震破坏的综合能力。为提高建筑物的抗震性能，可以从以下几方面着手：(1)地基必须好，要求土质坚实，地下水埋藏较深，地震时，地基不致开裂、塌陷或液化；在不宜建设的地基上建筑，必须首先作好地基处理；(2)建筑物平、立面要力求整齐，高度不要超过规定，避免过于空旷、尽可能使开间小、隔墙多，以增加水平抗剪能力。如有特殊要求，必须事先采取措施；(3)建筑材料要有足够的强度，联结部位或薄弱环节要加强，增加建筑物的整体性能，同时必须保证施工质量；如果是单位或国家投资建的重要建筑物，则必须请专业人员按国家颁布的规范进行设计。设防要求和设计规范(1)建设工程抗御地震破坏的准则和在一定风险水准下抗震设计采用的地震动参数或地震烈度称为抗震设防要求。(2)建设工程达到抗震设防要求所遵循的原则和具体技术性规定称为抗震设计规范。增强抗震性。建筑质量和抗震设防施工质量的好坏，对房屋的抗震性能影响很大。尽管建筑设计合理、场地选择适当，如果不注意施工质量，同样达不到抗震的目的。施工质量涉及到建筑材料的选择、灰浆的制法和使用、砌筑工艺等方面。建筑材料应选择强度大的材料，有条件时，应尽量采用轻质材料，如荆条、木筋草、石棉纤维板、矿棉板、石膏板、草纤维板、玻璃钢制品等；砌筑时，要保证灰浆饱满、砌体结实。砖石表面要干净、干砖要浸水后再砌，这样才能使砖石与灰浆粘结牢固。所有的墙身砖砌必须犬牙交错，互相咬衔，不能砌成通缝，尤其是转角处，更应注意；木骨架的榫眼大小和距离要恰当，这样才能使榫头紧密结合而不致削弱木构件的强度。混凝土的配制一定要严格按配方比例下料，浇注件内的混凝土应均匀无气孔等。总之，精心施工，注意施工质量是保证建筑物具有抗震性能的重要方面。如果建筑材料等各方面都很好，而施工不好，建筑物的抗震性能肯定不会好。相反，即使建筑材料稍差，如果注意了施工质量，也能增强建筑物的抗震性能，这是相辅相成的。5做好建筑结构设计橡胶垫世界各国建筑结构抵抗地震灾害的研究已经进行了数十年，现在终于使人们意识到，人类自己设计建造的各种建筑物,对地球自身内力平衡而释放能量,所产生的地震是不可对抗的。因而，近年来，许多专家学者都在寻求一种与地球自然规律不产生对抗和抗拒的隔震减震设计方法，去适应“地震”这一不可抗拒的自然规律。这是人类历史发展到现代，人类对客观规律地震释放地球内力正确认识的进步体现。从建筑死抗硬抗地震的打击，到建筑结构隔震减震，十分明确地反映了，人类自己设计和建造的建筑物，是不能与地震冲击力死对抗的,这是数十来人类在建筑结构设计埋论上的飞跃。而过去和现在还指导建筑结构死抗硬抗对抗地震灾害的错误力学理论,也必然将