减轻建筑物在地震中损伤破坏的原理与途径

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  【摘  要】地震对建筑物在地震中损伤破坏的因素主要有:地基失效损坏、振动损坏、次生效应损坏等因素,因此,为了减轻建筑物在地震中的损伤破坏,我们可以从建筑物建设工程选址、建筑结构抗震设计以及建筑物工程施工等方面,加大建筑的抗震能力,从而减轻建筑物在地震中损伤破坏。
  【关键词】地震;损伤破坏;抗震设计
  前言
  在我国,早在二十世纪就有了抗震设计一直持续至今,例如在1998年就有华南建设学院周云与其团队提出耗能减震结构设计原则与设计方法[1],1999年宁波慈通置业有限公司的魏艳红提出的耗能减震钢结构抗震设计方法[2],2005年重庆大学李正英与其团队提出的耗能减震结构的振型分解法[3],近期也有2017年中南大学建筑与艺术学院谢俊提出的深圳大厦超限高层结构抗震设计[4]等众多关于建筑抗震设计的有关研究。
  在国际上,也出现了许多新的抗震设计理念,如:新的结构体系,新的耗能方式等等,减轻建筑物在地震中的损伤破坏变得尤为重要。
  1 建筑物破坏的主要分类
  地震威胁人生命安全及造成经济损失的主要原因是地表的损坏和建筑物的损坏与坍塌。
  因此,对建筑物按照规范进行相应的抗震设防,以至于在地震作用下建筑物能不损坏、不坍塌,是避免灾难的关键。地震对建筑物的破坏作用主要有因素有:振动损坏、地基失效、次生效应损坏等[5]。以下从三个方面阐述地震作用对建筑物的主要影响因素。
  1.1 振动损坏
  地震作用导致地面振动并且通过基础作用到建筑结构上,从而引构筑物本身的振动。建筑物通常是按静力作用的结构进行设计并搭建的。因此,其抵抗地震作用有一定的限度,并且其损坏程度主要取决于地震作用力的大小;而地震对建筑结构的损坏作用特别复杂,损坏程度常取决于许多因素,包括地震波的组成以及其延续的时间,基础的条件和地势等环境因素。可以通过或者通过延长结构振动的周期(隔震)等来减轻结构损坏。
  1.2 地基及基础失效
  当地基的抗震强度较小时,地表面层或基础垫层可能会达到弹性屈服极限;这时的地基层不再持续具有完全弹性,将产生永久性的塑性变形,进而致使地基承载力的减小甚至完全丧失,地基产生相对位移。虽然地基损坏时消耗了地震作用的大部分能量,但在地基失效的同时又会因此导致其它后果,例如:建筑的下沉、地基的不均匀沉降等等,并因此致使建筑物整體的损坏。可以通过附加阻尼装置等方式进行地基的抗震设计,
  1.3 次生效应
  在一定的环境因素下,地震作用可能会致使泥石流、山体滑坡乃至于山体坍塌等严重灾害。大规模山体滑坡及坍塌可能损坏建筑物,并导致大规模的经济损失和伤亡;如果泥石流、滑坡或者山体坍塌致使河道阻塞,更有可能导致洪灾;因此,在抗震设防时更应考虑建筑工程的选址。
  2 减轻损伤破坏的主要途径
  在现有的主要减建筑物损失伤破坏的途径中,总结多种建筑结构抗震免损设计方法,适用条件,方便日常对建筑进行加固以及在地震灾害到来之时尽可能使其最低程度损坏房屋,从而更好地保护人的生命以及财产安全,以下从几个方面对减轻建筑损伤破坏途径进行分析。
  2.1 工程选址方面
  抗震的主要以及首要部分就是建筑工程选址,只有合理正确的工程选址才能在源头上减少因地震产生的伤亡以及损失,有很多建筑的主要破坏原因就是建筑选址不合理。因此在建筑选址时首先是应该尽量避开断裂带以及其周边,其次便是避开易因地震而成为危险地带的区域(例如易发生泥石流滑坡的区域等等)。
  2.2 抗震设计方面
  有时会因为地震区域较为密集而无法避开,因此在选址完毕之后应该注重建筑结构抗震设计的问题。
  ①在这一环节中抗震结构体系选取即为重中之重,在抗震结构选取时首先便应注意所选结构是否符合当地抗震设计要求,例如:由图1可见,砌体结构明显劣于框架结构,在带以及周边则应选取框架结构而非砌体结构,而在地震基本不发生的区域则可视经济条件选取适当的结构。除此之外,还应使结构具有多道抗震防线。
  ②之后便是非结构构件,非结构构件的损坏并不会导致建筑整体结构的破坏,但其破坏可能会造成人员伤亡,因此应该对其进行合理加固。
  ③建造材料的选取也是抗震设计的重要组成部分,还可以采用优良的抗震材料:超强韧性纤维混凝土、加气混凝土材料、钢纤维混凝土等等,既可以增加抗震能力又可以减少结构重量。
  ④隔震以及消能减震技术的运用,在地震高发区以及重点结构防护区,更应该广泛使用此技术,从而提高整体结构的抗震能力。(最低也应保障在多遇地震情况下基本无结构破坏从而减少人员伤亡与财产损失)。
  3 结论
  综上所述,减轻建筑物在地震中损伤破坏的主要途径有以下几点:①建筑工程选址的合理性;②合理的抗震设计:合理的结构体系选取,加固非结构构件,选择优良的抗震建筑材料,合理的使用消能减震以及隔震技术;关于抗震技术,有很大一部分都是从血的教训之中总结出来的,所以更应该从每一个部分加强建筑结构的抗震效果,对建筑进行加固,在地震灾害到来之时尽可能使其最低程度损坏房屋,从而更好地保护人的生命以及财产安全。
  参考文献:
  [1]周云,徐彤,周福霖.抗震与减震结构的能量分析方法研究与应用[J].地震工程与工程振动,1999,19(4):133-139. DOI:10.3969/j.issn.1000-1301.1999.04.021.
  [2]魏艳红,李玉顺.耗能减震钢结构框架结构抗震设计方法研究[J].低温建筑技术,2011,(4):71-73.doi:10.3969/j.issn.1001-6864.2007.04.031.
  [3]李正英,李正良,范文亮. 耗能减震结构的振型分解法[J]. 重庆大学学报(自然科学版),2005,28(11):129-133.doi:10.3969/j.issn.1000-582X.2005.11.034.
  [4]谢俊,蒋涤非,陈定球.深圳大厦超限高层结构抗震设计[J].工业建筑,2017,47(9):175-180. DOI:1013204/j.gyjz201709032.
  [5]彭中进,罗伟,刘颖姣.地震对建筑物破坏的原理分析与监舍防震设计[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2010(03):195.
  作者简介:
  罗鸣(2001-),男,本科,陕西西安,现就读于长安大学建筑工程学院,土木工程。
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