減輕地震災(zāi)害的新技術(shù)
建筑結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的方法是指在結(jié)構(gòu)的某些部位(如支撐、剪力墻、節(jié)點、連接縫或連接件等)設(shè)置消能阻尼裝置或元件,通過消能裝置產(chǎn)生摩擦非線性滯回變形耗能來耗散或吸收地震能量以減小主體結(jié)構(gòu)的水平和豎向地震反應(yīng),從而避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或倒塌,以達到減震抗震的目的。這種方法主要用于高層或超高層建筑。
隔震和消能減震技術(shù)目前在日本、美國已有了一定數(shù)量的應(yīng)用,并在震害中有較好的表現(xiàn)。我國從1990年代開始,也以試點的方式在一些工程中應(yīng)用了這些技術(shù)并獲得了一些好的經(jīng)驗。新的抗震設(shè)計規(guī)范已給出了隔震和消能減震技術(shù)工程應(yīng)用的指導(dǎo)性意見,標志著這些新技術(shù)已進入實用性階段。
隔震和消能減震技術(shù)雖然能夠大幅度提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,但目前建造成本較高,且該技術(shù)從設(shè)計到構(gòu)造,施工較復(fù)雜,正確合理地掌握和實施尚存在一些問題,因此新技術(shù)距離大規(guī)模推廣和應(yīng)用還需要一定時間的準備。
合理的建筑設(shè)計,也可提高建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性
其實從建筑設(shè)計的角度出發(fā),在正確的抗震理論指導(dǎo)下,依據(jù)合理的設(shè)計原則,同樣可以提高甚至保證建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。這些原則包括:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具備足夠大的承載能力;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的剛度以減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)和位移;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠大的延性和耗能能力,這一點對結(jié)構(gòu)在強震作用下的安全性尤為重要。延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,具有承載力不降低或基本不降低且有足夠塑性變形能力的一種性能。延性大,說明塑性變形能力大,強度或承載力的降低緩慢,從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量,避免結(jié)構(gòu)倒塌。
綜合運用抗震原則,以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標,多道防線剛?cè)峤Y(jié)合,同時保證結(jié)構(gòu)體型簡單,結(jié)構(gòu)受力和傳力途徑直接,整體結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同作用,如此一來就可以從設(shè)計上確保建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。
以著名美籍華裔設(shè)計師林同炎設(shè)計的尼加拉瓜首都馬那瓜美洲銀行大樓為例,該樓18層61米高,采取了多道防線剛?cè)峤Y(jié)合的設(shè)計思想,通過在總體系中預(yù)設(shè)薄弱環(huán)節(jié)作為強烈地震作用下可被破壞但不影響整體安全的耗能構(gòu)件,以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。1972年馬那瓜強烈地震時,該樓僅出現(xiàn)少量裂縫,經(jīng)過簡單維修加固后至今仍可使用,而周圍大量建筑物倒塌,5000多人死亡。美洲銀行大樓在馬那瓜地震中的表現(xiàn)充分證實了概念設(shè)計思想的創(chuàng)造性和前瞻性,這說明以承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標,在罕遇的強烈地震作用下,通過充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性與耗能能力,仍可使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力。
地震災(zāi)害對建筑行業(yè)的啟示
工程抗震是一門在實踐中不斷發(fā)展的學(xué)科,每一次地震都會為我們提供新的信息,推動建筑抗震設(shè)計向更好的方向發(fā)展,從而提高建筑的安全性。我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計與研究50多年來取得了巨大的進步,隨著我國經(jīng)濟實力的提升,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全儲備大幅提高。近年來,新技術(shù)、新型建材以及新的設(shè)計思想得到越來越多的應(yīng)用,建造出大批高質(zhì)量的建筑。這些在新的抗震規(guī)范指導(dǎo)下設(shè)計的建筑,基本能夠保證在地震下的設(shè)計目標。
應(yīng)該看到,近年來在房地產(chǎn)行業(yè),也確實存在著一些片面追求建筑造型的新奇獨特、忽視建筑整體抗震性能的問題。無論如何,對建筑結(jié)構(gòu)來說,良好的抗震性能一定來自于相對簡單的體型,來自簡單而直接的傳力體系以及地震作用下結(jié)構(gòu)的多道防線??紤]到地震可能造成的巨大災(zāi)難,防患于未然,未雨綢繆是非常必要的。
在考慮房屋建筑抗震能力的同時,也應(yīng)高度重視由地震引發(fā)的次生災(zāi)害。對房屋建筑來說,最主要的次生災(zāi)害就是火災(zāi),以及由地震引起的地質(zhì)災(zāi)害。因此在今后房屋設(shè)計中有必要增加結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計,同時地基和基礎(chǔ)的設(shè)計也應(yīng)充分考慮到地基變形對房屋安全的影響。
地震是一場災(zāi)難,為了最大限度地保護人民以及整個社會的利益,建筑行業(yè)有責任更加努力地工作,戰(zhàn)勝災(zāi)難,建設(shè)美好的家園。
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