地震来了,什么样的房子更抗震?
1979年,尼泊尔“加德满都谷地”被列入世界遗产名录,这里有七组历史遗址和建筑群。这座城市因寺庙众多被称为“寺庙之城”。2015年4月25日,一场大地震带走了成千上万尼泊尔人的生命,更损毁了尼泊尔人引以为傲的穿越千年的凝固历史。“加德满都谷地”系列世界遗产建筑中,至少有12处遭到损毁,修复时间更是长达5-10年。
那么当地震来临时,如何才能将破坏减至最小?什么羊的房屋才最有抗震能力呢?小编来告诉你,什么样的房子更抗震。
村屋何以难抗震
从汶川到雅安,岷县鲁甸,统计表明在我国发生的地震中,大多数发生在农村地区。震灾所到之处,断壁残垣,房屋损毁严重,大量人员伤亡。
有人不禁要问了,为何鲁甸地震只有6.5级而伤亡却很大?原因在于地震所处在人口稠密区,而房屋以砖混合土木结构为主,抗震性能差,所以伤亡巨大。
那么什么样的建筑物能扛过地震呢?那就要先来看看地震是怎样让建筑物倒塌的。
地震又称地动、地震动,是地壳快速释放能量过程中造成振动,期间会产生地震波的一种自然现象,地震波氛围横波和纵波,房屋倒塌的重要原因就是在地震的瞬间,横波和纵波同时震动,造成房屋倒塌。
在这里要科普一下的是,影响建筑物防震直属的是地震烈度,而不是震级,震级是衡量地震的强弱程度,与地震释放的能量有关,而烈度是衡量地震的破坏程度,与震级和震源深度有关。
目前,世界各国普遍采用的抗震方法是“延性结构体系”。所谓“延性结构体系”就是结构、构件或截面的延性是指从屈服开始至达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力,也就是说,延性是反映结构、构件或截面的后期变形能力。
说简单点,就是控制结构物的刚度,使结构部件在地震时进入非弹性状态,并具有较大的延伸性减轻地震反应,做到“裂而不倒”。
什么样的建筑结构更抗震?
钢结构:抗震级别五颗星
钢结构是以钢材为主要结构材料。钢材的特点是强度高、重量轻,同时由于钢材料的均质性和强韧性,可有较大变形,能很好地承受动力荷载,具有很好得抗震能力。
剪力墙结构:抗震级别四颗星
剪力墙是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用剪力墙来承受竖向和水平力的结构成为剪力墙结构。
框架结构:抗震级别三颗星
框架结构在现代建筑设计中应用较为普遍,我们所见的大多数建筑都是框架结构。由钢筋混凝土浇灌成的承重梁柱组成骨架,再用空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成。墙主要是起维护和隔离作用,由于墙体不承重,所以可由各种轻质材料制成。
砖混结构:抗震级别两颗星
砖混结构住宅一般以多层(24米以下,住在10层以下)住宅为主,其抗震性能比起上诉三者相对较弱一些。
各国抗震技术
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。
英国:抗震房屋裂纹自动愈合
据《生活科学》报道,英国科学家目前正在希腊的一处山坡上建造一种特殊的房屋,它能在地震中“自我愈合”。作为利用纳米聚合体粒子研发特殊墙体的带头人,英国利兹市的“纳米制造业协会”在欧盟的资助下正在研究这种“自愈”的墙体。据称,这种墙体在压力(地震期间)的挤压下,纳米聚合粒子将流入裂缝中并变硬,形成固体材料,从而对房屋的裂缝进行自动填补。
希腊:智能减震屋
由于希腊属于地震多发国家,所以研究抗震的办法一直是当地科研人员的重要课题,而这座新型“智能减震屋”就是最新研究成果。
据研究人员介绍,“智能屋”的最大特色就是能够进行“自我保护和修复”。“智能屋”里安装了多种传感设备,即便是对最轻微的震动也会有所察觉,并可借助屋内设备减少甚至抵消地震带来的震动。“智能屋”采用的材料具有自动修复功能,一旦墙体在地震中出现裂缝,液态修补材料可以像胶水一样,粘住裂缝并迅速固化,从而防止房屋倒塌。室内传感器还能迅速感知到温度的变化。一旦室温瞬间升高到一定程度,传感器就会通过互联网或卫星信号,自动通知附近居民并向消防部门报警,从而降低地震引发火灾给人们带来的伤害。据悉,首个“智能屋”将在一周内搭建完毕。研究人员将在接下来的半年时间里对它的实用性进行检验。
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。
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
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。
中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成,高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。中国古代建筑的台基用现代结构语言描述,堪称“整体浮筏式基础”,好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中,能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏,减少地震波对上部建筑的冲击。中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造,在构架的垂直方向上,形成下大上小的结构形状,实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一,而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。形成大屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件,大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性;庞大的屋顶以其自重压在柱网上,也提高了构架的稳定性。
应县木塔
除了这些较显著的手法外,中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施,这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯的使用:榫卯是极为精巧的发明,我们的祖先早在7000年前就开始使用,这种不用钉子的构件连接方式,使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体,不但可以承受较大的荷载,而且允许产生一定的变形,在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量,减小结构的地震响应。
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