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地震為何對建筑物破壞力巨大?
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http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2008-6-19
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強(qiáng)烈地震突如其來,頃刻間,房屋大面積倒塌,造成人員傷亡慘重。截至目前,這次地震已造成650多萬間房屋倒塌,2300多萬間房屋損壞,北川縣城、汶川縣映秀鎮(zhèn)等部分城鎮(zhèn)夷為平地。
地震對于建筑物為何會(huì)擁有如此巨大的破壞力?地震中決定房屋損毀的因素究竟有哪些?災(zāi)區(qū)新建房屋應(yīng)當(dāng)注意哪些問題?記者帶著這些問題,采訪了我國建筑領(lǐng)域的專家——清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院副總工程師馬寶民、賀小崗。
記者:人們常說,地震來襲時(shí)地動(dòng)山搖,房屋隨之倒塌。那么,地震到底是以什么方式來破壞建筑的?
專家:用“地動(dòng)山搖”“山崩地裂”來描述地震到來時(shí)的情形一點(diǎn)也不過分。由于建筑物依附在地球表面,建筑物受地震破壞的方式主要受地震波的傳播方式影響。簡單地說建筑物破壞有三種方式:上下顛簸、水平搖擺、左右扭轉(zhuǎn)。多數(shù)時(shí)候,還是三種方式的復(fù)合作用。
地震波傳播方式有縱波、橫波、面波,由于地球表層巖性的復(fù)雜性,傳播過程中也會(huì)出現(xiàn)像激流中“漩渦”的復(fù)雜情況。
縱波使建筑物上下顛簸,力量非常大,建筑物來不及跟著運(yùn)動(dòng),使底層柱子和墻突然增加很大的動(dòng)荷載,疊加建筑物上部的自重壓力,若超出底層柱、墻的承載能力,柱、墻就會(huì)垮掉。底層垮掉后,上面幾層建筑的重量就像錘子砸下來一樣,又使第二層壓壞,發(fā)生連續(xù)倒塌,整個(gè)建筑直接“坐”下來,原來的第三層瞬間變?yōu)椤暗谝粚印薄?
面波使建筑物水平搖擺,相當(dāng)于對建筑物沿水平方向施加了一個(gè)來回反復(fù)的作用力,若底部柱、墻的強(qiáng)度或變形能力不夠,就會(huì)使整棟建筑物向同一方向歪斜或傾倒,在震區(qū)常?吹竭@種現(xiàn)象。
第三種作用是扭轉(zhuǎn)。引起扭轉(zhuǎn)的原因是有的地震波本身就是打著“旋兒”過來的,也有的情況是因?yàn)槊娌ǖ竭_(dá)建筑物兩端早晚的時(shí)間差引起的。這種情況引起建筑物扭動(dòng)。建筑物一般抗扭能力較差,很容易扭壞。震區(qū)有的房子角部坍塌,多屬這種情況。
一旦碰到上下顛、左右搖、扭轉(zhuǎn),三種方式共同發(fā)生,破壞力就更加可怕。在離震中較近的范圍,往往三種方式交織作用,所以破壞力很大。
此外,每個(gè)建筑物都有自己特定的自振頻率,如果這個(gè)頻率與地震作用的頻率接近,還會(huì)引起類似共振的效應(yīng),那樣帶來的破壞力就更可怕了。
還有一種破壞形式叫“液化”。如果建筑物基底是粉細(xì)沙,房子建在上面,當(dāng)大地?fù)u動(dòng)時(shí),沙粒向旁邊跑,房子就會(huì)往下沉,引起傾斜甚至倒塌。唐山地震時(shí),很多房子就是這樣損毀的。這次汶川地震沒有出現(xiàn)“液化現(xiàn)象”,但由于山體不穩(wěn)引發(fā)的滑坡卻很多,許多建在山坡上或山腳下的房子就是這樣損壞的。
記者:在這次地震中,大量建筑物受到毀滅性破壞,這究竟與地震的震級(jí)有關(guān)系呢?還是與烈度有關(guān)系?
專家:我們先要搞清震級(jí)和烈度兩個(gè)概念,不少人弄不清楚。震級(jí)和烈度是兩個(gè)不同的概念。震級(jí)是用來衡量一次地震釋放能量的大小,烈度是描述地震引起的破壞程度。一次地震只有一個(gè)震級(jí),但烈度不止一個(gè),一般情況下離震中越近破壞越大,烈度就越高,遠(yuǎn)離震中烈度減小。例如唐山地震,震中區(qū)烈度是11度,影響天津是8度,影響北京是6度。
有的人說某建筑能抗幾級(jí)地震,這個(gè)說法是不對的。應(yīng)該說,某建筑物的設(shè)防烈度是多少度。
建筑物的受損情況除了與震級(jí)作用大小有關(guān)外,還跟場地條件、設(shè)計(jì)、施工等多種因素有關(guān)。
記者:您剛才談到建筑物的設(shè)防烈度。那么,我國對建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是如何規(guī)定的?四川地震災(zāi)區(qū)執(zhí)行的是什么標(biāo)準(zhǔn)?
專家:我國1989年以后制訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)防目標(biāo)要求建筑物做到“小震不壞,中震可修,大震不倒”。所謂“大震不倒”是指地震發(fā)生時(shí),實(shí)際地震烈度比抗震設(shè)防烈度高1度到1.5度時(shí),建筑物應(yīng)當(dāng)不倒塌。汶川和都江堰按現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)防烈度都是7度。這次地震對這兩個(gè)地方的影響都超過了7度。我看到過一個(gè)資料說都江堰達(dá)到了9度,汶川更高,映秀達(dá)到11度,超過“大震”設(shè)防烈度很多。震中附近的映秀、北川的烈度高達(dá)11度,建筑物倒塌很難避免。也有少數(shù)房子沒有倒塌,很可貴,這少數(shù)房子很有研究價(jià)值,可以學(xué)習(xí)不倒的理由。大自然是人類的無言師,人類的知識(shí)都是不斷從大自然學(xué)來的。
我國建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)一般設(shè)在6度到9度。因?yàn)榈卣鸢l(fā)生時(shí),烈度達(dá)到10度的范圍不是很大,達(dá)到11度的只有震中及附近地區(qū)。一般地震在什么地方發(fā)生并不知道。而多數(shù)房子的使用壽命是50年,全國大部分地區(qū)50年內(nèi)多數(shù)并不發(fā)生地震,但又不能不設(shè)防,若設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)過高,又不地震,投入的財(cái)力就是浪費(fèi),我們還沒有那么大的財(cái)力。目前,北京的建筑設(shè)防烈度是8度,四川絕大部分地區(qū)是7度。全國有一個(gè)烈度區(qū)劃圖,是根據(jù)歷史記載經(jīng)反復(fù)研究作出的。全國抗震設(shè)防都依據(jù)同一規(guī)范,是同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
另外,我國根據(jù)建筑物功能的重要性將抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)分成甲、乙、丙、丁4個(gè)類別。一般房屋都是丙類,超過6000座的體育館、超過1200座的劇場、超過10000人居住或辦公的高層建筑,還有橋梁、機(jī)場、醫(yī)院、小學(xué)、幼兒園以及若建筑發(fā)生破壞會(huì)引起嚴(yán)重次生災(zāi)害的工程,例如核電站、危險(xiǎn)品倉庫等,其抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)都比周圍建筑要高出至少一個(gè)級(jí)別。
記者:在地震災(zāi)區(qū),我們看到同一地區(qū)有些建筑物全部垮塌,有些建筑只是局部損壞,這是什么原因?
專家:剛才講過,在地震面前,建筑物是否垮塌,或者損壞情況怎樣,與房子本身的抵抗力密切相關(guān)。
決定房子抗震能力的主要因素有許多方面:
一、房子的體形。體形規(guī)則、均勻、對稱的房子抗震能力強(qiáng)。上大下小頭重腳輕的房屋體形叫豎向不規(guī)則,平面局部凸出的L形、“丁”字形體形叫平面不規(guī)則,一頭沉一頭輕的叫扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,不規(guī)則建筑抗震能力都較差。
二、房子的結(jié)構(gòu)形式。磚混結(jié)構(gòu)的抗震能力要比鋼筋混凝土框架、框架-剪力墻弱。底層框架上部磚混、帶轉(zhuǎn)換層的房子、底層空曠的房子、板柱體系的房子抗震能力都比較差。底層弱容易“坐”下來。
三、房子的施工質(zhì)量。照圖施工、技術(shù)到位,房屋質(zhì)量就好。否則設(shè)計(jì)再好,施工質(zhì)量差也會(huì)出問題。
四、房子的建筑材料;炷翗(biāo)號(hào)夠不夠,鋼筋是否合格,有沒有偷工減料等都很重要。
五、房子的建設(shè)年代。較早的房子依據(jù)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)相對較低。由于認(rèn)識(shí)水平和財(cái)力的增長,后建的房子抗震能力相對較強(qiáng)。
記者:目前,災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建工作已經(jīng)排上重要日程。作為建筑設(shè)計(jì)方面的專家,對于災(zāi)區(qū)新建房屋有什么建議?
專家:對于災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建,不久前剛剛出臺(tái)的《汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建條例》已經(jīng)有了明確規(guī)定。
具體到新建房屋,應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn):
一是選址要好。重新選址時(shí),應(yīng)當(dāng)避開地震活動(dòng)斷層或者生態(tài)脆弱和可能發(fā)生洪災(zāi)、山體滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等災(zāi)害的區(qū)域以及傳染病自然疫源地。
二是設(shè)計(jì)施工水平要高。要選擇有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位和施工隊(duì)伍,加強(qiáng)施工隊(duì)伍技術(shù)能力培訓(xùn)。
三是建筑材料的質(zhì)量要控制好。要從正規(guī)廠家購進(jìn)建筑材料。
四是要加強(qiáng)工程監(jiān)理。
總之,規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理四大環(huán)節(jié)很重要,都要嚴(yán)格把關(guān)。
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