浅析工程抗震的重要性

浅析工程抗震的重要性

魏嵩锜

魏嵩锜

山西建筑职业技术学院山西太原030006

摘要：本文通过详细阐述工程抗震分类得出以下结论：1.结构抗震的主要功能就是使用结构消耗能量或者快速传递能量，达到对结构破坏的程度最小。2.结构上基础类型主要分为刚性基础，柔性基础。

关键词：工程抗震；结构；耗能；基础

1.引言

地震以波的形式在地层传递，类似先在水里扔很多纸片，然后丢一个石头进去观察纸片的运动。地震的横波和纵波就这样。横波的破坏主要是对建筑的摇晃，类似水中纸片因为波的影响，左右两头起伏有时间差。纵波破坏即是建筑在竖直方向发生位移，类似水中纸片从液面水平位置，运动至高于和低于水平液面。

2.工程抗震

目前抗震分为：结构抗震和设备抗震。结构抗震在张宪恩先生的著作里很明显就能体会出来，主要是对框架结构的论述。框架结构，怎样解释最简单，小时候大家用干树枝搭东西，无论是火堆还是干嘛使，都可以说是框架结构。使用具备一定刚度的结构部件搭起一个空间。说到这个，不能不提日本人，很多人说日本人的建筑抗震好，究其原因，就是无论是木制结构还是钢筋混凝土结构，都大量使用框架结构和剪力墙的复合型结构。日本人自己住的木制别墅，总体来说就属于框架结构中使用木方作为抗拉承压结构，木头因为木质部紧密，同时作为抗拉承压部件性能好。同时，因为日本人的木制别墅的开间进深真不大，通俗点，结构和墙体分割开的房间不大，力学传导快，破坏小。所以小空间在遭受同样大的力的时候比大空间稳定，生存几率高。

曾经看过一个视频，关于日本人的结构改良，将地基改造成弹性基础，类似地表以上还是框架结构加剪力墙结构（下称框剪结构），地表以下用弹簧作为基础。地震波传到该建筑时，通过弹簧的运动抵消部分动能，达到减小破坏的目的，但是（注意这个但是），这样的基础维修难度大，价格高昂，材料选用和合理性论述以及可行性研究堪称烧脑，制作成本和工艺难度也不小。

结构抗震的主要功能就是使用结构消耗能量或者快速传递能量，达到对结构破坏的程度最小。结构选择有，框架结构，框剪结构，钢结构，外形结构选择。现在所有的高层建筑都是复合型结构，例如，框剪结构加钢结构。钢结构因为结构性质使用焊接，铆接，铰接（真不多见）。钢结构力学传导快：应力汇集如流水一样～应力流。钢结构在使用空心管材时，对比H型钢、工字钢、槽钢，空心管材具有一定的能量消耗，类似空鼓能量损耗。框架结构和框剪结构主要是利用了建筑材料的特性，混凝土做承压结构，钢筋做抗拉结构。两者相结合后的预应力结构作为新型结构也广泛使用，例如，先在钢筋的屈服强度内张拉钢筋，这时钢筋受拉，用混凝土进行包裹，通过钢筋和混凝土的摩擦，达到钢筋受拉，混凝土受压，待达到混凝土强度后，这样的预应力结构作为楼板、桥面结构，可在受外力作用时，比非预应力结构变形小，能量损耗快。

框剪结构简单来说就是框架结构在承担结构重量后，剪力墙帮着承担，这也是目前广泛运用的。

抗震结构中还有一个就是外形选择，例如，金字塔，回字楼，福建土楼，壳体结构（乌龟壳）。这里面包含的力学性质真的很科学（无话可说）。类似四个人或者多个人在船上手拉手经历风浪。

结构上还有的就是基础类型主要就是分为刚性基础，柔性基础。前面提到的弹性基础属于个例，有肯定有，只是不为人知。这个可以浅谈下，比如在振动筛上模拟震动，沙土结构跟石制结构的对比，一堆沙和一整块石头，同样的传导能量，沙土结构表观改变小，最多也就是从塔型变成一个平面，能量损耗主要是沙粒间相对运动，但是，石头就不一样了，振动传导快，通过石头的运动达到损耗能量的目的。这也就是为什么在上海修高层时，高密度CFG（软基处理）和工程桩，将柔性地基，通过人工改变成刚性，这样，在抗震时，原本的冲积平原的沙土抵消能量，刚性基础保证建筑的稳定性。深基础也是相同道理，类似在河滩地插竹竿，插的深浅问题决定稳定性，当然也不是越深越好，还得考虑持力层，含水层，地下水。综合考虑吧。做个对比，上海冲积平原的基础和山城重庆的基础，一个是泥沙地，一个是石头，这就很明白了吧。

设备抗震，主要说的就是阻尼器，台北101大厦，楼里面装的阻尼器貌似是亚洲最大的。通过建筑高层安装阻尼器，在多种条件下都能达到降低建筑受损的目的，比如高层建筑在大风条件下，地震条件下，阻尼器都能通过预设阻尼运动，达到抵消地震横波的目的。这也就是在台湾多次地震中，地震波传到台北时，台北101大厦的摆动幅度即使很大，但是内部的稳定也主要是靠阻尼器。

抗震里还能谈的，还剩个材料选择。结构上的开发慢，而且研究方向逐渐倾向学习自然，比如学习蜂窝构造和学习植物的构造。对于材料来说，开发快，推广快，从事的机构也多。这里就包括了抗震设防烈度，之所以以前的房子和现在的房子在同样的设防烈度下自重大，主要就是材料的区别，从以前的普遍235钢到现在325、425，混凝土从C25到现在普遍C35。还有，现在越来越多选择钢构柱内灌混凝土，十字钢柱做柱芯，在受横波影响时十字钢芯受力稳定性好。这也属于材料的作用。同时，前面提到的预应力也是因为材料的提升才达到的高度。还有空心结构，例如，空心陶瓷球混凝土，用空心陶瓷球做粗骨料，在相同强度的条件下，自重低，空心球也能达到能量损耗的目的。同时，这也是可浮混凝土的重要一环，毕竟在海上受地震的危害小于陆地。

3.结论

本文通过详细阐述工程抗震分类得出以下结论：1.结构抗震的主要功能就是使用结构消耗能量或者快速传递能量，达到对结构破坏的程度最小。2.结构上基础类型主要分为刚性基础，柔性基础。

参考文献：

[1]杜永峰.被动与智能隔震结构地震响应分析及控制算法[J].大连：大连理工大学，2003.

[2]唐曹明，黄世敏，工亚勇，等.中国国家博物馆老馆加固改造结构设计[J].建筑结构，2011.41（6）.

[3]王松涛，曹资.现代抗震设计方法[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

作者简介：

魏嵩锜（1987-），男，山西大同人，硕士，现工作于山西建筑职业技术学院，助讲，研究方向：钢结构。E-mail：76335621@qq.com

地址：山西省晋中市榆次区文华街369号山西建筑职业技术学院（魏嵩锜?收）13734024538