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木结构建筑在地震中的表现

已有 13286 次阅读 2015-5-3 18:25 |系统分类:科普集锦| 住宅, 抗震, 木结构

4月25日尼泊尔8.1级强震已导致6659人死亡,14062人受伤,14座重点古建筑坍塌。中国地震局地球物理研究所研究员温增平在做客人民网科技频道访谈时表示,尼泊尔建筑大多结构老旧,抗震能力低,其中抗震性能最好的要数“木结构”。

   同样在今年3月30日在我国贵州省剑河县发生5.5级地震,这是建国以来,发生在贵州境内的最大震级地震。地震造成3100间房屋轻微受损,4人受伤。贵州省地震局局长王尚彦介绍,地震造成的伤亡不大,与当地居住的木结构建筑具有抗震性密不可分。

此外,还有2011年3月日本宫城县北的9级大地震,2011年2月新西兰第二大城市克莱斯特彻奇发生里氏6.3级强烈地震,以及19951月日本神户发生的里氏7.3级地震,都显示木结构建筑具有良好的表现,得到了举世公认。

为什么木结构建筑具有优良抗震性能呢?笔者从下列几个方面进行说明,不对之处请行家雅正。

1、木结构建筑的抗震特点

   每种结构都有其独特的特性,例如其刚度而后强度,因而对地震力的反应也不同。地震使一栋建筑物产生水平和垂直震动。水平力又称为侧向力或剪力,它是对抗震设计的真正挑战。木结构建筑本身具有其承受侧向力或者剪力的一些特性。

   历次震害调查表明,平面及竖向规则的建筑物在地震中有良好的抗震性能,而平面及竖向的不规则导致震害加重,特别是建筑物的几何中心与物理中心不重合时,往往会导致建筑物扭转。结构的竖向连续性也是影响建筑物抗震性能的重要因素之一,当建筑物的强度和刚度在竖向不规则时,将会在竖向出现“薄弱层”,地震引起的能量耗散主要集中在这些薄弱层,严重时可导致薄弱层倒塌。此外,研究和经验还表明,一些“非结构”构件也有助于增强建筑物的侧向抗力。例如,内墙饰面、隔墙以及多种外墙覆层,都有助于增强建筑物的侧向抗力。

   木结构建筑对地面运动峰值的加速度、速度和位移,结构的重量,结构的阻尼,结构的强度、结构的刚度和延性,以及结构的整体性等,在地震中的反应均有极佳的表现。

2、木材作为建筑材料具有抗震性能

木材是一种弹性材料,在受到地震冲击力作用时具有吸收能量的作用,在受力过后又有自动弹性恢复的能力,本身重量轻、强重比高是一种绿色、环保且可再生、可重复利用的材料。

3、不同体系的木结构建筑均有较好的抗震性

   传统的梁柱结构体系中的抬梁式、穿斗式、干栏式和井干式等木结构建筑都具有极佳的抗震性能,具要因为其结构的整体性和榫卯连接的柔性。最有说服力的是具有“千年不倒翁”美称的山西应县木塔和北京故宫的太和殿。应县木塔建于辽清宁二年(1056),即北宋至和三年。塔高67.31m,底层直径30.27m,总重量约为7400t。它是我国现存最早的木结构楼阁式高层建筑,中国独一,举世无双

   

   太和殿是中国现存最大的木结构大殿,建于明永乐十八年(1420)。清康熙三十四年(1695)重建。自太和殿建成后,距它90公里范围内就发生过6级以上强烈地震7次。其中1679年三河平谷8级地震,震中距太和殿仅45公里。这些大震都曾使北京遭到严重破坏,多次震动金銮殿,都不曾遭到破坏。

   现代木结构建筑除了发扬古木建筑的抗震优点,又增加了很多抗震措施,如轻型木结构利用剪力墙传递力和承重,胶合木框架结构在节点处采用抗震五金件、墙体加固斜撑等,还有日本三泽公司发明了抗震滑移墙,使得现代木建筑更有抗震性和安全保证。

北美轻型木结构体系

 

 

日本框架式木结构体系

        4、木结构建筑在强震中坍塌时几乎没有粉尘。从过去地震的实例中,伴随着建筑物的坍塌,产生大量的粉尘,它也是地震中的致命杀手,由于木建筑的结构是由木材墙骨柱和板材(如定向刨花板或结构胶合板),在坍塌时不会产生粉尘。

砖混或混凝土结构建筑在地震中坍塌时产生大量的粉尘 

5、木结构建筑在强震中坍塌时不会直接伤人致命。现代轻型木结构主要由小规格材作为承重件,因此在坍塌时不会直接挤压致命,最多只是碰擦轻伤。

              轻型木结构体系中的墙体和屋盖 

6、木结构建筑在强震中坍塌时会有藏身的生命空间。由于木结构墙体的完整性,在地震中坍塌时会和梁柱一起形成活命的三角区。

 

   7、地震灾害后容易施救。由于木结构墙体多为小规格材做成的墙骨柱,当建筑坍塌后很容易打开生命通道进行施救,同时还不会像其他建筑结构会引起的二次坍塌灾害。没有特别笨重的构件,只要采用锯子和撬杠就可轻易施救。

新西兰克赖斯特彻奇市房屋大量采用轻型木结构建筑,在6.3级大地震中创“零死亡”奇迹

日本宫城9级大地震后木结构房在海上整体漂浮情景

8、让我们用建造一个安全放心的家。

  中国过去有古木建筑的辉煌,但在近50年来大大地落后于世界木结构建筑同行。可喜的是近十年来木结构建筑在国内有了飞速地发展,除了其优越的抗震性能外,还因为它符合人类绿色、节能、环保、负碳、可持续发展的先进建筑理念,当其他材料消耗殆尽后,只有木建筑是人类的未来之家。让木结构建筑唱响幸福生活的主旋律吧!

 井干式木结构原木屋

北美轻型木结构住宅

北欧风情的小木屋

日本随处可见的木结构房屋

西班牙都市之伞

大型木结构旅馆建筑



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