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[分享]【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考

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北极星闪闪









2008.5.12







装配式建筑抗震问题的思考

文/林树枝


地震造成的灾害是巨大的,每年全球各地都发生着或大或小的地震灾害,下图显示了全球一些比较大的地震中的人员死伤和经济损失情况。

// 地震灾害造成的生命财产损失

地震
人员死伤(万人)
直接经济损失(亿美元)
中国唐山地震 M7.8
16+24=40
160

中国汶川大地震 M8.0
9+37=46
1330
美国洛杉矶地震 M7.0
0.3

260-400

日本神户地震 M7.3
0.6+4.3=5

1000

1960智利大地震 M9.5
0.75

8

台湾集集地震 M7.3
1.5
200
阿尔及利亚地震 M6.8
1.5

50


▲ 全球地震中的人员死伤和经济损失一览


时间
地点
震级
死伤人数
2018.5.12
中国汶川
8.0
9万+37万=46万
2018.6.14
日本岩手宫城
7.2
10万+231万=241万

▲ 中国5.12与日本6.14地震伤亡对比情况

据2008年7月10日-14日在中国成都召开的中国5.12日本6.14地震震害、结构抗震、灾后重建研讨会数据显示的伤亡人数(见上图)所示,两次地震相差1个月,虽然日本岩手地震释放的能量远小于汶川地震,但死伤人数相差之大,令人震惊。

该次会议中,中国代表重点介绍了钢筋混凝土结构建筑、砖混结构建筑,强调只要按抗震要求设计,钢筋混凝土结构建筑、砖混结构建筑可以抗震。外方代表重点介绍了新型建筑结构体系(包括钢结构建筑、木结构建筑)及减隔震技术。

// 汶川地震中房屋倒塌的教训

【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_1
【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_2
【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_3
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▲汶川地震中房屋倒塌的照片

总结汶川地震中房屋倒塌情况综合有如下情况:

1) 汶川地震共倒塌房屋700万余间,其中80%是农房;

2)农村地区建筑物损毁要远高于城市建筑物,很多农村的房屋倒塌率在90%以上;

3)农村房屋建造不重视圈梁、构造柱,在地震时,这种房屋往往在摇晃后,楼板脱落造成整体垮塌(如图1所示);

4)农民建房一直以自建为主,从设计、施工到灾害保险等几乎所有环节,都处于无人监督、随意建设的状况,农村建筑呈现出整体上的“不设防”格局。 

地震发生时国内媒体曾报道:北川县城房屋倒塌很严重。


【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_5
【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_6

▲绵竹市遵道镇鹏花村震前震后对比


其中,汶川县城房屋倒塌极其严重,其中约1/3房屋严重受损;映秀镇有不少房屋在地震中倾斜,局部房屋大面积垮蹋;耿达乡倒房率在40%以上;绵竹市拱星镇倒房较多,绵竹市区东北部、兴隆镇、富新镇、五福镇、齐天镇、柏隆镇的倒房率约20%至40%,绵竹市区东西部、什坊市倒房率在20%以下;青川县再遭余震重创,房屋大面积倒塌;茂县太平乡倒房率约在10%至20%,部分区域倒房率在20%至50%;叠溪镇倒房率较低,在10%至20%之间。城区也有不少的砌体结构住宅倒塌。

总结受灾情况大致得出以下几点教训:

1)地震死伤,绝大多数是被垮塌房屋压死的、或被破损房屋砸伤的;

2)中国地震死伤人数较多,说明建筑质量,中国相比发达国家差,特别是农村地区的建筑质量尤其差;

3)中国大量采用砖混结构、或钢筋混凝土结构建造住宅,重量大,地震力也大,加上施工质量难于确保,地震时,住宅垮塌较多;

4)砖混结构若没有设置圈梁、构造柱,就形不成结构的整体性,抗震性能差,又没有冗余度,抵抗不了连续倒塌,地震一来,很容易整体垮塌。

// 美国住宅建设的经验借鉴

住宅产业作为美国国内经济的重要支柱,对拉动经济发展起举足轻重的作用。拥有住房的人,要比租房者有更强的责任感,更关心自己的社区。稳定的社区植根于大量自有住房者的群体之中,因此鼓励一切有能力的人买房是政府住宅政策的基石。

美国住宅建设大致有以下特点:

1)大量建设装配式住宅;

2)形成集设计、制作、安装、装修为一体的住宅产业;

3)以住房建设促进社区发展;

4)通过政府调节,保证居住政策上的公平。

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木结构在北美应用较多,4层及4层以下的木结构建筑在美国、加拿大很流行,多用于公寓、住宅等,有以下特点:

1)正交胶合木,胶合梁和柱,强度很大,可用于木桁架屋顶,实现大跨度;

2)钢筋混凝土核心筒+木框架+木楼板,可建设高层建筑。

胶合木与成材相比,强度大,而且结构均匀,内应力小,不易开裂和翘曲变形,还有较高的耐火性能,可解决部分大跨度、耐候防蛀问题。这种材料非常轻便和坚固,而且由于抗剪能力提高,对抗震更有利,也更能支撑起大楼的重量。美国现代化的林业工程,采用叠合层技术,能够帮助木材发挥更大的强度,更稳定的性能。

【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_11
▲胶合木结构建筑

无论是在美国的东部还是西部,均可见到大量的木结构住宅。

在美国,住宅建设衍生出集设计、制作、安装、装修、整体厨卫为一体的集成住宅产业,工厂化生产,工地现场安装。原来量大面广的是木结构,但随着木材价格的上涨,美国加大了钢结构住宅的推广。目前,钢结构住宅,已经成为集成住宅市场的主力。

美国对超高层住宅的建设一直很慎重。规划建设之前,需综合评估文、教、体、卫、商业等配套要求,交通设施要求(道路、停车位等),以及市政设施要求。 

美国超高层住宅的建设主要集中在几个大都市区,主要采用钢结构。

【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_12
【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_13

▲超高层住宅的规划


借鉴美国住宅建设的经验,可以引起我们的以下几点思考:

1)发达国家的居民住宅以低层、多层为主,且大力推广装配式木结构住宅、轻钢结构住宅,对增强房屋抗震能力,十分有利;

2)装配式木结构、轻钢结构,重量轻,吸收地震力小,地震时更不易垮塌;

3)结构是由不同功能的基本构件通过可靠连接组成的、能够长期安全可靠的承受各种荷载和作用的、合理的整体系统,装配式木结构、轻钢结构,只要连接节点可靠,就有很好的整体性;

中国人普遍不认同木结构作为住宅,不是因为缺少木材,而是因为历史上兵荒马乱,烧杀抢掠,木制房屋不安全,这种观念应改变。

// 推广装配式+减隔震技术
【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_14

【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_15

▲(芦山县人民医院门诊综合楼)

四川雅安地震,芦山县人民医院门诊综合楼在地震中表现出良好的隔震效果,经历7.0级强震后,除了少许墙面乳胶漆层脱落,建筑内部梁柱和墙构件竟没有出现任何裂纹,就连窗户的玻璃没有任何毁坏,成为震后地震区抢救伤员的主要医院之一。

截至2014年,日本共有各类隔震建筑8,600幢,其中有不少是装配式建筑。隔震建筑在日本的历次地震中表现良好。台湾的办公建筑、居住建筑也应用装配式+ 减隔震技术(注:台湾大学土木研究大楼是一幢全预制装配钢筋混凝土结构隔震大楼)

【装配式】回望5.12|装配式建筑抗震问题的思考_16

▲(台湾大学土木研究大楼)

综上经验,我们呼吁推广装配式+减隔震技术。装配式混凝土结构的节点连接存在薄弱环节,为了提升结构的抗震能力,节点连接构造的研究,应与减隔震技术应用结合起来。

装配式减隔震抗震技术,在日本应用很多。隔震,不让地震力直接传递给建筑物,可减轻地震的摇晃约1/3左右,对钢筋混凝土结构较为有利;减震,通过减震器对地震力产生阻尼,可减轻地震的摇晃约3/4左右,对钢结构尤为适合。采用减隔震技术,可能会使装配式建筑的节点连接变得相对简单。

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▲装配式+减隔震技术

我们在学习国外装配式技术的同时,也要把减隔震这样的先进技术结合进来。把采用减隔震技术的装配式结构体系,作为装配式建筑的创新技术。

在国内,减隔震技术也已经得到应用,在一些常规的建造中,也积累了不少经验,推广应用到装配式建筑,会相对容易。厦门市已施工完成多个减隔震项目,并进行了最大水平位移值的实际隔震结构动力特性试验,收到了良好的效果。

综上所述,关于装配式建筑抗震问题思考后可初步得出以下结论:

1)木结构重量轻、抗震性能好,尤其适用于低层、多层住宅;

2)高层钢结构建筑,跨度大、断面小、抗震优,宜推广;

3) 轻钢结构,抗震能力强,可借鉴发达国家的经验,重点发展集设计、制作、安装、装修、整体厨卫为一体的集成住宅;

4)预制装配式砼结构,应重视节点设计、连接,加强整体性;

5)装配式混凝土结构的节点连接存在薄弱环节,为了提升结构的抗震能力,节点连接构造的研究,可与减隔震技术结合考虑。
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(来源:中天施工技术,版权归原作者所有,仅作学习和分享,如有侵权请联系删除)
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