從地震淺談鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑中的應(yīng)用

金雨揚

摘要：地震，一種地殼快速釋放能量而造成的地面震動現(xiàn)象。或許只是陸地板塊間的小小碰撞，卻總能引起極大的反應(yīng)。天災(zāi)無情，地震無可避免，給人類帶來的損失也是不可估量的。但人類并沒有放棄與地震的斗爭。近幾年科學(xué)家正在嘗試從建筑方面進(jìn)行改良，鋼結(jié)構(gòu)的建筑形式逐漸出現(xiàn)在人們的視線中。本文將從我國2008年四川汶川地震談起，通過分析地震中建筑的實際受災(zāi)情況，探討鋼結(jié)構(gòu)這一建筑形式的特點，簡單論述鋼結(jié)構(gòu)對于民用建筑抗震方面的影響。

關(guān)鍵詞：地震;建筑;鋼結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TU391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672 - 9129（2018）12 - 0150 - 01

1 汶川地震受災(zāi)情況

512汶川大地震是國人心中永遠(yuǎn)的傷痛，許多鮮活的生命一夜消失，建筑倒塌，財產(chǎn)毀損，各種損失不計其數(shù)。因本文主要討論地震對于建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)影響與預(yù)防，所以不會過多談及其他方面損失。

在這次地震中，損毀塌陷的房屋達(dá)到一千五百萬間之多，其中更是不乏醫(yī)院和學(xué)校這些公共場所，建筑倒塌引起的大量人員傷亡引起了社會各界的重視。

首先是學(xué)校范圍，地震時期的學(xué)校建筑采用的是傳統(tǒng)磚木堆砌的方式建成，另有鋼筋混凝土的框架形式。地震發(fā)生時磚木堆砌結(jié)構(gòu)很快出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，又因為地處地震重災(zāi)區(qū)，還不時發(fā)生磚木墜落的情況。鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)相較于磚木結(jié)構(gòu)稍好一些，但也有很多發(fā)生了嚴(yán)重?fù)p毀坍塌。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，此次地震中坍塌損毀的中小學(xué)校達(dá)到四十多所，另有校舍大規(guī)模坍塌，導(dǎo)致教師、學(xué)生大量傷亡。并且這些僅僅是來自震后不完全統(tǒng)計。

醫(yī)院是和學(xué)校一樣的人群大量聚集的場所。但是和學(xué)校一樣，醫(yī)院也多采用磚木堆砌的混合結(jié)構(gòu)建成。因此地震時期醫(yī)院坍塌、損毀的情況也時有發(fā)生。周邊幾乎所有的醫(yī)院都難逃厄運，都江堰市中醫(yī)院、綿竹市第三醫(yī)院、青川縣人民醫(yī)院、青川縣中醫(yī)院、青川縣婦幼保健醫(yī)院、漢旺天池煤礦醫(yī)院等，有的甚至發(fā)生了嚴(yán)重塌陷。

震后回顧，許多學(xué)者和工程建造者都對學(xué)校和醫(yī)院建筑的抗震性能給予了極大的關(guān)注。最終依據(jù)國家出臺的法律規(guī)定把人數(shù)較多的學(xué)校、醫(yī)院劃人了乙類建筑的行列。乙類建筑，即地震時不能停止或能夠盡快運行使用的建筑場所，這對建筑的抗震要求是極高的挑戰(zhàn)。細(xì)心了解，我們不難發(fā)現(xiàn)國外對于學(xué)校和醫(yī)院建筑的建造即是十分嚴(yán)格的，因為這些建筑在平時生活中負(fù)責(zé)的僅僅是日常工作，教育學(xué)生或是治病救人。然而一旦災(zāi)難來襲，學(xué)校的建筑可以為學(xué)生們提供最好的避難場所，保證國家這些未來的希望不會有生命威脅。學(xué)校建筑中常見的寬闊的教室和體育場館即是用作這個用途。而醫(yī)院的堅固則是為了保證它正常的職能，救助傷員，救災(zāi)的有生力量很大一部分保存在這里。

2 鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能

建筑形式中的鋼結(jié)構(gòu)，突出特點是質(zhì)量輕、強度好、延展性和滯回性也相較于別的材料優(yōu)越許多，這些都是它成為抗震建筑結(jié)構(gòu)的首選原因。

首先從強度來說，鋼鐵材料的強度毋庸置疑，同等條件下鋼鐵材料可以比混凝土結(jié)構(gòu)的強度高出8倍之多，但是質(zhì)量上卻不會增加負(fù)擔(dān)，它的密度僅僅是混凝土材料的3倍多。所以相同壓力條件下，鋼結(jié)構(gòu)更顯輕便，減少了施工難度。并且鋼結(jié)構(gòu)多采用空腹設(shè)計，而混凝土則是實腹截面，大大降低了自身對于截面的利用率。地震時如果能采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑形式，可以減輕建筑四成到五成的質(zhì)量，降低建筑的自身壓力，減少損失。

歷史記錄上對于地震的受災(zāi)結(jié)果表明，同一地區(qū)相同氣候環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能確實優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)建造的房屋。其中采用鋼結(jié)構(gòu)建造的房屋基本上得以保存，大規(guī)模毀損的情況較為少見，但是混凝土結(jié)構(gòu)的建筑則破壞嚴(yán)重，坍塌斷裂時有發(fā)生。而具體考察鋼結(jié)構(gòu)建筑的損壞程度，大多數(shù)集中在節(jié)點的連接部分，支撐的架子或柱子區(qū)域，也有的是整體結(jié)構(gòu)變形而引起倒塌，少數(shù)因為建造年代久遠(yuǎn)有建筑構(gòu)件損壞的情況發(fā)生。雖然鋼結(jié)構(gòu)房屋相比于混凝土與磚木結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點，但是也有壓屈破壞的情況發(fā)生，造成壓屈損壞是因為地震中建筑承受的壓力遠(yuǎn)超出了材料本身的承受能力，因此鋼結(jié)構(gòu)毀損的情況也時有發(fā)生。

3 民用鋼結(jié)構(gòu)建造原則

首先要確保鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)不能過于隨性，要遵循一定的規(guī)則。仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，大部分的建筑在設(shè)計建造時多選用對稱性的建造形式，這讓建筑的外形看起來十分具有美感，也能夠體現(xiàn)居住者的不凡品味。但是美觀只是建筑選取對稱方式的其中一個原因，另一方面，對稱的建筑能讓房屋各部分的受力更加均勻。尤其對于鋼結(jié)構(gòu)來說，建筑本身質(zhì)量有限，地震發(fā)生時地殼的運動也會帶動房屋一起晃動，如果是不規(guī)則的建筑，很有可能會讓建筑毀于自身的受力不均，從中間分裂墻體，而不是像一般建筑一樣毀于材料整體結(jié)構(gòu)的坍塌。

其次要注意建造時的相關(guān)性與連續(xù)性。民用鋼結(jié)構(gòu)建造初期往往缺乏專業(yè)人員的指導(dǎo)，建成就是目的，質(zhì)量與最終的功能反而被忽視。民用建筑中往往會因為最初沒有經(jīng)過合理設(shè)計，而使得建筑的各部分相互分離，各成一體。這在磚石混凝土結(jié)構(gòu)中不會有太大影響，但是對于鋼結(jié)構(gòu)來說分離意味著建筑整體的失效。地震中，連成一體的鋼結(jié)構(gòu)可以在建筑受到外力沖擊時快速把收到的力分散到建筑全身，從而減小力的影響。

綜合上所述，地震帶來的后果也是災(zāi)難性的。人力沒有辦法阻止地震的發(fā)生，但是可以通過改變自身來減少地震給人類造成的影響。比如對于公共場所和民用建筑采用鋼結(jié)構(gòu)建筑形式。但是建筑過程中的一些問題也需要及時發(fā)現(xiàn)和修正，比如建筑物的對稱性和整體相關(guān)性等。積極推廣鋼結(jié)構(gòu)，也是防震的有效措施之一。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鮑玉龍;王航.民用建筑結(jié)構(gòu)的抗震理念設(shè)計.2011 - 10

[2]石磊.民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的抗震設(shè)計及應(yīng)用.2017 - 09