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?；蛟S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)重損毀坍塌。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：

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[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