钢结构住宅探讨——什么样的建筑设计最抗震？

性感的玉米

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    4月25日14时11分，尼泊尔境内发生里氏8.1级地震，据最新消息，尼泊尔地震遇难人数达1805人，受伤人数达4781人。除人员伤亡外，本次地震对尼泊尔的古迹也造成巨大的破坏。

    今天就来给大家盘点一下世界各个国家抗震建筑设计，地震属天灾，科学的建筑设计则可帮助人们在人力的范围之内尽可能减少损失。


一、英国：抗震房屋裂纹自动愈合

    据《生活科学》19日报道，英国科学家目前正在希腊的一处山坡上建造一种特殊的房屋，它能在地震中“自我愈合”。作为利用纳米聚合体粒子研发特殊墙体的带头人，英国利兹市的“纳米制造业协会”在欧盟的资助下正在研究这种“自愈”的墙体。


    据称，这种墙体在压力(地震期间)的挤压下，纳米聚合粒子将流入裂缝中并变硬，形成固体材料，从而对房屋的裂缝进行自动填补。


二、希腊：智能减震屋

    由于希腊属于地震多发国家，所以研究抗震的办法一直是当地科研人员的重要课题，而这座新型“智能减震屋”就是最新研究成果。


    据研究人员介绍，“智能屋”的最大特色就是能够进行“自我保护和修复”。“智能屋”里安装了多种传感设备，即便是对最轻微的震动也会有所察觉，并可借助屋内设备减少甚至抵消地震带来的震动。


    “智能屋”采用的材料具有自动修复功能，一旦墙体在地震中出现裂缝，液态修补材料可以像胶水一样，粘住裂缝并迅速固化，从而防止房屋倒塌。室内传感器还能迅速感知到温度的变化。


    一旦室温瞬间升高到一定程度，传感器就会通过互联网或卫星信号，自动通知附近居民并向消防部门报警，从而降低地震引发火灾给人们带来的伤害。


    据悉，首个“智能屋”将在一周内搭建完毕。研究人员将在接下来的半年时间里对它的实用性进行检验。


三、美国：滚珠大楼

    美国建造了一种可以防震的“滚珠大楼”，如硅谷最近兴建的一座电子工厂大厦，在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠，由滚珠支撑整个建筑，纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来。


    发生地震时，富有弹性的钢梁会自动伸缩，于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动，可以大大减弱地震的破坏力。


四、日本：高层抗震大厦

     日本大京公司一座号称日本最高(地上55层、高185米)的公寓，使用了与美国纽约世界贸易中心相同的钢管168根，确保了抗震强度。另外，该公寓还使用了刚性结构抗震体。


    如遇阪神大地震级别的地震发生时，柔性结构的建筑一般要摇动1米左右，而刚性结构建筑只摇动30厘米。三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93米，建筑物的外围使用了新研制的高强度16积层橡胶，建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。


    这样，在6级地震发生时，就可将建筑物的受力减少至二分之一。三井不动产公司2000年已向市场投放40栋这种建筑。


    地震高发区日本在这方面也特别有经验，他们设计了一种“弹性建筑”，有较好的抗震性能。日本东京建了12座弹性建筑。经东京发生的里氏6.6级地震考验，证明在减轻地震灾害方面效果显著。


    这种弹性建筑物建在隔离体上，隔离体由分层橡硬钢板组和阻尼器组成，建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋钢板组成，以减缓上下的颠簸。


五、可漂浮的抗震住宅

    这个巨大的“足球”其实是日本Kimidori房屋所制造的叫做Barier的住宅。它可以抵御地震，并能漂浮在水面上。这座特别的住宅售价约为1390000日元，(约为10万元人民币)。



六、廉价的“抗震居屋”

    日本一公司研制出了一种廉价的“抗震居屋”，这种居屋全由木材建造，最小面积2平方米，造价2000美元，它能够在主体房屋坍塌时屹立不倒，也能够抵御坍塌结构的冲击和挤压，很好地保护屋内居民的生命和财产安全。


    与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同，中国传统的木结构建筑在抵抗地震冲击力时，采用的是“以柔克刚”的思维，通过种种巧妙的措施，其目标是以最小的代价，将强大的自然破坏力消弥至最小程度。


七、柔性的框架结构：墙倒屋不塌

     中华民族不但自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材，而且发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系—柔性的框架体系。


    我国木结构技术迄今至少已有近7000年的历史。中国的传统木结构，具有框架结构的种种优越性，如“墙倒屋不塌”的功效，但其柔性的连接，又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。


    在汶川大地震中，许多文物建筑的墙体均不同程度地受损，但主体结构仍未倒塌，就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。


八、整体浮筏式基础、斗栱、榫卯：抗击地震的关键

    我国古代很少建造平面复杂的建筑，主要采用长宽比小于2:1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大，两侧的次间、梢间等依次缩小面宽，这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。


    中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成，高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。中国古代建筑的台基用现代结构语言描述，堪称“整体浮筏式基础”，好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中，能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏，减少地震波对上部建筑的冲击。

    中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，形成下大上小的结构形状，实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一，而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。


    形成大屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件，大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性；庞大的屋顶以其自重压在柱网上，也提高了构架的稳定性。


    除了这些较显著的手法外，中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施，这些措施是古建筑抗震的关键。





    比如榫卯的使用：榫卯是极为精巧的发明，我们的祖先早在7000年前就开始使用，这种不用钉子的构件连接方式，使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体。


    不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量，减小结构的地震响应。