地震對(duì)建筑物破壞的原理分析與監(jiān)舍防震設(shè)計(jì)

摘要:論文通過(guò)地震破壞建筑物的原理和監(jiān)舍特點(diǎn)分析，提出了監(jiān)舍的防震設(shè)計(jì)目標(biāo)和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:地震 監(jiān)舍 防震設(shè)計(jì)

0 引言

云南省是我國(guó)地震災(zāi)害的高發(fā)地區(qū)。1976年唐山大地震以來(lái)，我國(guó)共發(fā)生6級(jí)以上強(qiáng)破壞性地震56次，其中有15次發(fā)生在云南，占全國(guó)總數(shù)的五分之一以上。為保證在押犯人的生命安全，在監(jiān)舍設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)予以考慮。

1 建筑物破壞原理

地震對(duì)建筑物的破壞作用主要有三種因素:振動(dòng)破壞、地基失效破壞、次生效應(yīng)破壞。

1.1 振動(dòng)破壞

地震波引起的地面振動(dòng)通過(guò)基礎(chǔ)傳遞到建筑物上，引起建筑物本身的振動(dòng)。建筑物一般是按靜力設(shè)計(jì)和建造的，耐受振動(dòng)的強(qiáng)度有一定的限度，其破壞程度取決于地震力的大小;但地震波對(duì)建筑物的破壞作用很復(fù)雜，破壞程度常由許多因素綜合決定，包括地震波頻譜組成和延續(xù)時(shí)間，建筑物的材料性質(zhì)，動(dòng)力特性，以及地基條件和地形等環(huán)境因素。

1.2 地基失效破壞

當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度較小或加速度很大時(shí)，地表層或下墊層可能達(dá)到屈服極限;此時(shí)巖石或土層不再具有完全彈性，將產(chǎn)生永久變形，進(jìn)而導(dǎo)致地基承載力下降甚至喪失，地基產(chǎn)生變位、移動(dòng)。雖然地基破壞消耗了地震波的能量，減小了震動(dòng)對(duì)建筑物的破壞;但地基失效同時(shí)又造成另一種災(zāi)害，如建筑物下沉、地基不均勻沉降和水平變位，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)破壞。

1.3 次生效應(yīng)破壞

在特定的地質(zhì)、環(huán)境條件下，地震可能引起崩塌、滑坡或泥石流等次生災(zāi)害。在陡峭的山區(qū)或丘陵地帶，破碎的巖石和松散的表土可能由于地震所產(chǎn)生的振動(dòng)與下臥的巖土層脫離，從而發(fā)生次生災(zāi)害;如果地震前發(fā)生大量、長(zhǎng)時(shí)間降水，更易發(fā)生該類災(zāi)害。規(guī)模巨大的崩塌和滑坡災(zāi)害可能摧毀地面的建筑物，掩埋坡下的居民點(diǎn)，造成大規(guī)模的破壞和傷亡;如果滑坡或崩塌造成河道阻塞，還有可能引發(fā)水災(zāi);而大型水體下及附近發(fā)生的大規(guī)模崩滑，也會(huì)對(duì)壩體及周邊建筑造成毀滅性破壞。

2 監(jiān)舍防震設(shè)計(jì)目標(biāo)

建筑物防震設(shè)計(jì)是指對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)防并采取一定的抗震構(gòu)造措施，以達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震的效果和目的。抗震設(shè)防必須貫徹執(zhí)行《中國(guó)人民共和國(guó)建筑法》和《中國(guó)人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》，并實(shí)行以預(yù)防為主的方針，減輕地震對(duì)建筑的破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)遭到不同烈度地震的影響，確定結(jié)構(gòu)、構(gòu)建、使用功能、設(shè)備的損壞程度及人身安全總目標(biāo)，分為以下三個(gè)層次:

2.1 小震不壞——遭遇本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，一般不損壞或不需修理即可繼續(xù)使用。

2.2 中震可修——遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度地震影響時(shí)，可能損壞，但一般修理或不需要修理仍可繼續(xù)使用。

2.3 大震不倒——遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度地震(預(yù)估的罕遇地震，50年超越概率2%～3%)影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。

3 監(jiān)舍的防震設(shè)計(jì)

監(jiān)舍是監(jiān)獄內(nèi)部用于犯人住宿的建筑，一般為多層鋼筋混能土建筑。由于其用途的特殊性，監(jiān)舍的防震設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則。

3.1 合理選擇地基基礎(chǔ)

監(jiān)舍數(shù)人員密集型建筑，防震要求較高，地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求:

3.1.1 同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上;

3.1.2 同一結(jié)構(gòu)單元不宜采用不同的基礎(chǔ)形式，如部分采用天然地基，部分采用樁基礎(chǔ);

3.1.3 地基為軟弱黏土巖、液化土、新近填土或其他嚴(yán)重不均勻條件時(shí)，應(yīng)估計(jì)地震時(shí)地基的不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應(yīng)措施;

3.1.4 合理選擇建筑環(huán)境，避免地震時(shí)發(fā)生的次生災(zāi)害對(duì)建筑物構(gòu)成傷害，如避免將監(jiān)舍建在松軟的山坡上或陡峭的坡腳下。

3.2 合理選擇結(jié)構(gòu)體系

建筑物的設(shè)計(jì)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。對(duì)于較大的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)布置多道抗震防線，且宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。

結(jié)構(gòu)件方面，應(yīng)合理選擇尺寸、配置縱向受力鋼筋和橫筋，避免剪切破壞限于彎曲破壞、混凝土的壓潰限于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結(jié)破壞限于構(gòu)件破壞;對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)配有足夠的非預(yù)應(yīng)力鋼筋。構(gòu)件間的連接也應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度，要保證:節(jié)點(diǎn)的破壞不先于所連接的構(gòu)件;預(yù)埋件的錨固破壞不先于所連接的構(gòu)件;裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體性。

3.3 建筑體型簡(jiǎn)單對(duì)稱

建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性，在兩個(gè)主軸方向上的動(dòng)力特性應(yīng)接近。對(duì)于監(jiān)舍，建筑的立面或豎向剖面應(yīng)規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度應(yīng)均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的界面尺寸和材料強(qiáng)度應(yīng)自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變;如果建筑平面不規(guī)則，其空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求:扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，樓層豎向構(gòu)件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍。此外，可通過(guò)設(shè)置防震縫將復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)體劃分為較規(guī)則的單元。

3.4 非結(jié)構(gòu)件的安全

出于犯人的安全和管理需要，監(jiān)舍設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用非結(jié)構(gòu)件。必須使用非結(jié)構(gòu)件應(yīng)滿足如下要求:

3.4.1 建筑非結(jié)構(gòu)件和附屬機(jī)電設(shè)備，自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì);

3.4.2 附著于樓面結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時(shí)倒塌傷人或破壞其他重要設(shè)備;

3.4.3 圍墻或隔墻應(yīng)考慮對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞(圍墻破壞可能導(dǎo)致犯人大規(guī)模出逃等監(jiān)獄安全事故)。

3.5 消能減震設(shè)計(jì) 由于云南出于高強(qiáng)地震頻發(fā)地區(qū)，而監(jiān)舍又屬于需重點(diǎn)保護(hù)的單位，因此有必要在建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)消能減震予以考慮。消能減震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)罕遇地震下的預(yù)期結(jié)構(gòu)位移控制要求設(shè)置適當(dāng)?shù)南懿考Ｏ懿考话阌上芷骷靶睋?、墻體、梁或節(jié)點(diǎn)等支撐構(gòu)件組成。消能器有速度相關(guān)型、位移相關(guān)型或其他類型;消能部件可根據(jù)需要沿結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別設(shè)置。

4 研究結(jié)論

論文研究得出如下結(jié)論:

4.1 地震對(duì)建筑物的破壞原理主要有振動(dòng)破壞、地基失效破壞和地震次生效應(yīng)破壞;

4.2 監(jiān)舍一般為多層鋼筋混能土建筑，容納人員多，其用途的特殊性決定了其防震設(shè)計(jì)的特殊性;

4.3 監(jiān)舍防震設(shè)計(jì)能保證小震不壞、中震可修、大震不倒。

4.4 根據(jù)監(jiān)舍防震設(shè)計(jì)特點(diǎn)和要求，提出了一系列防震設(shè)計(jì)措施。

作者簡(jiǎn)介:彭中進(jìn)，女，(1970.7- )，1991年畢業(yè)于昆明工學(xué)院(現(xiàn)昆明理工大學(xué))建筑工程及設(shè)計(jì)專業(yè)，大專學(xué)歷;現(xiàn)任云南省小龍?zhí)兜V務(wù)局龍?jiān)捶康禺a(chǎn)開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)有限公司綜合部經(jīng)理，主要從事建筑項(xiàng)目管理方面的研究。