建筑抗震中的物理應用

張珺

【摘要】中國位于歐亞大陸的交界處，這條交界在造就舉世聞名的珠穆朗瑪峰的同時，也帶給了中國許多地震災害。無論是唐山地震還是汶川地震，地震帶來的破壞是令人震撼的，也是令人悲痛的。其中，建筑的破壞最令人揪心，因為現代建筑的人口容納量遠大于從前，建筑如何做到抗震設計是保護地震中人身安全的重要一環。本文就建筑抗震所用的物理環境和物理原理進行探討。

【關鍵詞】建筑抗震；抗震節點；物理

1、建筑中的抗震節點

1.1抗震節點的作用

建筑抗震節點是建筑中受力構件集中交匯的部位，它們承擔著建筑物在遭受物理沖擊的時候受到的主要力學沖突，調和建筑自身以及建筑與周邊的物理安全環境。當發生地震災害時，抗震節點發揮著保護建筑結構和形態的作用，達到小震不壞，中震可修，大震不倒的基本要求。

1.2節點的破壞類型

建筑抗震節點有很多，但是由于某些部位抗震性能的不同而引起了節點耐久性的不同，這就使得我們可以很便捷的篩選出比較容易損壞的節點，在此基礎上可以進行修補和完善作業。節點主要的破壞類型是錨固破壞、梁端破壞、核心區破壞、柱端破壞等。不同的破壞類型代表著建筑物中不同的結構位置，可以由此標注出建筑物抗震性能以及抗震的薄弱點，然后再進行后期的完善和補救措施。

2、建筑抗震的物理應用

2.1古代木結構材料應用

中國古代木結構建筑就應用的是材料力學抗震手段，木材本身就具有較好抗震性和耐用性。古代對于物理計算還不太發達，多是使用自然中物理性質較好的材料直接使用，屬于材料力學的物理范疇。直接采用自然性材料的做法體現出的是較為明顯的地域特征的，這種使用手法也使得不同材料的物理特性得以展現，通過對不同物理特性材料的使用，來發揮它的物理性質，同時也造成了由于自然材料的不同性而引起的建筑抗震性能的差異性。

2.2結構力學的應用

工業發展給這個世界帶來的是多種多樣的人工材料以及人定勝天的思維模式。新型材料就比如說混凝土材料本身就具有較好的拉伸和剛性性能，優于許多自然材料，讓建筑從地域特性中解放出來，使用新型材料建造并進行抗震設計。在這種模式下，新型建筑材料有極好的可塑性，可以設計出多種多樣的建筑結構來達到建筑抗震。在計算結構力學時，出來要滿足一些基本條件以外，還要通過公式

來計算結構整體穩定性。然后在通過Mi≥1.3MOV進行抗傾覆驗算，最后得到抗震節點的物理性能。

2.3多種物理學科綜合應用

隨著時代的進步，單單是材料本身的使用已經不足以滿足日益發展的建筑需要，新時代多采用預計算結構的方式解決建筑抗震問題，預計算抗震節點的物理特性，并進行加固式的節點設計，是提前預防并改善建筑抗震環境的良好手段。土木工程的抗震設計一直在國內外被不斷提及和研究，一般都是通過軟件模擬的手段來進行設計，例如通過JDJG軟件建模后在通過PM CAD進行抗震節點強度模擬和深化。這種設計有較高的精度，也可以混合不同種類物理學原理。這種方式的好處在于可以借助計算機等軟件，直接分析待建建筑的物理性能，囊括氣候，地理環境等對建筑的影響。其中涉及到風能，熱能，勢能等，能做到提前預防未知風險，然后最大程度上考慮抗震現狀，完成建筑的抗震設計。

3、建筑的抗震設計

3.1建筑中的物理學

物理學作為一項基礎的自然研究課題，有其獨特性和普及性，無論是自然科學還是人文科學，物理學的因素都蘊含其中。但物理學是一門大的概述性學科，分布到建筑領域主要還是力學、聲學、光學等，其中力學對建筑的影響最為巨大，它可以說是建筑的基石，無論是怎樣的建筑都離不開力學基礎的鋪墊，建筑的結構，材料，地基等，也都蘊含著豐富的物理知識。建筑在結構上主要運用力學的知識，在表皮材料方面運用聲學知識，在采光方面運用光學知識等。物理學已經深入投射進建筑的方方面面。在抗震結構方面，從之前的抗震設計到現在的物理補救手段，都體現物理知識對于建筑設計的不可忽視性。

3.2抗震建筑設計—板柱結構抗震

抗震設計主要運用力學知識，中間也夾雜一些熱工學的原理。在抗震設計中，如何考慮地球物理知識，以及如何應對地球物理變化，是極為重要的一環，我們通過對建筑結構的物理預應對來達到預防抗震作用。鋼筋混凝土板柱結構體系由于其簡潔性被廣泛應用在建筑領域。在水平地震作用下，其板柱節點容易受到豎向剪力和不均勻彎矩共同造成的節點破壞。在通過對節點水平壓力的計算模擬分析后，可以合理完善板柱結構節點，達到結構抗震要求。

3.3抗震設計方法及本質

在抗震設計的時候，首先要考慮對結構的選擇，要選擇在質量和剛度上都均勻分布的結構，便于計算和設計；其次對于一些較為不規則的建筑結構，要采用實時分析補充法則進行設計；除此之外，不可忽視地基的重要性，增強地基的牢固性可以有效增大建筑的防風防震能力。從抗震設計的步驟就可以看出來，物理法則就隱藏在這一個個建筑設計的背后，哪怕只是一個小小的建筑節點，都可能應用到了關于力學，材料學的知識。不同力學知識綜合考慮設計，才是抗震設計的核心手法，同時也可以看出物理學知識對于建筑抗震的基石作用。通過對物理知識的深入研究，可以完善建筑節點知識，造就更加適宜，更加安全的現代建筑。

結語：

古人運用木結構技術來達到建筑抗震目的。其本質就是木材質在遇到地震波沖擊時還可以保證良好的完整性。這可能是最早在建筑抗震中運用物理知識的實例。也體現了物理知識對于建筑領域的改變，建筑抗震的發展更是離不開日新月異的物理學知識。通過物理應用，現代建筑才有了更為廣闊的發展前景和更為安全的建筑居住環境。

參考文獻：

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