木结构建筑物性能——抗震防风
众所周知,地震是一种常见的自然现象,世界上每年发生地震要达一百万次以上。由于产生地震的过程及其复杂,且强震发生是一个很小概率事件,地震预测是一个世界性的难题,迄今为止世界上没有国家能够成功预测地震的发生。为了防止突如其来的地震给人类生活造成的破坏,在一些地震多发国家和地区,往往都采用了一种抗震性能很好的建筑形式---现代木结构建筑体系。现代木结构建筑比任何形式的建筑的抗震能力都要好。
如今木屋已经在世界各地被广泛使用,并且用途十分的广阔,既可以作为居住的公寓,也可以作为商用的办公建筑,例如,学校,餐馆,会所等。而在北美洲,特别是美国和加拿大的木屋普及率更是让人瞠目结舌,据统计,超过95%的美国与加拿大居民居住在木结构的房屋中,这显然不是一般的木结构木屋住宅热。而在我国的沿海城市和一些内陆地震多发区,也逐渐的出现了这样一股的木屋热潮。
木结构韧性大,对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力,切木屋的箱式结构将力均分,木屋由于自身结构轻,木结构又有很强的弹性回复性,所以在大地震中吸收的地震力小,结构在基础发生位移时可由自身的弹性复位而不至于发生倒塌。即使在强大的地震力下,木屋稍微变形或整体被推前数米,仍完好无散架。由此证明了木屋在各种特别的负荷条件下,其结构的抗地震未定性能和结构的完整性。
或许这样说大家也许还是有所顾虑和怀疑,那为大家列举两个闻名世界实例吧,那便是发生在上世纪日本神户和美国的洛杉矶的大地震。这两次大地震之所以到现在还被人们所记得,那是因为发生在这两个地方的地震都非常强烈,具有很强的破坏力,而在震后,路面是受到了严重的破坏,但令世界震惊的是在地震中受伤或死亡的人数很少,这是为何?这得益于这两个国家的木屋的普及率非常的高,在地震中木屋受到冲击后只是发生了一些变形而不至于倒塌,因此挽救了众多的生命和财产损失,也是因为这点,后来的日本政府还明令支持民用住宅要尽可能的使用木屋住宅。
木结构的这些特点保证了其良好的抗震性能:
1. 高强度/质量比一方面可以抵抗较大的地震力,另一方面可以减小地基传到上部结构的地震力;
2. 木材的柔韧性明显优于其它混凝土、砖石材料,专业术语可以称为粘弹性材料,能够耗散更多的地震能量;
3. 木结构具有多重传力体系,合理的设计可以形成多重抗震体系,增强结构承受地震破坏和消散地震能量的能力;
4. 木结构传统的卯榫连接方式,近似于铰接,允许构建产生转动,进而耗散地震能量;
5. 另外,我国古代大型建筑上厚重的屋顶与柱子连接用斗拱,斗拱是一种合理的受力形式,合理的设计可以使剪力非常小,甚至为0。木结构的斗拱通常采用一连串的相互卯套的凹凸木块,不用钉子,每一块都是可以活动的,增强了结构的抗震能力。
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