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木结构建筑物性能——抗震房屋
时间:2012-04-16

   事实证明加拿大木结构建筑在地震中具有优越的保障生命安全的性能。与其他形式的房屋建筑相比,平台框架式木房屋是地震时最安全的地方之一。 

    在过去的50年中,我们对由地震造成的风险以及在地震时生存能力的认识都得到了提高。但与此同时,人口的急剧上升和城市密度的不断增长也增加了人类的地震风险。 

    地震是地质板块在移动中能量的突然释放。世界上有些地方,如北美的西海岸,是地震经常发生的地区。那里的建筑物必须抵抗很强的地震力。这些地震力取决于地震的强度、震源的远近、造成地震的地质运动的类别,以及给定建筑物周边的地质状况。 

    每种结构都有其独特的特性,例如其刚度和强度,因而对地震力的反应也不同。地震使一栋建筑物产生水平和垂直震动。水平力又称为侧向力或剪力,它是对抗震设计的真正挑战。 

    木材可承受振动 

    作为一种结构材料,木材的抗震性能明显优于其他材料。木材轻质高强,因而地面加速度在木建筑物上所产生的能量没有其他建筑物大。木框架系统的另一个额外优势是其柔韧性优于其他材料,可以吸收并消散能量。 

    木材在加拿大被用于建筑时,几乎总是被用于具有轻型框架风格的平台式框架房屋中。在这种建筑中,木构件细小、尺寸规范、间隔紧密。楼板一次只建一层,因而每层楼板就成了建在其上的新楼板的建筑平台。大多数的框架由三个部分组成:构成墙壁骨架的垂直墙骨;构成楼板的水平搁栅;以及支撑屋顶的椽木或桁架。当墙由斜撑木板或轻质木基板材而形成墙覆面板时,它便具有了侧向抵抗力,并进而形成了一个剪力墙系统—轻质、高强、且建造效率高。所有部件共同支撑起建筑物,使之可以抵抗重力、风及地震。 

    轻型框架木结构于19世纪早期在北美开始。长期以来,无论在建筑物性能上还是在装配它的行业技艺上,其业绩已得到公认。加拿大各地的许多本世纪初建造的木结构便是这种系统可靠性的有力证明。 

    加拿大木框架房屋在世界其他地方也被证明有同样好的表现。1995年的日本神户地震大毁坏性最大的近代地震之一。这场里氏6.8级、使6,000人丧生、财产损失超过1000亿美元的地震对所有多次受到严重的横向和竖向地震力的建筑物来说都是一次残酷的考验。在这场地震中,只有很小横向承载力的以传统 日本式梁柱风格建造的旧房屋受到很大破坏。以加拿大抗震标准建造的新房屋则几乎未受影响。 

    数十年的现场测试 

    加拿大国家林产业技术研究院(Forintek Canada Corporation)就过去40余年世界上主要地震中将近50万栋木结构建筑的表现,并于最近公布了可靠的数据。研究表明无论其新旧如何,北美式木框架建筑在地震中表现良好。在调查的7次地震中,总共只有34人因平台框架建筑损坏而丧生。相比之下,1999年的土耳其地震摧毁了在建筑中广泛使用砖石和混凝土的区域,造成了40,000人丧生。这并不是说砖石和混凝土不使用于地震带,而是这些建筑系统要求特别注意遵守设计和建筑标准,以达到良好的抗震性能。经验表明木结构的要求则比较宽松。 

    Forintek的调查报告表明在地震中很少有北美式木建筑倒塌。观察到的为数不多的几处倒塌一般是由于多层建筑中一楼脆弱所致。许多现代房屋在其一楼外墙上有很大的开口(用于大窗户、露台门、车库门),无论是什么样的建筑,开口都会削弱这些墙壁的强度。在设计和建造中从工程角度做适当判断、并仔细遵循最新房屋规范和标准会消除一楼脆弱的问题。 

    安全设计 

    无论是新建筑还是对现存建筑物进行翻新以达到现行标准,良好的抗震设计应包括以下几点关键特征。 

    ● 特别注意潜在的一楼脆弱问题 

在稳定的地面上建立牢固的地基
墙壁与地基中的侧向力,包括脚凳墙(这些是介于地面和一楼之间的矮墙,它们形成一个爬行空间或底层墙壁的一部分)
其他木构件与墙骨间的恰当钉合  
没有一栋建筑可以做到完全防震,但是良好的抗震合计会将结构损坏减少到最低限度,最重要的是,它会在大地震发生时保护居住者的生命。最佳抗震效果的取得有赖于遵循现代房屋规范和标准,在建造大型或复杂建筑物时需请专业结构工程师帮助。