当地时间11月14日凌晨,新西兰(南纬42.53度,东经173.05度)发生8.0级地震,震源深度16公里。新西兰总理约翰·基今日确认,至少两人在当天凌晨发生的地震中丧生。目前无法确认是否有更多人员伤亡,相关人员将进一步评估地震造成的影响。
众所周知,新西兰在经历过多次地震创伤后,国度内逐渐形成了以轻型木结构为主流的民房特点。这一房屋结构使新西兰民众得以在数次强地震中幸存,那么,到底是什么因素在影响着建筑物的抗震性能?轻型木结构的抗震性能究竟如何?
影响建筑物抗震性能的因素
从结构设计的角度来看,建筑结构的重量、阻尼、强度、刚度、延性和整体性都是决定建筑物地震反应的因素。地震是一种自然现象,当发生地震时,地面运动决定了其本身的加速度、速度和位移,但是上述结构自身的特性就像一个“转换器”,在各种因素的共同作用下,可以改变地面上建筑物的地震反应,也就是说在同一场地震中,相同的地面运动,不同的建筑结构有不同的地震反应,有的建筑物经过大震依然可用,有的建筑物已然成为废墟。我们说,根据建设场地地质条件的特征和地震的特点,通过调整“转换器”中各种影响因素的大小,进行合理的设计,是可以做到建筑物大震不倒的设防要求。
轻型木结构抗震性能表现
说到木结构,不得不提一下中国传统的木结构。木结构在中国的使用和建造有着非常悠久的历史和丰富的经验,其中隼卯连接是传统木结构最典型的连接方法,隼卯节点不用铁钉,不用钢销,通过能工巧匠的刻凿,就能将梁和柱牢固地连接在一起。举例说,就是普通的木椅,其各个构件之间均采用隼卯连接,使用时间久了或使用不当时,木椅节点会松动,当你用手去摇动木椅时,虽然会有明显的变形,但木椅不会散架破坏。其实,这其中蕴含了一个非常重要的抗震思想,就是“以柔克刚”。通过结构在允许范围内的变形和错动来消耗地震的能量,这样就能但保证结构的整体安全。
轻型木结构是一种采用小断面规格木材通过钉和金属连接件连接固定建造而成的建筑物。木材本身就具有弹性在外力作用下有一定的变形和恢复能力;而钉节点和金属连接件节点和我们传统木结构中的隼卯节点可谓异曲同工,都具有一定的变形能力,这样轻型木结构就形成了一个柔性结构。轻型木结构有三大特点:
首先,结构自重轻,木材的重量仅为混凝土重量的1/4到1/5,相同体量的建筑物,结构自重越小受到的地震作用也越小,所以轻质的木结构受到的地震作用比较小;
其次,轻型木结构采用规格材做墙体骨柱,定向刨花板或胶合板等结构性能稳定的板材做覆面板,形成具有良好抗侧能力的木剪力墙,这也是结构主要的抗侧力构件;
最后,小断面密布的轻型木结构是柔性结构,有很大的结构冗余度以及一定范围内的变形能力,结构可以通过自身的变形来消耗能量,提高整体安全性。
当发生地震时,在三大特点的共同作用下,轻型木结构体现出良好的“以柔克刚”的抗震性能。
以世界范围内的几次大震中轻型木结构的实际表现来看,轻型木结构的抗震性能是稳定和经得起考验的。轻型木结构大量地用于北美地区的住宅建筑,所占比例在95%以上,1964年阿拉斯加地震,1971年加州圣佛南多地震,1987年纽西兰艾几坎比地震,1988年魁北克萨坤内地震,1989年加州娄玛布理塔地震以及1994年加州北岭地震,20世纪以来的历次大震中,轻型木结构的抗震性能得到了充分的体现和证明。在这六次地震中,因为轻型木结构的破坏而造成的人员伤亡数量几乎为零,最多的一次是在北岭地震中,死亡人数为20人,其中,16人死于一幢公寓大楼的倒塌,4人死于山体滑坡引起的房屋倒塌。截至目前,在此次新西兰地震中,人员伤亡报告几乎为零,轻型木结构的良好抗震性能再一次得到了有力的证明。
通过大量的实际震害调查,轻型木结构的房屋较相同体量的钢筋混凝土或砌体结构具有更好的抗震性能,没有明显或致命的破坏。另外,木结构墙体不会像砌体填充墙那样破坏并大面积的砸落引起伤害事故。
当然,任何结构都需要合理的设计和良好的施工才能发挥其特点和作用,轻型木结构也不例外。