地震带建筑的防震措施及施工安全

摘要:为了保障地震带建筑安装的质量安全,通过对建筑结构和建筑所在地质状况的科学分析,采用安装智能摩擦阻尼器等免震抗震技术和在高层建筑中采用钢结构提高建筑的抗震能力,保障地震带建筑的安装质量安全,有效减少建筑安装施工人员人身伤害及设备损失。

关键词:地震带;建筑安装;抗震装置;建筑安全;施工安全

1 我国主要地震带的分布状况

地震带指地震集中分布的地带。在地震带内震中密集,在带外地震的分布零散。地震带常与一定的地震构造相联系。地震带内的地震活动在时间分布上是不均匀的,地震带内显示的各种不同的地震活动性与该地带地壳介质性质、构造形式和构造运动强弱有关。

我国位于世界两大地震带与环太平洋地震带与欧亚地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,中国地震活动频度高、强度大、震源浅,分布广,是一个震灾严重的国家。1900年以来,中国死于地震的人数达55万之多,占全球地震死亡人数的53%;1949年以来,100多次破坏性地震袭击了22个省自治区、直辖市),其中涉及东部地区14个省份,造成27万余人丧生,占全国各类灾害死亡人数的54%,地震成灾面积达30多万平方公里,房屋例塌达700万间。中国地震主要分布在五个区域:台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上。由于地震带的分布对于建筑的安装质量安全有很大的影响,在设计施工之前必须科学分析这些方面的因素。近期发生的汶川大地震给了我们整个社会很大的反思。由于在我国特别是汶川地区没有重视这些方面的因素,在地霞中因为建筑倒塌造成了大量的人员伤亡和财产损失。

2 地震带建筑质量安全保障和技术实现

国家有关法律和当地监管部门对建筑的防震有着严格的规定,执行这些标准对与建筑防震安全有着指导作用。对于建筑质量安全本身来讲,如何利用防震技术来提高质量,保证建筑的质量达到或者超过相关标准,是关系建筑使用者生命财产安全的关键。国外和国内在经历了多年的深入的研究,实践,积累了丰富的技术手段和经验。某些抗震技术已经在一些地震和伴生地质灾害中得到了验证。

2.1 建筑构造与防震

建筑构造学是研究建筑物的构成、各组成部分的组合原理和构造方法的学科。建筑结构是构成建筑物并为使用功能提供空间环境的支承体,承担着建筑物的重力、风力撞击、振动等作用下所产生的各种荷载;同时又是影响建筑陶造、建筑经济和建筑整体造型的基本因素。为了防止建筑物在使用过程中受到各种人为因素和自然因素的影响或破坏,必须研究下述问题,许采取安全措施,如建筑防火、建筑防震建筑防爆、建筑防尘、建筑防腐蚀、建筑辐射防护、建筑弄蔽、地下室防水、外墙板接缝防水以及变形缝等。

2.2 实用抗震技术

地震使建筑物摇晃倒塌的原因,是由于建筑物直接固定在地基上的缘故。当地震能量传向建筑物时转变成建筑物的振动能。支柱和墙壁一旦吸收这种振动能就会遭到破坏。如果使建筑物脱离地基,即使地基摇晃建筑物也不会摇动,免震抗震技术就是使用免震装置吸收所有振动能的技术,阻止地震力进入建筑物,即使进入也要把它限制在最小的程度。首先把建筑物与地基隔开,然后插入免震装置。

钢结构建筑在国外已有110多年的历史,钢筋混凝土结构在超建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面积比率越来越大,在建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑;同时高强度钢材应运而生,在建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。而且由于钢材本身的柔韧性比钢筋混凝土要优越的多,所以在建筑中,特别是厂房和高层建筑中采用钢结构对于提高建筑的防震有很好的效果。

2.2.1 免震抗震装置

免震装置就是吸收结构和抗震结构的组合物。吸收结构是由薄钢板与天然橡胶重合制成的,通常用于支撑建筑物的重量。吸收结构如果仅仅是橡胶,其垂直方向会显得松软,加钢板后起坚固压重作用。横向柔软,比重适宜。在吸收结构的中心加进了铅芯和铅塞。铅塞的功能主要是把地震的动能转变成热能,以阻止震动传向建筑物。吸收结构起着缓冲力的作用,将地震作用力减至约1/7,同时从第一层到楼顶的振幅也基本不变。在抗震壁的下段安装铁板箱,从上段吊下来的铁板嵌入到铁板箱中,在其间隙处注入高粘度流体,当地震造成建筑物晃动时,粘性液体能起减振的作用。配合使用上述的抗震结构,不仅能减少水平振动而且也能减少垂直振动,对减轻地震动能发挥很好的效果。吸收结构的强度非常惊人,其纵向支撑能力的强度是混凝土支柱的5倍。其水平方向的柔软程度是以往建筑物的100倍。橡胶不仅不危险反而非常安全。为了调查免震建筑物的抗震性能,人们在建造的免震建筑物中安装了地震观测系统。一般情况下免震结构的建筑成本高于一般楼房5%-10%,但增加了安全感,目前世界上最高的防震楼在日本,这座楼高14层,地下2层,高约80m。建筑物各楼层的主体结构构架由170张抗震壁组成。装有超塑性橡胶减震器,可使建筑物的振动衰减常数达到20%。

2.2.2 安装智能摩擦阻尼器

结构振动控制是土木工程领域研究十分活跃的一个分支,为了减小高层建筑在地震作用下的响应,在结构中设置摩擦阻尼器.智能摩擦阻尼器发挥耗能作用的前提是阻尼器的摩擦副随层间位移的变化产生相对滑动,即层间相对速度不能为零的情况下摩擦力才会做功,将上述高层建筑简化为剪切型模型后,用序列最優控制算法求解得到的阻尼器最优正压力对结构进行振动控制,控制的仿真过程通过Matlab语言编程实现。采用序列最优控制算法后,结构底层的层间位移响应峰值比未安装阻尼器时降低了约45%,顶层的层间相对位移则减小了约85%,这样将有效地防止结构出现过大变形。

2.2.3 抗震装置其他应用

抗震装置也可用于增固旧楼,例如,用千斤顶顶起楼房,把原来的支柱去掉,插上抗震装置即可。美国已开始实施这一技术加固旧楼房。可根据现有建筑物的条件施工,一些古老的建筑也可以采用这一技术加固。

3 地震带建筑安全施工的安全

在地震发生时,由于施工操作的特殊性,对于施工人员设备在建筑施工安装时的安全也有相应的要求,在5.12汶川地震中,许多的施工人员因为建建筑的倒塌和设备的突然损毁失去了生命,比如塔吊驾驶员,由于塔吊的钢结构经受不起地震的震动而倒塌,造成塔吊驾驶人员和地面人员的伤亡。

和一般的地震安全防范措施相比,建筑施工安全的保障有自身的特殊性。但是,首先要做好地震的预报工作,虽然地震的预报还是一个世界难题,但是地震来临之前有很多预兆,比如地磁的变化,动物的异常表现等等。

其次,在地震带的建筑工程,要在平时注意保持紧急疏散通道的畅通和相关救灾物资的储备,如消防和医疗急救设备,以便在发生地震之后及时开展自救。

最后,加强建筑施工安全的监理和监督工作,完善制度,建立事故应急救援体制,落实相关措施,加强对施工人员的教育和宣传等。

4 结论

我国地震活动频度高,地震灾害对于建筑施工安全有很大的影响。由于对于地震的预报和防治的技术能力有限,在地震带建筑安全中,充分考虑地质因素,依照国家标准,采用各种科学的手段,加强管理和监督,完全可以实现提高建筑抗震能力的目标,减少施工人员的伤亡,保障人民生命财产安全。

参考文献

[1]马松雯,田立臣,董殿江.中国古建筑工程专业教学质量监控体系研究.职业技术,2010,(01):46.

[2]杜创.预应力混凝土框架的抗震措施研究.安徽水利水电职业技术学院学报,2010,(01):10-12.

[3]罗发强.某旧教学楼的抗震加固措施与设计探讨.中国新技术新产品,2010,(04):193.

作者简介:董勇(1975-)男、四川阆中人,本科、工程师、主要从事建筑施工研究;2008年度河南省优秀总监,河南省评标专家库成员。

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