為什麼地震中 高樓反而不會倒?
看到墨西哥地震,很多小房倒了,而高樓建築反而沒事,無法理解啊
(個人觀點)一般情況下,高層建築的結構比低層建築的結構要有力的多。比如筒體結構和框架結構,框剪結構、這三種屬於一般高層和超高層常見的結構。
再到現在已經被淘汰的磚混結構。在到冷門的抗震力度很差的預製板拼裝的樓房,又或者是造價高昂整體性能優秀的鋼結構房屋。總而言之,結構設計絕對是房屋抗震的重要因素之一。(路人甲乙丙丁:廢話!)高層建築自振周期較長,震動頻率小,一般地震頻率大,這樣的話不容易產生共振。
還有,高層建築一般比較新,意味著設計時遵循的規範也基本是新的,而現在規範是越來越嚴苛保守的。還有,和施工的質量材料也有關係,小房子往往是小施工隊甚至隨便找幾個人來施工,材料和施工質量堪憂。
這個問題涉及到地震工程的一些基礎知識。
可以在這裡簡單地回答:
看這個震動試驗:
三個不同高度的撐架簡單地模擬出不同高度的房屋。
剛開始地面不震動,三個撐架處於靜止。
模擬地面震動頻率為4HZ的時候,最高的一個撐架發生劇烈震動。而其餘兩個沒發生震動。
模擬地面震動頻率為6.35HZ的時候,中間的一個撐架發生劇烈震動。
模擬地面震動頻率為11.35HZ的時候,左側最矮的一個撐架發生劇烈震動。而其餘兩個基本沒發生震動。
這說明了地震的周期(頻率)的不同對於結構的影響也有極大地不同。
而大部分的地震的震動頻率處於較高頻率。也就是如上圖所示。地震易對於低層建築產生極大影響。
再加上高層建築選址會考慮更多場地因素,是否位於地震帶,軟土地基還是堅硬地基的因素來進行選址和設計。所以地震來了易對低層建築產生較大影響。不一定會對高層建築產生很大影響。
視頻來源:http://www.youtube.com/watch?v=LV_UuzEznHs
PS:大部分地震的震動頻率處於較高頻率。少部分地震由於處於軟土地基等因素處於較低頻率。因此低頻率(長周期)的地震則會使高層建築受損更多,而低層建築相安無事。(原理同樣參見上圖)
詳細回答如下:
地震為什麼房屋會震動?
1.
因為地面運動產生地面加速度,結構物位於地面之上,因此會隨之產生加速度。
2.
地面的加速度是往複的,往複的震動將結構體破壞。結構物的隨之震動也是往複的。往複的運動我們則需要考慮結構物的周期(頻率)的不同,受到地震的影響而不同。
3.
當震動的頻率和結構物的頻率相近或一樣的時候,這樣的房屋建築受到地震影響也是最大的。這就是我們常說的共振。
舉例說明就是我們常說的一行軍隊過橋,一致步伐過橋的時候,橋樑被震跨。並不是因為產生的力將其震跨。而是因為人行的頻率和橋樑的頻率一致時,橋樑受到的震動影響最大也被震垮。
所以我們關注結構物自震周期和地面周期的關係來確定結構物受地震影響的情況。
任何結構物的自震周期都是其固有性質。與它的結構剛度k和質量m有關。因此我們實際中可以計算出結構物的周期。
而另一個地面周期我們則是根據當地的地形,歷史上受地震的影響,場地類型(土質鬆軟或堅硬)來確定出地面周期。確定周期之後我們可以製作成相應的關係曲線(反應譜)。從曲線中我們可以看到地面加速度和周期的關係。
大量數據擬合修正分析,我們就可以得到反應譜。
設計人員根據地震反應譜(地面震動周期和反應譜加速度的關係)就可以進行結構抗震設計了。
倒塌的,都是沒有認真按照規範進行抗震設計的房子。高層進行正規設計施工的比例高。
基於樓上回答,那不禁想問為什麼同一個區域,普遍發生低矮房屋倒塌而高層沒有出現,僅僅因為重要性決定高層建築物抗震要求高嗎?或許是極端情況低矮房屋都在地震帶上,而高層不在。但是這個可能性太小了。。。我想最可能的情況應該是這個區域的地基質量好,剛性地基的基頻和低矮房屋基頻接近,地震波過來,低矮房屋的地震響應會被放大很多倍,此處個人簡單理解為共振。而高層基頻和地基基頻差別大,地震響應小,所以會出現題主所說出現的建築物震後的結果。
我覺得其實結構形式可能也有關係。現在比較矮的建築多數是磚混結構,靠縱橫牆承重,約束能力強,基本可以看做剛體,節點連接也是剛性連接。這種結果剛度特別大。而高層多為框架,框剪,核心筒等等,相對磚混來說,這些結構節點多為鉸接,剛度小一些,但受地震荷載時反倒能吸收一些地震產生的能量,使實際受到的地震作用減輕,所以其實高層比多層在抗震上反倒好一些。
在建築之前會選址,特別是高層和超高層,在地勘報告出來後,針對地基承載力以及是否是處於地震帶都要有專家審核,在確定可以修建後才會開始設計以及建造。所以其實是建築避開了地震,(我們常根據地震裂度帶來劃分)而不是它具備抵抗一切地震的能力。當然,對於高層以及特別是超高層而言,抗震抗風設防都是更加嚴格,但必須知道的是,如果震源就在建築腳下,沒有建築能抵抗得住。
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