地震來到時,高樓坍塌,底部先垮

地震來到時,高樓坍塌,底部先垮

高樓的破壞和坍塌從何處開始? 簡單一句話: 自下而上, 底部先垮。

地面上所有的建築物都是地面運動中的載體,大地是主動震動源,建築物是被動受力者。當底層結構隨著地面運動之時,高層建築體卻被自身的慣性力推動著向地面運動的相反方向移動,於是建築物的下部就會形成一個最大的剪切力,並在地面運動的往複作用下形成X 形斷裂面。

從模擬試驗和國內外現場考察看,一個上下均勻的高層建築,它的最嚴重的斷裂位置不是發生在頂部,而是在腰部以下的底層。這個倒霉的部位,大體位於高樓的質心和地面之間。一旦建築物的抗剪切力薄弱或者吸收的能量較少,這個部位的結構會首先被撕裂,致使整體塌落。

解決這個問題,絕不是對局部結構進行加固就能避免的,因為集中受力點會隨之而轉移。為了使建築物能夠很好地與地面運動耦合起來,除地基外不僅要求整個結構都能夠協調地運動,還有兩條至關重要的穩定性因素:

第一是建築物的場地選擇必須合理,避開可能發生斷層、滑坡、崩塌、地陷等不利之處,尤其是同一結構單元的基礎不能設置在性質截然不同的地基上。汶川地區的不少建築物,地震時出現非均勻的整體沉降,或被斷層切割,或被泥石流掩埋,造成了高樓倒塌破壞。我國也常常在地震之後才發現多種建築物蓋在了古河道、岩溶區、流砂帶或斷裂帶上。一旦出現這種情況,連震後的維修與加固都難以進行。

第二是建築結構的整體性和規則性。這是保障建築結構「大震不倒」的前提,只要結構不倒,生命財產也就有了保證。一般而言,單個構件的破壞並不會引起結構整體的倒塌,而它們之間的節點,比如鋼筋結構的連結強度和抗震能力卻十分重要,節點的斷裂自然導致一系列構件的連續坍塌和整體破壞。規則性則確保了地震破壞作用不會出現過度的集中點,避免了嚴重後果的出現。對於一些重要建築還要採取隔震措施,在建築物主體和地基之間設置隔震層,隔斷地面的強烈剪切力對上層建築的破壞,或者設置阻尼器來極大地吸收、消耗掉地震波的能量,在高層建築的中間層位甚至還要再設置隔震層以降低更高層位的受力水平。

建築物X 形裂隙的形成過程

居住在高層樓房的底層(比如地下室或一二三層等)的人員,需要注意維護底層結構的良好性,避免裝修過程中對承重牆體等所有抗剪力結構的任意改動與破壞,地震時刻自然應該迅速脫離建築物、躲到戶外。一般情況下,三樓以下的居民存在這種應急逃離的有利條件。

大 道 理

所有建築物都是地面運動的載體。當底層結構隨著地面運動時,高層建築體由於自身的慣性向地面運動的相反方向移動,於是建築物的下部就會形成一個最大的剪切力,並在地面運動的往複作用下形成X 形斷裂面。

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