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抗震住宅的明天在哪里

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这些年来,建筑房屋抗震性能差是导致震灾人员伤亡的一个重要原因之一,对抗震住宅的设计与需求也由此受到了更多的关注与探讨。

痛定思痛加强建筑抗震性能

2012年9月7日,云南省昭通市彝良县、贵州省毕节地区威宁彝族回族苗族自治县交界发生5.7级地震。2011年3月10日,云南盈江发生5.8级地震。2008年5月12日,四川汶川发生8.0级地震……

这些年来,建筑房屋抗震性能差是导致震灾人员伤亡的一个重要原因。而钢结构住宅建筑的抗震性在地震灾害中得到了检验。在汶川地震中,以九州体育馆为代表的钢结构建筑成了灾民的避难所,钢结构以其特有的安全性保护了人民的生命财产。

近几年,中国钢结构协会组织部分国内钢结构企业的技术和管理负责人、专家学者和行业研究人员赴欧美国家、韩国、日本开展钢结构住宅技术交流和考察活动。大家对上述国家政府和企业重视结构抗震性能的研究和推广追求人与环境和谐共生的理念留下了极其深刻的印象。

众所周知,日本是地震多发国,日本钢结构住宅的发展有其特定历史条件和社会环境,尤其在上世纪,日本政府在每一次大地震灾害发生后,都会修订法规,补充条款,提高建筑抗震标准。建筑商都会根据建筑受损程度,进行专题研究并提出新技术的解决方案,不断改进建筑的结构体系。日本重视对造成地震灾后伤害案例的研究,其技术成果会得到国家政府和全社会的高度重视,并进行推广和运用。这一点非常值得我国借鉴和学习。

生命第一是建筑的准则。研发具有自有知识产权的钢结构产品,走中国钢结构住宅独创的技术创新之路,制定抗震和验收新的标准,体现科技节能、科技创造生活新追求,是我们努力的方向。

从建筑用钢着手也许能找到出路

国外建筑用钢量占钢产量的10%~30%,以中国年产7亿吨钢计算,10%就是7000万吨。但是,目前我国每年建筑用钢量才3000多万吨(不含钢筋)。而美国、日本这些钢结构建筑普及的国家,用钢量已经达到了钢产量的30%。这些钢结构建筑较普及的国家与我国的差距主要是,政府相关部门对大量使用建筑结构用钢不重视,更没有鼓励政策。如果把钢结构放到一个产业链中间,我们会发现,它的上游是钢厂下游是开发商和老百姓,钢结构处在最为关键的中间环节,而恰恰国家对这个关键的环节长期以来一直没有明确的政策支持,导致钢结构企业至今没有形成规模。

据中国钢结构协会统计,2011年排名行业前列的钢结构企业年产钢结构加工量79万吨,进入行业前30名的钢结构企业年产钢结构加工量14万吨~50万吨,这在整个建筑业用钢的统计里显得微不足道。

2012年4月,财政部、住建部联合出台了绿色建筑补贴政策,钢结构建筑位列其中,这对于钢铁行业来说是一个福音。目前我国保障房建设量十分巨大,就算以每平方米用钢30公斤~50公斤计算,也是一个天文数字,如果用在商品房领域,将是一个巨大的市场。随着我国钢结构住宅技术的日益成熟,钢结构住宅大规模推广势在必行,钢铁企业应该抓住这个机会。

钢铁是工业的血液,钢结构是国家的战略性资源。虽然当下中国钢铁严重过剩,但是从长远看钢产量还是短缺。我国的优质铁矿石资源相对匮乏,铁矿石主要依赖进口。从未来国家储蓄发展的角度考虑,藏钢于建筑,藏钢于民,应该是一种很好的途径。

节能减排大有潜力

目前,我国住宅施工多采取现场生产的方式,将建筑材料、设备运送建筑工地,进行现场作业,施工工序几十年不变。由于企业的管理水平和人员素质的差异,这种生产方式易出现现场材料浪费、管理粗放、水电浪费严重、垃圾排放处理不善等问题。

据中国钢结构协会对部分房地产企业的调查,有50%以上的住宅开发项目工期得不到保证,不能按合同工期交工;有30%以上的项目造价突破合同造价,工期和成本的需要导致开发商投资成本增加,最终这部分增加的造价必然转嫁到消费者身上。同时,由于现场控制、检验环节弱化,为劣质材料进入工地、现场的偷工减料行为打开了方便之门,给工程质量埋下了隐患。

然而,当我们面临巨大的节能减排压力时,钢结构并没有因为其所具有的低碳环保特性为社会所青睐。中国钢结构建筑的比例远远没有达到西方发达国家的水平,但这除恰意味着中国的节能减排潜力巨大。近年来,我国大力推广绿色建筑,但提到绿色建筑,人们并不会直接联想到钢结构,这说明老百姓对钢结构知之甚少。普及钢结构知识,让老百姓接受钢结构住宅,需要钢结构大步走进寻常百姓家。

现阶段,中国钢结构协会、中国建筑金属结构协会及各省市钢结构学会(协会)应协助各级政府,围绕钢结构行业的技术进步,对从事钢结构设计、制造、施工的企业提出更高要求。围绕杭萧钢构、宝钢钢构、北京赛博思、昆钢钢构、莱钢建设、马钢钢构等一批代表我国钢结构住宅先进水平的骨干企业,和武汉世纪家园、杭萧钢构职工公寓、云南校安钢结构等一批优质工程,开展行业间的技术交流,大力宣传和推广对钢结构重大科技成果、新材料、新技术及新颖结构的应用,最终推动我国建筑领域实现循环经济、节能环保的可持续发展。

多层砖混结构房屋的抗震设计

砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点,多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广范的一种建筑形式,其中民用住宅建筑中约占90%以上。砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑,通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区,多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质,变形能力小,导致房屋的抗震性能较差,因此改善砌体结构延性,提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范,结合自身设计的实践经验,在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面:

科学布局建筑平面和立面

建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。抗震设计中,建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则,结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合,在地震作用下会产生扭转效应,大大加剧地震的破坏力度,对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻,房屋重心尽可能降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。

建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案,即使不可避免时,也应尽量在适当部位设置防震缝,将体型复杂,平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元。在实际工程设计中,应尽可能兼顾建筑造型,又满足使用功能要求的前提下将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方,同时又能有效地提高工程的抗震性能。

砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值

历次震害证明,砌体房屋的层数越多,高度越高,它的地震破坏程度越大,所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。现行建筑抗震设计规范(GB50011-2001)对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定,在设计中房屋总高度及总层数应满足上标的限值,因为楼盖重量占房屋总重的一半左右,房屋总高度相同,多一层楼盖就意味着增加半层楼的侧向地震作用,同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下,因倾覆力矩过大,使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏,故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。

增强砌体房屋的刚度及整体性

房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点,是较理想的抗震构件,不但可消除滑移、散落问题,增加房屋的整体性,增大楼板的刚度,而且对平面上墙体对齐的要求也可予以适当放宽,因作为以剪切变形为主的砌体结构,层问变形是可控制的。较强的楼板及屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件,平面上,当上下墙体不对齐时,现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用,同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。因此,采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法,在适当的部位增设构造柱,并配置些构造钢筋,也能达到增强结构整体性的作用。另外,设置配筋圈梁可限制散落问题,增强空间刚度,提高结构整体稳定性,从而提高房屋的抗震性能。

合理布置纵墙和横墙

多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体,在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝,严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象,进而使房屋造到破坏,所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,纵、横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低,多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重,由于非承重方向的约束墙体少,间距大,因而房屋该方向刚度较弱,空间刚度和整体性均较差,拉震能力低。在高烈度地区,墙体由于平面外的失稳而先行破坏,进而引起整个房屋倒塌。而在两个方向适当布置纵横、墙混合承重的房屋,由于其限制了纵、横墙的侧向变形,增强了空间刚度和整体性,对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。墙体布置时,应尽量采用纵墙贯通的平面布置,当纵墙不能贯通布置时,可在纵横墙交接处采取加强措施,也可在纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱,并适当加强构造配筋;必要时还可以每隔一定高度放置水平拉结构筋,以加强房屋整体性,防止纵、横墙交接处被拉开。

在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墙承担,不仅要求横墙有足够的承载力,而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平刚度,对抗震横墙最大间距的构造规定就是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。现行建筑抗震设计规范(CB50011-2001)规定:房屋抗震横墙的间距不应超过规范中表决7.1.5的要求,其中,8度设防时,现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖的多层砖混房屋抗震横墙最大间距为15m。当横墙间距过大时,纵向砖墙会因过大的层间变形而产生出平面的弯曲破坏,使楼盖失去传递水平地震力的能力,从而导致地震力还未传到横墙,纵墙就已先破坏,所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。