如果地震來臨，我們的房子真的安全嗎？

說起地震，大家一定不陌生，但你知道地震是如何產(chǎn)生的嗎？又是如何使房屋橋梁等結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的呢？接下來就讓我們一起來探討這個問題吧。

簡單來說，地震就是地殼內(nèi)部發(fā)生了變動而產(chǎn)生了振動源，之后以地震波的形式將振動傳播到周圍房屋，造成房屋破壞。而這個振動源產(chǎn)生的原因可能是板塊之間活動、火山噴發(fā)、巖層塌陷等。

如下圖1所示，地震波可分為縱波（P波）、橫波（S波）和面波（L波）三種。當(dāng)波源產(chǎn)生后，這三種波就會像圖中三輛小汽車一樣開始馳騁，但它們在行駛時各自形式和速度是不同的。

圖1 地震波傳播圖示

P波就像圖中綠色汽車一樣，振動方向和傳播方向相同，速度最快，是最先到達地面的，并使地面上下振動，但它的破壞性較小。緊隨其后的是紅色小汽車所代表的S波，其振動方向和傳播方向垂直，會使地面產(chǎn)生左右、前后的抖動，破壞性較強。最后就是我們藍色小汽車所代表的面波（L波），它是P波和S波在地表一起產(chǎn)生的新的地震波，只能沿地表面?zhèn)鞑?，是造成建筑物強烈破壞的主要因素?img src="https://pqnoss.kepuchina.cn/2022/11/03/10/scimall/1424b7." alt="圖片" />

圖2 地震發(fā)生并作用到房屋示意圖

雖然地震很可怕，但并不是所有的地震都會造成破壞。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球平均每年發(fā)生約500萬次地震，但我們真正能夠感覺到的地震約有5萬次，而這其中可能造成破壞的地震就只剩下100次了。

接下來讓我們一起來了解一下這剩下的100次破壞性地震對房屋造成的影響，下圖為08年汶川大地震中北川縣城的兩棟砌體結(jié)構(gòu)。這兩棟建筑的距離50m不到，但所產(chǎn)生的破壞差距卻令人吃驚？

通過觀察，我們可以看出二者最大的區(qū)別是圈梁構(gòu)造柱。圖3沒有加入圈梁構(gòu)造柱，倒塌嚴(yán)重；而圖4加入了圈梁構(gòu)造柱，僅部分墻體產(chǎn)生X形裂縫，但主體結(jié)構(gòu)并未破壞，基本不會對人員造成傷害。

圖3

無圈梁構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)

圖4

有圈梁構(gòu)造柱的砌體結(jié)構(gòu)

相信大家在生活中都有打包包裹的經(jīng)歷，一個包裹如果不給它四周纏上打包帶，那么就會非常松散。相同的道理，圈梁構(gòu)造柱在砌體建筑中就充當(dāng)打包帶的作用，它將松散的樓板和砌體墻連接成一個整體，這就提高了其抗震能力。

在地震現(xiàn)場除了砌體結(jié)構(gòu)破壞以外，框架結(jié)構(gòu)破壞也有很多。如圖5和圖6都是地震現(xiàn)場中的框架結(jié)構(gòu)破壞，圖5中底部框架中間的砌體填充墻被剪壞，形成X形裂縫，圖6中角落的柱子發(fā)生破壞。

圖5

框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部砌體填充墻破壞

圖6

框架結(jié)構(gòu)的框架柱產(chǎn)生破壞

那么為什么會出現(xiàn)這樣的破壞呢？這就要說起剛度這個詞了。剛度指的是抵抗變形的能力，剛度大，抵抗變形的能力強，但同樣也會承擔(dān)更大的地震作用。而不管是圖5的砌體填充墻，還是圖6中加了半高窗臺的柱，它們都會造成自身剛度變大，導(dǎo)致剛度不均勻，這樣，剛度越大的構(gòu)件在地震中破壞也就更嚴(yán)重。這也就是人們常說的“能者多勞”，既然你剛度大，那你就多承擔(dān)點，但最后也是受傷最嚴(yán)重的一個。

在9·5瀘定地震中，上述類型的破壞也或多或少地再次出現(xiàn)，下圖為瀘定地震破壞的相關(guān)情況。

圖7

內(nèi)部砌體填充墻剪切破壞

圖8

框架結(jié)構(gòu)的框架柱產(chǎn)生破壞

圖9

填充墻X形裂縫

圖10

框架結(jié)構(gòu)底層整體垮塌

上面我們已經(jīng)看了地震中房屋具體的破壞形態(tài)，那么，如何來減輕這些震害呢？現(xiàn)在比較熱門的技術(shù)莫過于減隔震技術(shù)了，今天讓我們來簡單認識下這個神秘的秘籍吧。

隔震技術(shù)是指通過一些減隔震裝置將建筑結(jié)構(gòu)與地面隔開，通過隔震層的變形來消耗地面振動，從而起到保護上部結(jié)構(gòu)免于地震破壞的目的。下圖就是一個簡單的隔震原理示意圖。

此外，消能減震技術(shù)是將結(jié)構(gòu)的一些非承重構(gòu)件（如支撐、剪力墻、連接件等）設(shè)置成變形能力強的消能構(gòu)件，或在結(jié)構(gòu)某些部位（如層間、節(jié)點處等）裝設(shè)消能裝置。它的核心就是消耗地震能量。

圖12 減震阻尼器

上述減隔震手段在國內(nèi)已應(yīng)用很多，比較典型的隔震建筑有被稱為 “樓堅強”的蘆山縣人民醫(yī)院、北京大興機場項目、云南昆明機場項目等。

比較典型的消能減震工程有北京盈泰中心、天津國貿(mào)中心、昆明春之眼等結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，國內(nèi)也有將這兩種技術(shù)綜合運用的案例，比如唐山婦幼保健院項目、郯城職業(yè)技術(shù)學(xué)校和四川西昌攀西國際商貿(mào)城等就既有隔震技術(shù)，也有減震技術(shù)。

最后，當(dāng)?shù)卣鹫娴膩砼R，我們的房子真的安全嗎？我想只要我們的房子做到場地規(guī)劃合理、設(shè)計理論得當(dāng)、施工技術(shù)規(guī)范，是完全可以抵御中等地震的，如果在此基礎(chǔ)上合理地加入減隔震技術(shù)，這樣的房子毋庸置疑是安全的。

END

作者：郭宇（浙江工業(yè)大學(xué) 土木水利學(xué)院）

責(zé)編：咕嚕