毕业设计(论文)--浅析日本建筑物抗震措施对我国防震减灾的启示.doc
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1、商 丘 工学院2016-JXLW120103-105本科毕业论文浅析日本建筑物抗震措施对我国防震减灾的启示 学 院土木工程学院专 业工程管理专业学 号学生姓名指导教师提交日期2016年5月9日诚 信 承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业论文作者签名:年 月 日摘 要地震作为一种突发性强、破坏性大的自然灾害,易带来巨大的破坏
2、,并严重威胁着人们的生命财产安全,同时对国家安定与社会和谐都有着重要影响。我国目前处于经济发展的快速阶段,需要一个稳定和谐的社会环境。但我国建筑物整体防震减灾能力与国外发达国家相比还有很大的差距,与邻国日本之间更是存在明显差别。同级别地震情况下,日本受灾情况相对于中国却轻的多,这不得不引起我们对建筑物防震减灾能力地深思。日本的建筑物具有完善地防震措施,向日本学习建筑防震减灾方面的先进之处,对我国防灾减灾体制建设有重要的启示,对我国建筑防灾减灾的发展也有着很好的借鉴作用。关键词:建筑物抗震措施;防震减灾;启示ABSTRACTAs a sudden and destructive natural
3、disasters, the earthquake is easy to bring huge damage, and a serious threat to peoples lives and property safety, but also has important influence on national stability and social harmony. China is currently in the rapid economic development stage, the need for a stable and harmonious social enviro
4、nment. But there is a big gap between the overall capacity of the building and the ability of earthquake prevention and disaster mitigation in China compared with the developed countries, and there is a significant difference between the two countries. In the case of the same level of earthquake, Ja
5、pans disaster situation is much lighter than China, which has to cause us to think deeply about the ability of building earthquake disaster prevention and disaster mitigation. Japanese buildings has to improve the aseismatic measures. Advanced point to Japan to study the construction of earthquake p
6、revention and disaster reduction, have important implications for Chinas disaster prevention and mitigation system construction, development of building disaster prevention and reduction in our country also has a very good reference.Key words: Aseismatic measures of buildings; earthquake disaster re
7、duction; inspirationI目 录1 引 言12 地震的产生及对建筑物的危害23 日本建筑物的防震减灾措施33.1 严格完善的建筑法33.2 提高建筑自身应对灾害的能力新型建筑基础及结构33.2.1 滑动体基础33.2.2 弹簧基础43.2.3 制震结构设计43.2.4 地基设水槽43.3 研发使用新型抗震材料43.3.1 新型钢材53.3.2 研发塑料纤维新型材料53.3.3 SRF工艺给建筑缠上树脂绷带64 我国建筑物防震减灾存在的不足之处74.1 城乡建筑抗震要求差距过大74.2 房屋建筑自身抗震能力较低74.3 农村建筑行业混乱并缺乏相应的监督体制8结 论9参考文献11致
8、 谢12III1 引言1 引 言伴随着经济的快速、高效发展,我国城镇化建设进程飞速加快。作为人们安身立命之本的房屋,其应对自然灾害带来的破坏能力的强弱备受关注。地震作为一种突发性强、破坏性大且难以准确预报地自然灾害,在建筑物防灾减灾体制内占有非常重要的地位。我们通过一个表格数据来展示下2014年11月22日两国地震灾害造成的损失。面对自然灾害带来的沉痛的灾难和巨大损失,我们应痛定思痛,向他国学习借鉴抗震经验(如表一)。表1.1中日两国2014年11月22日地震受灾数据统计表地区震级死亡人数受伤人数建筑物受损经济损失中国四川康定县 6.3级 5人死亡 76人受伤(危重员3人,重伤员3人)受灾群众
9、达116293人 倒塌房屋87户,严重损坏5140户,一般损坏25278户 12.37亿元人民币日本长野县 6.7级 无人员死亡 57人受伤(其中2人重伤,55人轻伤)1600余户受到影响 倒塌房屋30余栋,220余栋房屋造受部分破坏 灾害造成的损失较小12 地震的产生及对建筑物的危害地震是由于地球板块在不断运动和变化,逐渐积累巨大的能量,在地壳某些脆弱地带,造成岩层突然发生破裂,或者引发原有断层的错动,引起地表振动或破坏。地震是地球上所有自然灾害中给人类社会造成损失最大的一种地质灾害。地震发生前无法预测,发生时会带来巨大的破坏,能引起火灾、水灾、疫情,造成海啸、滑坡、崩塌等次生灾害,给人类带
10、来了极大的灾难。地震本身对人造成的伤害很小,其发生时造成的建筑倒塌、火灾等次生灾害造成的损失及伤害更为巨大。因此,建筑本身的抗灾能力尤为重要。在强烈的地震下作用下,根据各类建筑物会遭到程度不同的破坏,按其破坏形态及直接原因,可分以下几类:1.结构丧失整体性而破坏结构构件的共同工作主要由各构件之间的连接及构件之间的支撑来保证。在地震作用下,有些建筑物上部结构本身无损坏,但由于地基承载力的下降或地基土液化造成建筑物倾斜、倒塌而破坏。2.承重结构承载力不足造成破坏地震时,地震作用附加于建筑物或构筑物上,使其内力及变形增加较多,而且往往改变其受力方式,导致建筑物或构筑物的承载力不足或变形过大而破坏。3
11、.由于变形过大导致非结构破坏建筑整体结构在地震波荷载作用下会有变形和内力 (如梁、板将产生弯曲、剪切变形,柱的压缩和基础的沉陷等)的产生。过大的变形及裂缝的出现会造成建筑整体结构的倒塌。4.地基失效引起的破坏建筑物地基在地震过程中受地震波影响,造成其地基承载力下降、失效,因而造成建筑物下沉、倾斜、坍塌的破坏。I3 日本建筑物的防震减灾震措施3 日本建筑物的防震减灾措施3.1 严格完善的建筑法日本的建筑抗震法有着悠久地发展历。1920年日本颁布了市街地建筑法,1923年发生了关东大地震,房屋建筑物倒塌损坏严重,日本研究人员发现地震中95%以上的人员伤亡都是由房屋倒塌造成。日本政府对此高度重视,通
12、过对房屋地基、结构、设备等研究,于1950年颁布了建筑基准法。此后多年进行逐步的完善,使其具有更高的实用性。1995年日本发生阪神大地震,地震造成巨大的人员伤亡和财产损失。震后研究人员发现倒塌建筑使用的材料硬度较低,于是日本政府更加注重强化建筑物防震减灾的措施。每一次发生特大地震后,日本政府相关部门都会组织力量进行建筑抗震调查,根据调查结果提出对建筑基准法的修改意见。同时日本建筑师在设计建筑时,也会严格按照建筑基准法的抗震要求。比如,在上世纪七八十年代,日本的建筑法律就有两次重大修改。首先,这部法律否认了传统的日本式木造住宅建筑方法木造轴框架法的抗震性能。这种建筑方法是用石条在屋基上做柱子,然
13、后放上木造框架,房顶则使用瓦片。经过专家认证,木造轴框架,这种本来就是不稳定的平行四边形框架结构,上沉重的瓦块屋顶对地震的摇晃毫无抵抗能力,一旦塌落很可能造成人员损伤。在1974年,日本从欧美引进了木造框架组合墙壁构造法建筑技术。1982年重新修订的建筑基准法给予了这种施工方法支持。之后的地震证明,当时这个支持法案是对的。因为,根据新方法建造的住房没有一间倒塌。1995年经过修订的建筑基准法规定,高层建筑必须能够抵御里氏7级以上的强烈地震。一个建筑工程,想要从政府部门获得开工许可,除了要上交设计图纸、施工图纸等文件外,还必须提交建筑抗震报告书。抗震报告书的内容包括,根据地震的不同强度,计算在不
14、同的地震等级中的受力大小,进而确定建筑的梁柱位置、承重以及施工中钢筋、混凝土的规格和配比。日本严谨完善的建筑法就是在遭受一次次地震后总结出来的,这是人类应对地震灾害的宝贵经验,日本的建筑标准法也在用实际行动证明其存在的必要性。3.2 提高建筑自身应对灾害的能力新型建筑基础及结构3.2.1 滑动体基础滑动体基础是在建筑物与基础间增加一个球型轴承或滑动体, 形成一个滚动式支撑结构,吸收地震造成的振动,从而减少地震时产生的震动。滑动体基础提高了建筑的抗震性能,在独户建筑及古建筑维护方面得到很好的应用。独户、古旧建筑独户建筑与高层楼房相比整体重量轻,古旧建筑的抗震问题也得到了有关方面的重视。东京都台东
15、区的国立西洋美术馆和东京都丰岛区区政厅也运用这种方法实补修了抗震处理结构。3.2.2 弹簧基础日本建筑部门的研究人员为了使建筑物具有更好地防震抗震性能,而发明了弹簧基础。即在建筑物主体与地基建增加特制弹簧,使建筑物处于悬浮状态。由于弹簧能吸收地震振动与其他振动,且具有很大的缓冲作用,所以无论建筑如何晃动,其本身都不会有太大的损伤。实验证明,67级的地震经过弹簧抵消后,其震动都会降低到原来的1/10。3.2.3 制震结构设计日本的制震结构是在建筑物内部重要部位安装附加子结构阻尼器,建筑结构在地震发生变形和振动时 ,通过消能装置产生摩擦非线性滞回变形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖
16、向地震反应,使建筑结构的振动迅速衰减,从而避免结构产生破坏或倒塌,以达到减震抗震的目的。这种技术很大程度上减少建筑在地震中的变形和破坏,同时也减少了震后修复工作与费用,这种方法主要用于高层或超高层建筑。目前,在日本,新建的60米以上的高层建筑中,90%都采用了各种的制震构件,来实现建筑的抗震性能;在新建的普通的两三层民居中,也有40%-50%采用了制震构件;此外,还有一些已有建筑进行加装了制震构件。地震高发区日本根据制震结构在抗震方面的优越性,设计了一种“弹性建筑”,也有较好的抗震性能。日本东京建了12座弹性建筑。经东京发生的里氏6.6级地震考验,证明在减轻地震灾害方面效果显着。这种弹性建筑物
17、建在隔离体上,隔离体由分层橡胶、硬钢板组和阻尼器组成,建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋钢板组成,以减缓上下的颠簸。3.2.4 地基设水槽日本开发出一种“局部浮力”的抗震系统,即在传统抗震构造基础上借助于水的浮力支撑整个建筑物。据日本媒体报道,这种技术是在建筑物上层结构与地基之间设置贮水槽,使建筑物受到水的浮力支撑。水的浮力承担建筑物大约一半重量,既减轻了地基的承重负荷,又可以把隔震橡胶小型化,降低支撑构造部分的刚性,从而提高与地基间的绝缘性。地震发生时,由于浮力作用延长了固有振荡周期,即晃动一次所需时间,建筑物晃动的加速度得以降低。因此,在城市海湾沿岸等地层柔软地带也可以获得较好抗震效果
18、。这种技术不仅具有较好的抗震效果,同时贮水槽内贮存的水在发生火灾时还可以用来灭火,或者作为地震发生后的临时生活用水。更重要的是这一系统成本并不算高,以八层楼医院为例,成本比普通抗震系统高出大约2。3.3 研发使用新型抗震材料3.3.1 新型钢材钢材具有强度高、重量轻,同时由于钢材料的匀质性和强韧性,可有较大变形,能很好地承受动力荷载,具有很好的抗震能力的特点。钢结构是以钢材为主要结构材料。由钢材组成的钢结构房屋其刚度大于混凝土结构房屋。日本建筑人员根据钢材及钢结构具有的特性,将轻质钢材和无缝钢管与建筑很好的结合在一起,建造出抗震性能更好的房屋。轻质钢材在现代建筑业中已经广泛应用于非居住建筑上,
19、其中最突出地就是轻钢结构。由轻质钢材为作为主要材料建成地轻钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系,已广泛应用于一般工农业、商业、服务性建筑,如办公楼、别墅、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑,并正在向低、多层居住建筑领域拓展。轻钢结构还可用于旧房增层、改造、加固和建材缺乏地区、运输不便地区、工期紧、活动式可拆迁建筑等,倍受业主青睐。使用轻钢结构制造的房屋与传统房屋相比有其独特的特点,主要有: 这种结构建筑自重轻(只有约钢筋混凝土结构的六分之一),对地基要求不高;空间布置上更具灵活、造型更多样,空间利用率大;工业化水平高、施工工期短,建房所耗时间
20、仅为传统建筑方法的40%;轻钢结构性能优异,具有良好的抗震性、抗风性及耐久性。这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力,适用于抗震烈度为8度以上的地区,使生命财产能得到有效的保护;使用这种建筑体系,住宅建设模式将从传统的手工湿作业变为现代化的机械生产、拼装,不但可以工地现场施工,还可以工厂化制作,质量得到更好的控制和保证,住宅的建设周期将被大大缩短。且安装工具要求简单,仅需小电动工具,不需要重型机械,工艺简单操作容易,一般工人稍需培训便可操作;所有材料可远距离运输,建设速度快-安装方便;轻钢结构适合各种气候和地貌环境,不受季节和地域的限制,隔热保暖性强,性能舒适。将无缝钢管放到高层建筑中
21、,施工时再注入高强度混凝土,极大的提高建筑物的抗震性能。日本最高的公寓楼之称的埼玉县川口公寓,就采用了与美国纽约世界贸易中心相同的建筑材料168根cft钢管。这种钢管的直径最大达800毫米,厚度达40毫米,管芯中还注入了比通常混凝土强度高3倍的特种混凝土。另外,该公寓还使用了刚性结构抗震体。如遇阪神大地震级别的地震发生时,柔性结构的建筑一般要摇动1米左右,而刚性结构建筑只摇动30厘米。3.3.2 研发塑料纤维新型材料普通混凝土是由沙子、水泥、石子、水等建筑材料按照一定比例拌合而成,最近日本防灾科技研究所和东京大学合作,用塑料纤维代替石子制成新型高抗震混凝土。这种混凝土使用以聚丙烯为原料的常用塑
22、料,将其制作成长1.2厘米,宽0.03毫米的纤维。按照一定比例加入混凝土,制成与实物同比例的建筑,进行3次晃动强度与阪神大地震相同等级的实验,又进行高于阪神地震1.5倍等级的晃荡实验,建筑仅出现十多道细小裂纹。使用这种材料建成的建筑,大大提高了抗震强度,降低了地震带来的经济损失。3.3.3 SRF工艺给建筑缠上树脂绷带建筑物的抗震加固的方法很多,各有利弊,加固方法的选择应根据抗震鉴定的结果,结合建筑结构特点,综合考虑各国国情,建筑加固效果、建筑施工简便性及经济性等因素决定。日本开发了一种经济实用的建筑抗震加固措施,它是利用树脂纤维编制而成一种条带状的安全绷带,建筑施工或震后修复时在绷带上面涂抹
23、粘合剂,包裹固定在建筑物的支柱上。当地震发生时,支柱内部即便发生损坏破裂也不会倒塌,可以为地震中的人们提供充足的生存空间。这是种造价低廉,施工工艺简单,且非常实用的抗震加固材料。以一座每层有12间房屋的4层楼为例,通常加固工程需要花费5000万到1亿日元,采用这一技术后,仅需500万日元左右,如果是木质建筑,仅需数十万日元。工程施工也相当简单,构造品质保证,研究所此前已经完成了250个此类项目,包括新干线高架桥、医院以及约40栋学校建筑物等。74 我国建筑物防震减灾存在的不足之处4 我国建筑物防震减灾存在的不足之处我国长期以来实行的是城乡二元化体制,城市与农村在管理、投入等机制上都有较大差别,
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