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木结构房屋的抗震使命

作者: 来源: 日期:2016-9-9 11:00:25
 

木结构房屋

四川省芦山县一阵地动山摇,牵动了全国人民的心。

据雅安市政府应急办通报,震中芦山县龙门乡 99%以上房屋垮塌,卫生院、住院部停止工作,停水停电。此次四川省芦山“4·20”7 级强烈地震,震源深度 13 千米。 地震发生后,救援“黄金 72 小时”的概念屡被提及。其实,这只是对于救援的一个感性描述,灾难发生后,72 小时并不是生命的死限。对于建材行业来说,在此后的时间里,业内人士更关注的是如何在城市中提高建筑材料的抗震性与安全性。 而行业内,有很大一部分人认为木结构对于房屋抗震才是最优选择。

抗震研究 四川屹华建筑设计有限公司总建筑师、综合二所所长何巍认为,农房大部分不抗震;所以地震的几率永远存在,于是,垮房与死人就像是死亡游戏的抽签,永远有人中招出局。“是不是应有机构出来排查排除隐患?”他提议,芦山地震后,应该让城镇化优先在地震隐患区先行推进。 震后,加拿大木业协会首先在微博上呼吁:地震频发的地区应该多思考采用轻型结构作为低层民用住宅的可行性。

其实,在地震多发国家,如日本,建造房屋很早就多为高抗震的木结构及轻钢结构,而加拿大及美国也多采用。尤其是日本,就某些情况和中国很类似,但他们大部分小城镇都是密集的低层住宅,且都采用了轻型木结构。 据中国中央电视台新闻频道报道,2010 年 7 月 14 日,在日本神户三木市日本和美国的科学家进行了一次迄今为止世界上规模最大的 7 层木结构建筑振动台实验。此次试验模拟的人造地震强度相当于里氏 7.5 级,持续震动了约 40 秒钟。测试结果表明中等高度的木结构建筑物对强烈的地震有较高的耐受力。 该次测试是一个名为“NEESWood”项目的一部分,主要研究中等高度的木结构建筑对地震活动的反应。进行试验的木结构建筑内,共有 23 套住房,是科学家花费数月建成的,也是为地震试验建造过的最大的建筑物。而完成本次测试的工作台,也是世界上最大的震动试验工作台。研究人员希望,这些试验能够为在地震多发的日本神户以及美国洛杉矶地区建造防震住房获得更多资料。

无独有偶,在这次芦山地震中与周围民房或倒塌、或开裂不同,坐落在芦山县龙门乡古城村东南的一处山脚下的“张家大院”,除了屋脊上掉下几页瓦片外,其他几乎完好无损。7 户张姓人家震后在这里照常生活。据主人之一张大金介绍,这座建于清朝同治年间的老宅分为上下两层,是木瓦结构的四合院。长征期间,这里曾是红 30 军司令部。 所以,有专家建议四川芦山重建家园不要再采用混凝土结构或砖混的预制板。行业人士也普遍认为,在中国轻型木结构的木材可以进口,技术非常成熟,规范也具备,且国内已经有不少专业的木结构建造公司,所谓万事俱备,只欠东风。 古镜今鉴 本次地震也再次给城市建筑设计者敲响了警钟,但事实上,从中国古代开始,抗震建筑就已经在设计建造。我国木结构技术迄今至少已有近 7000 年的历史。 不过,与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同,中国传统的木结构建筑在抵抗地震冲击力时,采用的是“以柔克刚”的思维,通过种种巧妙的措施,其目标是以最小的代价,将强大的自然破坏力消弥至最小程度。第 2 页 共 2 页 中华民族不但自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材,而且发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系——柔性的框架体系。

中国的传统木结构,具有框架结构的种种优越性,如“墙倒屋不塌”的功效,但其柔性的连接,又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。 在汶川大地震中,许多文物建筑的墙体均不同程度地受损,但主体结构仍未倒塌,就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。 在我国古代,很少建造平面复杂的建筑,主要采用长宽比小于 2:1 的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大,两侧的次间、梢间等依次缩小面宽,这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。 中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成,高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。

中国古代建筑的台基用现代结构语言描述,堪称“整体浮筏式基础”,好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中,能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏,减少地震波对上部建筑的冲击。 我国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造,在构架的垂直方向上,形成下大上小的结构形状,实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一,而且对提高建筑的抗震能力也作出过相当的贡献。形成大屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件,大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性;庞大的屋顶以其自重压在柱网上,也提高了构架的稳定性。 然而,除了以上比较显著的手法,中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施,这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯,就是极为精巧的发明,我们的祖先早在 7000 年前就开始使用,这种不用钉子的构件连接方式,使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体,不但可以承受较大的负荷,而且允许产生一定程度的变形,在地震荷载下通过变形吸收一定的能量,减小建筑的地震响应。 广阔市场 在种种先例面前,建筑师们也不遗余力地实施着木结构建筑计划。 在青川东河口地震遗址公园附近的青竹江畔,有一个叫高坝的村庄,依山傍水的山间平地上,伫立着 3 栋颇具北美风情的木结构房屋,精致漂亮的外观、轻巧结实的质地,引发了当地不少灾后重建老乡的“洋房梦”。 当地人给这 3 栋木屋亲切地取名“小温哥华”,因为房屋是由加拿大木业协会援建的,从木材到师傅都来自加拿大。 “5·12”特大地震发生后,建筑抗震安全问题引起各方关注。木结构建筑因优异的抗震性能,在世界许多地震多发国家广泛应用,其节能环保功能也越来越被政府和行业人士所关注。

加拿大木业协会参与到了震后援建,在四川灾区总共投资 800 万加币(约合 4000 万人民币),其中重要的一个项目就是帮助青川县政府建造农民房屋。 这些农民房成本只有每平方米 800 元,虽然造型简单,内装够用,但坚固抗震受到当地村民的喜爱。协会的外籍工程专家常驻青川半年,手把手教当地施工队如何建造,最后一共有 400 多栋轻型木结构农民房拔地而起。据了解,这些房屋都经受住了此次芦山 7.0 级大地震的考验,安然无事。 与此同时,上海市对口援建的都江堰向峨小学项目,由绿地集团负责施工,同济大学负责设计,加拿大木业和林创中国提供所有木材及加拿大技术支持并保证施工质量。总建筑面积 5749平方米的 3 栋全木结构现代化的向峨小学校舍,是我国第一个采用全木结构建造的大型公用建筑。 加拿大木业协会相关负责人在采访中表示,中国市场非常大,木结构只是很小一部分,国家开始越来越支持建筑行业的环保,更加重视建筑行业的减碳、减排,而木结构本身具有巨大的优势,所以它的市场前景非常广阔。




 
 
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