淺析風(fēng)和地震對(duì)建筑物的影響

淺析風(fēng)和地震對(duì)建筑物的影響摘要：建筑物在完工與施工中有來(lái)自各方面作用對(duì)其產(chǎn)生影響，這個(gè)影響有人為的，有自然的，而天然作用對(duì)建筑物帶來(lái)的影響是巨大的。下面我們對(duì)風(fēng)和地震給建筑物帶來(lái)的不同方面影響進(jìn)行研究。關(guān)鍵字：風(fēng)地震建筑災(zāi)害影響正文：現(xiàn)今由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑物的各方面提出了更高的要求，追求高度、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保，這就要求建筑師在對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要考慮更多。高層建筑尤其是體型復(fù)雜的超高層建筑得到了設(shè)計(jì)師的青睞，這就對(duì)設(shè)計(jì)師對(duì)各方面可能引起建筑物產(chǎn)生不良影響的各種因素進(jìn)行考慮，其中風(fēng)和地震荷載占著不可忽略的地位。近年來(lái)地震頻發(fā)這就對(duì)建筑物抵抗地震的能力提出了更高的要求。而對(duì)于各種高層以及超高層建筑中，風(fēng)荷載則對(duì)建筑物產(chǎn)生了不可忽略的作用。風(fēng)對(duì)建筑物的影響風(fēng)荷載的形成風(fēng)是紊亂的隨機(jī)現(xiàn)象風(fēng)對(duì)建筑物的作用十分復(fù)雜，規(guī)范中關(guān)于風(fēng)荷載值的確定適用于大多數(shù)體型較規(guī)則、高度不太大的單幢高層建筑。目前還沒(méi)有有效的預(yù)測(cè)體型復(fù)雜、高柔建筑物風(fēng)作用的計(jì)算方法。風(fēng)荷載是空氣流動(dòng)形成的，對(duì)建筑物的作用是不規(guī)則的，風(fēng)荷載實(shí)際上是一種隨機(jī)時(shí)變活荷載，但不同于一般活荷載（樓面和屋面活荷載、吊車(chē)荷載、雪荷載）。為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便，迄今為止，世界各國(guó)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是將風(fēng)荷載轉(zhuǎn)換為確定性的靜力等效風(fēng)。風(fēng)荷載的特點(diǎn)風(fēng)荷載是由于工程結(jié)構(gòu)阻塞大氣邊界層氣流的運(yùn)動(dòng)而引起，具有以下特點(diǎn)：（1）風(fēng)荷載與空間位置及時(shí)間(不確定性)有關(guān)，受地形、地貌、周?chē)ㄖh(huán)境等因素影響；（2）風(fēng)荷載與結(jié)構(gòu)的幾何外形相關(guān)，結(jié)構(gòu)不同部分對(duì)風(fēng)敏感程度不同；（3）對(duì)具有顯著非線性特征的結(jié)構(gòu)，可能產(chǎn)生流固耦合效應(yīng)；（4）結(jié)構(gòu)尺寸可能在多個(gè)方向比較接近，風(fēng)荷載需要考慮空間相關(guān)性；（5）脈動(dòng)風(fēng)的強(qiáng)度、頻率、風(fēng)向是隨機(jī)的；（6）風(fēng)荷載具有靜力和動(dòng)力的雙重特點(diǎn)，其動(dòng)力部分即脈動(dòng)風(fēng)的作用會(huì)引起高層建筑的振動(dòng)(即風(fēng)振)。（三）風(fēng)荷載對(duì)高層建筑物的影響風(fēng)對(duì)建筑物的影響不僅僅是風(fēng)聲，主要是風(fēng)荷載對(duì)水平位移的影響。具體到多少米會(huì)有影響，要看當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、風(fēng)力狀況、場(chǎng)地特征、建筑物體型等等因素。風(fēng)荷載與樓層高度有關(guān)，越高風(fēng)壓越大，但不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。風(fēng)對(duì)建筑物表面的作用力大小，與建筑物體型、高度、建筑物所處位置、結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。風(fēng)荷載是超高層建筑的主要控制荷載，氣流經(jīng)過(guò)高聳結(jié)構(gòu)物會(huì)產(chǎn)生明顯的三維風(fēng)荷載效應(yīng)，即順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載，從而引起結(jié)構(gòu)在三個(gè)方向上的振動(dòng)。高層建筑物周?chē)娘L(fēng)環(huán)境狀況是由靠近地面的流動(dòng)風(fēng)（簡(jiǎn)稱(chēng)近地風(fēng)）所決定的，近地風(fēng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)如湍流度、旋渦尺寸等以相當(dāng)復(fù)雜的形式依賴(lài)于建筑物的尺度、外形、建筑物之間相對(duì)位置以及周?chē)牡匦蔚孛驳龋煌瑫r(shí)間、不同空間的風(fēng)速、風(fēng)向是不同的。在高層建筑中，豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。對(duì)一些較柔的高層建筑，風(fēng)荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素，隨著建筑物高度的增高，風(fēng)荷載的影響越來(lái)越大。高層建筑中除了地震作用的水平力以外，主要的側(cè)向荷載是風(fēng)荷載，在荷載組合時(shí)往往起控制作用。因此，高層建筑在風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)引起了研究人員和工程師們的重視。（四）風(fēng)災(zāi)害對(duì)建筑物產(chǎn)生的危害風(fēng)災(zāi)害是發(fā)生頻繁的自然災(zāi)害，其主要包括由于大風(fēng)（颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)）、大浪、風(fēng)暴和沙塵暴等造成的災(zāi)害。風(fēng)災(zāi)害給人類(lèi)造成的損失在各種自然災(zāi)害排在前三位之內(nèi)。對(duì)于工程結(jié)構(gòu)，風(fēng)災(zāi)主要引起結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂、損壞和倒塌，特別是高、細(xì)、長(zhǎng)的柔性結(jié)構(gòu)。至上世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)就有不少特大風(fēng)災(zāi)。1989年，中國(guó)海南島遭遇臺(tái)風(fēng)，造成105人死亡，40多萬(wàn)間房屋倒塌，直接經(jīng)濟(jì)損失27.48億元。1991年，中國(guó)海南島發(fā)生臺(tái)風(fēng)；1994年，中國(guó)浙江省發(fā)生臺(tái)風(fēng)。故沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)往往是設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)的主要控制荷載。地震對(duì)建筑物產(chǎn)生的影響在人們的印象中，地震是對(duì)建筑物造成嚴(yán)重?fù)p害的災(zāi)害之一。一提到地震，人們聯(lián)想到的畫(huà)面總是一片廢墟，房子的大面積倒塌，建筑物的毀滅性損傷等。由此可見(jiàn)地震對(duì)建筑物產(chǎn)生的影響是巨大的。地表破壞造成的影響地震對(duì)地表造成的破壞可歸納為地面斷裂、斜坡破壞和地基效應(yīng)三種基本類(lèi)型。地面斷裂是地震造成的地面斷裂和錯(cuò)動(dòng)，能引起斷裂附近及跨越斷裂的建筑物發(fā)生位移或破壞。斜坡破壞是地震使斜坡失去穩(wěn)定，發(fā)生崩塌、滑坡等各種變形和破壞，引起在斜坡上或坡腳附近建筑物位移或破壞。地基效應(yīng)是地震使建筑物地基的巖、土體產(chǎn)生振動(dòng)壓密、下沉、振動(dòng)液化及疏松地層發(fā)生塑性流動(dòng)變形，從而導(dǎo)致地基失效、建筑物破壞。就如在汶川地震中，凡是跨越地震斷層的房屋、橋梁、道路以及其它構(gòu)筑物,無(wú)論有否抗震設(shè)計(jì)，均被地震斷層錯(cuò)斷或扭曲，并在近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的聯(lián)合作用下嚴(yán)重破壞或完全倒毀。（二）地震力對(duì)建筑物的影響地震力是由地震波直接產(chǎn)生的慣性力。它作用于建筑物能使建筑物變形和破壞。地震力的大小決定于地震波在傳播過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)諧振動(dòng)所引起的加速度。地震力對(duì)地表建筑物的作用可分為垂直方向和水平方向兩個(gè)振動(dòng)力。豎直力使建筑物上下顛簸；水平力使建筑物受到剪切作用，產(chǎn)生水平扭動(dòng)或拉、擠。兩種力同時(shí)存在、共同作用，但水平力危害較大，地震對(duì)建筑物的破壞，主要是由地面強(qiáng)烈的水平晃動(dòng)造成的，垂直力破壞作用居次要地位。因此在工程設(shè)計(jì)中，通常只考慮水平方向地震力的作用。地震周期對(duì)建筑物的影響建筑物地基受到地震波的沖擊而振動(dòng)，同時(shí)引起建筑物的振動(dòng)，地基土石和建筑物各有；其各自的振動(dòng)周期，當(dāng)兩者的振動(dòng)周期相等或相近時(shí)，將引起共振，使建筑物振動(dòng)的振幅加大，而使之傾倒、破壞。有的研究者認(rèn)為建筑物的自振周期一般都在0.1～2.5s范圍內(nèi)，據(jù)統(tǒng)計(jì)二、三層結(jié)構(gòu)物自振周期約為0.2s，四‘五層結(jié)構(gòu)物約為0.4s，面十一，十二層則約為1.0左右，可見(jiàn)愈是高層建筑物其自振周期愈長(zhǎng)。所以常見(jiàn)長(zhǎng)周期的地基振動(dòng)使較高的多層建筑物破壞，而底層建筑物卻無(wú)損壞。地震后建筑物的破壞現(xiàn)象從5·12汶川特大地震中的幾個(gè)重災(zāi)區(qū)的建筑物破壞現(xiàn)象來(lái)看，主要有以下幾種情況：承重墻交叉斜裂縫；豎向構(gòu)筑物外閃折斷；樓梯塔樓、煙囪頂部折斷或倒塌(鞭稍效應(yīng))；建筑物頂層塌落；建筑物底層完全破壞；底層框架柱破壞；柱子出現(xiàn)鉸；剪力墻連梁出現(xiàn)交叉斜裂縫破壞；框架柱邊柱混凝土破壞；樓梯水平斷裂和梯梁斷裂；框架結(jié)構(gòu)填充墻上部斜磚位置框架柱破壞；底層有門(mén)面房的建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)破壞等等。結(jié)語(yǔ)隨著經(jīng)濟(jì)科學(xué)的迅猛發(fā)展，如今的建筑都向著高層、超高層發(fā)展，這就對(duì)建筑物的防風(fēng)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提出比較高的要求，這就要求我們對(duì)風(fēng)荷載的形成、特性、影響方式進(jìn)行研究和正確認(rèn)識(shí)和提前防治風(fēng)災(zāi)害帶來(lái)的損失。在研究風(fēng)荷載的同時(shí)也應(yīng)不要忽略地震所帶來(lái)的嚴(yán)重影響，近年來(lái)，地震在不同國(guó)家不同地區(qū)頻發(fā)。就拿中國(guó)來(lái)講，從2008年至今就發(fā)生不少破壞性大，造成大規(guī)模人員傷亡的地震。這就使我們要對(duì)地震有更加詳細(xì)深入的研究，注意地震的預(yù)報(bào)，震后的研究分析，盡可能的減小傷亡。風(fēng)和地震是對(duì)建筑物造成嚴(yán)重傷害的兩種不同作用，對(duì)其的研究和分析至今仍是重點(diǎn)。希望今后通過(guò)對(duì)這兩種作用的研究逐漸深入，能夠減小其對(duì)建筑物以及人員的