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建筑抗震中的物理应用

来源:UC论文网2018-02-08 09:24

摘要:

  【摘要】中国位于欧亚大陆的交界处,这条交界在造就举世闻名的珠穆朗玛峰的同时,也带给了中国许多地震灾害。无论是唐山地震还是汶川地震,地震带来的破坏是令人震撼的,也是令人悲痛的。其中,建筑的破坏最令人...

  【摘要】中国位于欧亚大陆的交界处,这条交界在造就举世闻名的珠穆朗玛峰的同时,也带给了中国许多地震灾害。无论是唐山地震还是汶川地震,地震带来的破坏是令人震撼的,也是令人悲痛的。其中,建筑的破坏最令人揪心,因为现代建筑的人口容纳量远大于从前,建筑如何做到抗震设计是保护地震中人身安全的重要一环。本文就建筑抗震所用的物理环境和物理原理进行探讨。


  【关键词】建筑抗震;抗震节点;物理


  1、建筑中的抗震节点


  1.1抗震节点的作用


  建筑抗震节点是建筑中受力构件集中交汇的部位,它们承担着建筑物在遭受物理冲击的时候受到的主要力学冲突,调和建筑自身以及建筑与周边的物理安全环境。当发生地震灾害时,抗震节点发挥着保护建筑结构和形态的作用,达到小震不坏,中震可修,大震不倒的基本要求。


  1.2节点的破坏类型


  建筑抗震节点有很多,但是由于某些部位抗震性能的不同而引起了节点耐久性的不同,这就使得我们可以很便捷的筛选出比较容易损坏的节点,在此基础上可以进行修补和完善作业。节点主要的破坏类型是锚固破坏、梁端破坏、核心区破坏、柱端破坏等。不同的破坏类型代表着建筑物中不同的结构位置,可以由此标注出建筑物抗震性能以及抗震的薄弱点,然后再进行后期的完善和补救措施。


  2、建筑抗震的物理应用


  2.1古代木结构材料应用


  中国古代木结构建筑就应用的是材料力学抗震手段,木材本身就具有较好抗震性和耐用性。古代对于物理计算还不太发达,多是使用自然中物理性质较好的材料直接使用,属于材料力学的物理范畴。直接采用自然性材料的做法体现出的是较为明显的地域特征的,这种使用手法也使得不同材料的物理特性得以展现,通过对不同物理特性材料的使用,来发挥它的物理性质,同时也造成了由于自然材料的不同性而引起的建筑抗震性能的差异性。


  2.2结构力学的应用


  工业发展给这个世界带来的是多种多样的人工材料以及人定胜天的思维模式。新型材料就比如说混凝土材料本身就具有较好的拉伸和刚性性能,优于许多自然材料,让建筑从地域特性中解放出来,使用新型材料建造并进行抗震设计。在这种模式下,新型建筑材料有极好的可塑性,可以设计出多种多样的建筑结构来达到建筑抗震。在计算结构力学时,出来要满足一些基本条件以外,还要通过公式


  来计算结构整体稳定性。然后在通过Mi≥1.3MOV进行抗倾覆验算,最后得到抗震节点的物理性能。


  2.3多种物理学科综合应用


  随着时代的进步,单单是材料本身的使用已经不足以满足日益发展的建筑需要,新时代多采用预计算结构的方式解决建筑抗震问题,预计算抗震节点的物理特性,并进行加固式的节点设计,是提前预防并改善建筑抗震环境的良好手段。土木工程的抗震设计一直在国内外被不断提及和研究,一般都是通过软件模拟的手段来进行设计,例如通过JDJG软件建模后在通过PMCAD进行抗震节点强度模拟和深化。这种设计有较高的精度,也可以混合不同种类物理学原理。这种方式的好处在于可以借助计算机等软件,直接分析待建建筑的物理性能,囊括气候,地理环境等对建筑的影响。其中涉及到风能,热能,势能等,能做到提前预防未知风险,然后最大程度上考虑抗震现状,完成建筑的抗震设计。


  3、建筑的抗震设计


  3.1建筑中的物理学


  物理学作为一项基础的自然研究课题,有其独特性和普及性,无论是自然科学还是人文科学,物理学的因素都蕴含其中。但物理学是一门大的概述性学科,分布到建筑领域主要还是力学、声学、光学等,其中力学对建筑的影响最为巨大,它可以说是建筑的基石,无论是怎样的建筑都离不开力学基础的铺垫,建筑的结构,材料,地基等,也都蕴含着丰富的物理知识。建筑在结构上主要运用力学的知识,在表皮材料方面运用声学知识,在采光方面运用光学知识等。物理学已经深入投射进建筑的方方面面。在抗震结构方面,从之前的抗震设计到现在的物理补救手段,都体现物理知识对于建筑设计的不可忽视性。


  3.2抗震建筑设计—板柱结构抗震


  抗震设计主要运用力学知识,中间也夹杂一些热工学的原理。在抗震设计中,如何考虑地球物理知识,以及如何应对地球物理变化,是极为重要的一环,我们通过对建筑结构的物理预应对来达到预防抗震作用。钢筋混凝土板柱结构体系由于其简洁性被广泛应用在建筑领域。在水平地震作用下,其板柱节点容易受到竖向剪力和不均匀弯矩共同造成的节点破坏。在通过对节点水平压力的计算模拟分析后,可以合理完善板柱结构节点,达到结构抗震要求。


  3.3抗震设计方法及本质


  在抗震设计的时候,首先要考虑对结构的选择,要选择在质量和刚度上都均匀分布的结构,便于计算和设计;其次对于一些较为不规则的建筑结构,要采用实时分析补充法则进行设计;除此之外,不可忽视地基的重要性,增强地基的牢固性可以有效增大建筑的防风防震能力。从抗震设计的步骤就可以看出来,物理法则就隐藏在这一个个建筑设计的背后,哪怕只是一个小小的建筑节点,都可能应用到了关于力学,材料学的知识。不同力学知识综合考虑设计,才是抗震设计的核心手法,同时也可以看出物理学知识对于建筑抗震的基石作用。通过对物理知识的深入研究,可以完善建筑节点知识,造就更加适宜,更加安全的现代建筑。


  结语:


  古人运用木结构技术来达到建筑抗震目的。其本质就是木材质在遇到地震波冲击时还可以保证良好的完整性。这可能是最早在建筑抗震中运用物理知识的实例。也体现了物理知識对于建筑领域的改变,建筑抗震的发展更是离不开日新月异的物理学知识。通过物理应用,现代建筑才有了更为广阔的发展前景和更为安全的建筑居住环境。


  作者:张珺

    参考文献: 

  [1]梁栋.土木工程结构设计中的抗震设计要点[J].建材与装饰,2016,(36):55-56. 

  [2]谢朝阳.土木工程结构中的抗震技术发展[J].中国新技术新产品,2014,(08):48-49. 

  [3]唐炜.物理原理在建筑中的应用分析[J].科技风,2017,(19):74. 

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