1、現行建筑結構抗震(理論)技術(shù)存在的錯誤:世界各國采用的抵抗地震破壞的建筑物體的基本類(lèi)型,都是以吸收地震能量為主的插入式整體結構(對地球而言),即將建筑物的基礎和上部結構設計為絕對不可分割的剛體插入地球,因而建筑物抵抗地震破壞力的受力分析和設計,就不得不從結構整體考慮建筑物的抗震性能,地震破壞力是通過(guò)土層和巖石沖擊建筑物的基礎并直接將沖擊力傳遞給上部結構,上部結構的作用力(荷載)加上地震產(chǎn)生的內力又反作用于基礎,因而建筑物基礎的強度設計要求,應是地震力和上部結構反作用力的疊加。
地震破壞力是往覆水平剪切力,上部結構的反作用力是垂直于地面的。這樣兩個(gè)方向互相垂直,并處于運動(dòng)沖擊狀態(tài)的作用力,在一個(gè)平面上會(huì )交了。地震破壞力以強大的往覆水平推動(dòng)力,推動(dòng)著(zhù)(抓。┙ㄖ锘A做水平往覆運動(dòng),因而很容易分析,在這兩種力的會(huì )交面上,實(shí)質(zhì)上形成了遠大于地震破壞力的往覆剪切力。因此,建筑物的抗震能力在插入式整體結構中是很難達到實(shí)際抗震設計要求的,現在的建筑物一般都是偏于保守的理想設計和建造,因而投資也在大大增加,即便如此,在實(shí)際的地震災害中,建筑物受破壞的程度依然是很?chē)乐氐,進(jìn)而也無(wú)法擺脫和減輕地震災害,給人民的生命和財產(chǎn)造成的巨大損失。
歷史的教訓足已充分說(shuō)明,插入式建筑結構體系受到了嚴峻的檢驗,即似地球為相當好的慣性參考系,又將建筑物體插入地球,形成不可分割的剛體。在過(guò)去的年代,建筑物還處于低層范圍時(shí),問(wèn)題還不嚴重,而在現代化高層、重型建筑中,仍然是采用插入式剛箍捆住內力的結構,在實(shí)際的地震災害中存在著(zhù)嚴重的隱患。插入式整體建筑物結構體系在正常情況下,即非地震靜止狀態(tài),是沒(méi)有問(wèn)題,而在地震災害爆發(fā)時(shí),插入式整體建筑物體系的結構受力傳力路線(xiàn)明顯發(fā)生混亂,建筑結構設計的極其重要的力學(xué)原則:
。1)不論在任何情況下,結構的傳力路線(xiàn)必須清楚。
。2)以當地的最不利外界因素為設計依據,如很多地區必須考慮可能發(fā)生的最大地震破壞力。這就是說(shuō)建筑物抵抗地震破壞的正確條件是:運動(dòng)中建筑結構內力的傳遞必須正確、清楚。
插入式整體建筑結構在地震時(shí),將地震破壞力直接傳遞給上部結構,使上部結構發(fā)生搖晃,由于上部結構是剛箍捆住內力的結構,因而在搖晃中產(chǎn)生的巨大能量沒(méi)有釋放點(diǎn),而被迫返回基礎,地震又很快的不斷的沖擊建筑物的基礎,向上部結構輸送地震能量。這樣上部結構返回的作用力,同基礎傳來(lái)的地震內力發(fā)生沖撞,沖撞最厲害的集中點(diǎn),就是能量集中釋放的突破點(diǎn),也是結構的破壞點(diǎn),通常都在基礎與上部結構的交面上,破壞的形式是剪切破壞,而整個(gè)建筑物不是倒塌就是傾斜。
目前,許多國家在高層建筑的抗震設計方案中,已經(jīng)出現了新的結構,如:美國紐約的42層高層建筑物,建在于基礎分離的98個(gè)橡膠彈簧上,日本的建在弧型鋼條上防地震建筑物,前蘇聯(lián)的建在與基礎分離的沙墊層上的建筑物,以及在中國已經(jīng)獲得了美國、中國和英國發(fā)明專(zhuān)利權的,剛柔性隔震、減震、消震建筑結構與抗震低層樓房加層結構,都十分成功的應用于工程實(shí)踐中,都明顯的在建筑結構體型上,改變了傳統的插入式剛箍捆住內力(吸收地震能量)的結構體系?傊荚诮ㄖO計的結構方面設法擺脫在地震災害時(shí),嚴重威脅著(zhù)人們的生命安全的插入式剛箍捆住內力的結構體系。其實(shí)質(zhì)都反映了對“似地球為相當好的慣性參考系”為指導理論,所制定的現行抗震硬抗、死抗地震打擊設計規范的動(dòng)搖,本質(zhì)上也是改變了建筑結構受力體系,而不在似地球為絕對靜止不動(dòng)的慣性參考系了。
1、現行建筑結構抗震設計與地震場(chǎng)地效應的問(wèn)題現行建筑結構的抗震設計,是根據結構力學(xué)和建筑結構設計的理論基礎而來(lái)的。結構力學(xué)和結構抗震設計規范,將地震破壞力簡(jiǎn)化并規定為在建筑物上部結構中的水平運動(dòng)力,對建筑物的水平作用力與反作用力的硬抗平衡,這一規定實(shí)質(zhì)上存在著(zhù)嚴重的問(wèn)題和錯誤。
其一:地震爆發(fā)時(shí),首先是大地在做往覆水平運動(dòng),由于建筑物基礎插入大地,因而必然隨大地的往覆水平運動(dòng)而運動(dòng),建筑物上部結構也因此被迫運動(dòng),但是建筑物上部結構的運動(dòng)形式不是水平運動(dòng)(因而根本就沒(méi)有受水平的作用),而是因基礎在受地震水平力運動(dòng)中,產(chǎn)生的運動(dòng)力傳遞到上部結構,迫使上部結構沿地震受力方向,作反方向S形式傾斜擺動(dòng);
其二:地震爆發(fā)時(shí)的沖擊波只有兩個(gè)方向,而現在所有城市的建筑物的規劃設計,是根據城市的道路按東西南北方向和建設的需要各自排列的。將建筑物上部結構視為受水平運動(dòng),也只能有30%的建筑物的結構抗震設計受力方向與地震沖擊波受力方向相同,而70%的建筑物的抗震設計受力方向與實(shí)際地震沖擊波的沖擊方向,處于非常不利的位置,當地震爆發(fā)時(shí),只有少數正好與地震沖擊波方向協(xié)調一致的建筑物不一定破壞,而大多數與地震沖擊波方向不一致的建筑物,自然就很難逃脫地震沖擊破壞倒塌的后果。地震對建筑物的沖擊破壞,主要是對建筑物基礎產(chǎn)生的水平往覆沖擊剪切力,從而使基礎被沖擊破壞失去穩定后,造成上部建筑物的破壞和倒塌,地震沖擊波首先是破壞了基礎,而不是破壞上部建筑結構,所謂萬(wàn)丈高樓從地(基)起,就是這個(gè)道理;A都破壞了,上部建筑自然就保不住了;
其三:城市中建筑物的類(lèi)型是多種多樣的,主要反映在超高層、高層、多層和輕重型建筑之分,而這些不同類(lèi)型的建筑,又以基礎深度的差別體現在地震沖擊波的大小上,基礎越深、越大,受地震沖擊波的沖擊自然很大,在加上城市地下建筑設施不少(如:地下建筑、地鐵、地下大型管道等),都是構成城市地震場(chǎng)地效應發(fā)生互相變化的種種直接因素,F行抗震設計中,都沒(méi)有考慮地下建筑設施的自身抗震,以及對地面建筑物基礎和地基的地震場(chǎng)地效應所產(chǎn)生的嚴重問(wèn)題。
2、現行建筑結構抗震樁基設計與地震場(chǎng)地效應的嚴重問(wèn)題現行抗震設計中的樁基礎的設計有兩種類(lèi)型,一種是端承樁類(lèi)型,另一種是摩擦樁類(lèi)型。端承樁是將深層的地基反作用力通過(guò)樁傳遞給地面,構成對上部建筑物作用力(壓力)的平衡。摩擦樁是通過(guò)樁基礎與一定深度的地基土層十分緊密的擠壓結合中產(chǎn)生足夠的反作用力,通過(guò)樁傳遞到地面,構成對上部建筑物的作用力(壓力)的平衡。這里必須指出的是,這兩種類(lèi)型的樁基礎在對上部建筑物的作用力(壓力)構成平衡的充分條件是:靜力荷載,即在沒(méi)有外力的作用下成立的。
在端承樁中,端樁是反作用力的頂點(diǎn),樁身是傳遞反作用力的通道,樁身四周的土層是給樁身起到了極其重要的穩定作用,由此,可以定義:樁端的承載力,樁身的強度是和樁身四周的土層構成了端樁基礎的整體,缺一不可。
在摩擦樁中,樁身的強度與樁身四周土層緊密擠壓所產(chǎn)生的反作用力,構成了摩擦樁基礎的整體,也是缺一不可的。這兩種類(lèi)型的樁基礎在地震爆發(fā)時(shí),強大的地震水平往覆沖擊波,完全改變了上述狀態(tài),使端承樁在地震沖擊波中,使端承樁的承載力發(fā)生水平往覆運動(dòng),不但失去對樁身的穩定,反而對樁身構成了往覆水平?jīng)_擊,其結果:端承樁不是破壞,就是下沉失穩。隨著(zhù)端承樁的破壞和失穩,建筑物上部結構自然也就處于破壞倒塌的危險境地,而摩擦樁的危險就來(lái)的更快了,地震沖擊波迫使摩擦樁樁身必須與四周土層與樁基松開(kāi),失去摩擦樁身必須與四周土層緊密擠壓的必要條件,并且土層對樁身構成水平?jīng)_擊力,隨著(zhù)摩擦樁中四周土層與樁身摩擦力的解除和改變,樁不是破壞就是失穩,其上部建筑物隨之處于時(shí)刻會(huì )破壞和倒塌的危險之中。
3、現行予應力建筑結構在地震中的嚴重問(wèn)題所謂予應力建筑結構,是人為的在建筑結構的主要承力構件中,對主要承力構件中混凝土施加予應力,一般是通過(guò)對結構中承力構件的鋼筋進(jìn)行張拉,利用鋼筋的回彈力擠壓混凝土來(lái)實(shí)現的。根據對承力構件中鋼筋的張拉,與混凝土的先后關(guān)系,又可分為先張法和后張法兩大類(lèi)。
從建筑結構中的予應力構件,到予應力結構的發(fā)展,已經(jīng)有較長(cháng)的時(shí)間了,在建筑結構中應用予應力構件和發(fā)展予應力結構的優(yōu)勢,在很多城市的建設中,得到了較廣泛的應用。在城市建設和發(fā)展中,推廣和應用予應力構件和予應力結構,的確能起到一定的積極作用。但是,有一個(gè)十分重要的結構動(dòng)力學(xué)問(wèn)題需要特別注重,所謂建筑結構動(dòng)力學(xué)方面的問(wèn)題,也就是地震爆發(fā)時(shí),地震沖擊波迫使建筑結構產(chǎn)生振動(dòng)的動(dòng)態(tài)反應,地震沖擊波沖擊建筑結構,使其產(chǎn)生的內力在結構中傳遞,而予應力構件和予應力結構的力學(xué)模型是:
1)予應力張拉兩端的固端成支座,是不允許有任何改變的;
2)予應力構件或予應力結構在使用過(guò)程中,其構件和結構是不允許發(fā)生水平推動(dòng),振動(dòng)彎曲和上下振動(dòng)的。也就是說(shuō),予應力構件和予應力結構,只有在沒(méi)有任何外力的情況下,才能達到予應力構件和予應力結構設計的使用要求。因此可以定義:予應力構件和予應力結構的安全使用條件,是不能承受任何外力(尤其是地震沖擊力)的靜力使用狀態(tài)。
地震沖擊波在建筑結構中,將無(wú)情的迫使建筑結構中的所有梁、柱、板、墻體等受力構件發(fā)生變形,即地震沖擊力能完全改變予應力構件和予應力結構的兩端邊界條件,使其構件和結構中的予應力償失。任何在使用中的予應力構件和予應力結構,當予應力衰退和償失后,其構件和結構必然破壞。因此,在地震設防城市的建設中,是不能使用予應力構件和予應力結構的。但是,現在許多城市的建設中都使用了予應力結構,這是十分危險的。因此,應盡快在地震爆發(fā)之前,采取補救措施,否則,后果一定是十分嚴重的。
綜上所述,現行世界各國所實(shí)行的建筑結構體系,是與地震沖擊波相對抗、硬抗(死抗)的捆住地震內力的結構體系。從結構動(dòng)態(tài)平衡的根本原理來(lái)分析,這種與地震力相對抗的結構體系的靜態(tài)平衡在地震中完全破壞了。也就是說(shuō),現行的建筑結構體系,只能滿(mǎn)足靜態(tài)(無(wú)地震沖擊波)狀況下的作用力與反作用力的平衡。
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