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为什么轻型木结构抗震最好?

导读:
许多人认为,在发生地震时,北美的独户住宅是最安全的地方。有这种想法并不奇怪,因为北美的住宅几乎是轻型木结构建筑的同义词。由于重量轻,吸能能力强,轻型木结构是一种足以抵御强烈地震的建筑体系。

众所周知,地震是地质板块在移动中能量的突然释放,搭建在地震活跃带上的建筑物必须抵抗很强的地震力。这些地震力取决于地震的强度、震源的远近、造成地震的地质运动的类别,以及给定建筑物周边的地质状况。每一项的细微变化,都会产生千差万别的结果。

而每种建筑结构也都有其独特的特性,例如其刚度和强度,因而对地震力的反应也不同。地震使一栋建筑物产生水平和垂直震动。水平力又称为侧向力或剪力,它是对抗震设计的真正挑战。

大约1400年前,在日本就已经建造起了相当于19层楼高的木塔。虽然日本地处环太平洋地震带 (日本兵库县曾在1995年发生了6.8级地震并造成了严重的破坏 ) 这些古代的木结构至今仍然屹立不倒。

为什么轻型木结构抗震最好?

根据美国地质局统计,全世界每年发生的地震超过100万次。虽然地震的发生无法阻止,但通过对建筑结构的优化设计可以最大限度地减少建筑结构破坏。例如日本的宝塔,对地震横向震动的耐受力表现得非常好。建筑规范的不断更新和完善已经证明了木结构符合并且在许多情况下能够超过最苛刻的建筑抗震设计要求。

木材可以成为地震多发地区的理想建筑材料

重量轻

大多数地震破坏是由地震波引起的。当地面运动的强度达到一定程度,会导致建筑物发生震动。地震力与结构的质量成正比,因此重量较重的钢和混凝土结构会受到更大的地震力影响。轻型木结构结构比其他类型的结构轻得多,并且具有最高的强度重量比。因此,正确设计和建造的轻型木结构结构在地震活动期间表现一般非常好。

为什么轻型木结构抗震最好?

延性

轻型木结构结构具有许多钉连接和传力构件,这为建筑结构提供了一定的延性 – 且远远超过大多数混凝土结构。轻型木结构建筑在受到突发地震力时可以变形,吸取和消散能量。

冗余

类似地,安装在木龙骨上的覆面板(一般情况下为OSB或胶合板)为地震力的消散提供了冗余的载荷路径。这些众多的连接节点和负载路径能够有效消散地震力。即便个别节点过载或失效,相邻节点通常会提供备用加载路径并帮助避免结构垮塌。所以说无论建筑物是何种结构,良好清晰的传力路径是建筑物抗震安全设计的关键。

为什么轻型木结构抗震最好?

强度和刚度

地震的生的侧向力会破坏墙体。轻型木结构的剪力墙可以提供必要的抗侧刚度。通过增加OSB结构板的厚度,龙骨尺寸和钉子的数量或尺寸,可以为地震多发地区的木结构建筑物增加额外的墙体刚度和强度。

连接

轻型木结构建筑的墙体,楼板和屋顶是一个个单独的单元构件,这对抵抗地震力至关重要。当然所有结构构件最后必须固定在建筑物的基础上,以抵抗地震时的变形,滑动和倾覆。目前市面上有许多专门针对地震设计制造的标准连接和紧固件产品,这让建筑的抗震设计变得非常简单有效。

为什么轻型木结构抗震最好?

抗震设计

任何抗震设计的关键是确保建筑在地震作用下具有良好的动力特性,而不是一味的追求刚度。对于本身已经具有高延性的轻型木结构尤其如此。大部分轻型木结构建筑通过众多载荷传递路径来增加建筑的冗余和延性,同时木结构也因为这一特性被越来越多地用于宽敞的开放式结构,例如定制房屋,学校和商业建筑。

木结构有良好的受力性能,它对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏具有良好的延展性,其破坏过程是一个渐变的屈服过程,当房屋在地震中晃动时,木结构骨架仍然可以保持结构的整体稳定。

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