修建于1949年的龙头山供销社三层木楼
拖姑清真寺唤醒楼
每次强震过后,总能见到这样的新闻——《###年古建筑坚强挺立》、《新房子倒了一片 木房子强震不倒》……这种巨大的反差让多数居住在钢筋混凝土里的城市人十分不解:木质房屋真有这么牛吗?既然这么抗震,现代人干嘛不住?
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。
我们首先来逐一分析下,木房子抗震真的好在哪里?
材质:轻的更好吗?
至于木建筑是否更抗震这个问题,中国工程院院士、中国地震局工程力学研究所原所长谢礼立曾公开表示,木结构建筑拥有一定的抗震性能,主要是由其材料决定的。中国古代木结构建筑大多用天然木材,天然木材本身质地较软,比砖石混凝土和钢材有更好的柔韧性,这就使天然木材可以承受更大的形变。同时,天然木材一般比较轻,整个建筑的重量就比砖混和钢结构的建筑要轻得多,这些都有利于抗震。
地基:不钉死为何更安全?
清华大学土木工程系教授钱稼茹指出,木结构建筑的支撑柱不是钉死在地基里的,而是放在石头基础上,也可以移动。2008年汶川地震后,当地的许多木结构建筑的柱子就发生了移动,但建筑本身没有倒塌。这种特点使人们在大地震过后经常看到“墙倒屋不塌”的景象。
结构:低一些会更安全吗?
“楼坚强”是箱式结构,楼层不高,屋顶结构重心不偏向一方,因此受力均匀。这个分析获得相关部门工作人员及专家的认同。
连接:不用钉子更好吗?
不用钉子的构件连接则是木结构框架晃而不散的根源。木结构建筑的构件连接是榫卯结构,榫卯连接既不会让各构件分开,同时又有余量,不但可以承受较大荷载,而且允许产生一定变形,在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量。山西应县佛宫寺释迦塔(应县木塔)是中国古代传统建筑杰出抗震能力的集中代表。
山西应县木塔
山西应县木塔建于辽代清宁二年,即公元1056年,是国内也是世界上现存最高的木结构佛塔。木塔总高67.31米,相当于20层楼房的高度,塔身整体架构所用全为木材,没有一根铁钉,数以万计的构件全靠榫卯互相咬合而固定在一起。经历多次6级以上大地震,950年来,至今完好无损。图为应县木塔内部结构图。
斗拱是中国古代建筑所特有的结构形式,靠它将梁、枋、柱连接成一体。由于斗拱之间不是刚性连接,所以在受到大风地震等水平力作用时,木材之间产生一定的位移和摩擦,从而可吸收和损耗部分能量,起到了调整变形的作用。除此之外,木塔内外槽的平座斗拱与梁枋等组成的结构层,使内外两圈结合为一个刚性整体。这样,一柔一刚便增强了木塔的抗震能力。
那么,想抗震就选木材建房?
选择木材建房,就是抗震减灾的最好办法吗?木结构建筑确实有较好的抗震性能,但是人生活在地球上并不是只有地震这一种灾害要面对,房屋建筑还要满足防风、防雨、防火、防虫蛀等多种要求,这样看,木结构建筑的功能就显得单一。所以,目前世界上的主要建筑还是以砖混建筑为主。
而且,尽管木结构建筑有一定的抗震特性,但是它受高度限制,除了一些木塔外,人们很难看到有高于20米的木结构建筑。由于现代建筑越建越高,取而代之的是混凝土剪力墙结构,如果超过100米则多用钢结构,因为钢结构重量比混凝土轻,而且抗拉伸力也较好。
另外,结合中国农村的实际情况,一方面是资源的限制,一方面是资金的短缺,现在的农村建房已很少木结构的了,大多改用砖混的结构。而有些传统砖木结构的民房,有的地基没有高标准加固,有的防潮措施做的不好,长年腐蚀导致基础不稳,出现沉陷。但需要指出的是,无论用什么材质,很多地方的民房在建造时没有抗震的概念。有专家曾经提到,楼房基础、墙体、地面、框架结构都缺少认真处理。用这样的办法建造起来的房子一旦遇震倒塌,比起木结构的房子来对人的生命安全威胁更大。
更现实的是成本的制约。据媒体报道,鲁甸2003年发生地震后,县里就出台过补助抗震房的指导意见,达到抗震效果的村民新建房屋,县里将给予1万元补助,但是根本就没有推广开来。符合要求的抗震房要十几万元,这1万元的补贴在村民看来是杯水车薪,根本就不划算。60平方米的抗震安全房,仅圈梁和构造柱就需要2万元,山村农村建房的交通成本和人工费用比平原高,每平方米需1000元至1500元,最少投资6万元。而且农村家庭生产要求大于生活要求,建房面积往往大于60平方米。与此形成鲜明对比的数字是,鲁甸县农民人均年收入为4300元,近60%的农民每日生活费不到7元。 而时常拿来举例的——美国人加拿大人多住木质房屋——更因为国情的不同而难以类比。
芦山地震中的“楼坚强”——芦山县人民医院新门诊综合楼距离震中10余公里,毫发未伤,玻璃没碎,墙没裂缝。
刘仁顺建造的木质新房
四川大地震重灾区绵竹市遵道镇棚花村52岁农民刘仁顺建造的木质新房,在外从事木匠工作的他经过多方考察、研究,利用价格适中的木材建设木质防震新房,建房所需的7万多元人民币中,1.6万元是政府补助,其余6万元是贷款,房屋总体造价比钢筋混凝土结构便宜1/3。
综合来看,没有一栋建筑可以做到完全防震,木质结构之所以稳定,并不是因为抗震性百分百优于其他建筑材料,而是它回弹力大,柔韧性强,地震频率大,导致木质结构部分回弹力和震动中和,使得破坏力减小。而且,相比砖瓦混凝土的倒塌,木质结构对人体伤害比其他砌体结构小一些,造成的次生灾害也相对小一些。
而选用什么材料盖房子,也不完全是基于抗震的考量,还有当地的历史、经济、民族、文化等多种因素的影响。怎么能在节省成本的情况下,最大程度的通过抗震设计,将结构损坏减少到最低限度,才是最关键的问题。因为,房子倒了还能再建,生命却只有一次。