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木结构建筑与地震

      因为木结构本身的特性,在一些地震多发国家和地区,为了防止突如其来的地震给人类生活造成的破坏,往往都采用了一种抗震性能极好的建筑形式---现代木结构建筑体系。


      地震

      2008年5月12日在中国四川省发生的里氏8级地震迄今为止共造成约40000人丧生,数百万人无家可归。这是中华人民共和国建国以来最为强烈的,破坏力最大的一次强震。


(汶川地震  图片来源:网络)


      与之类似的是,目前环太平洋地震带的也处于地震比较频繁的区域。美国西海岸,处在环太洋火山地震带的东侧。在加州西部,从洛杉矶到旧金山到太平洋海域,发育了一条圣安德烈斯断层,总长超过965千米,是世界著名的活动断层,美国的强地震大多发生在这里。本世纪以来,美国西海岸发生里氏6级以上的地震14次,其中1906年4月18日旧金山发生的8.6级大地震震惊世界。而此地震也极大的推动了美国抗震设计的建筑法的出台,随后根据人类对地基、建筑队地震反应关系的不断了解,美国和加州政府建筑法中规抗震设计部分得到不断完善。

近几十年来,美国地震造成的死亡人数很少,主要归功于抗震设计使建筑物具备了良好的防震功能。政府和民众在多次发生地震后,树立了较强的意识,在建造房屋时,大都采用木质结构,植根于坚实的岩层中,并依山势而布局,所以当地房屋的抗震性能非常优越,在发生地震时能够避免倒塌,大大降低了伤亡人数.

(洛杉矶地震   图片来源:网络)

      地震与木结构建筑的发展

位于美国加州奥克兰的基督之光大教堂,前身并非是木结构,但在地震中完全损坏后,于2002年重启设计。作为业主的Catholic Cathedral Corporation of the East Bay 要求新建的教堂的设计使用寿命为300年,且外观到24世纪也不会过时。鉴于这个设计目标,最终建筑师采用了内部主要使用木结构,而外面由表现轻盈的玻璃包里面的木结构。

教堂完工前的外部实景照片


      为了满足300年使用寿命这一要求,教堂在设计之初就结合木结构的特性,对结构整体进行优化,对节点更做了一些精巧的设计,如下图的双凹面的抗震底座设计及铰接节点设计:


      教堂内部主体结构胶合木由美国Western Wood Structures, Inc. 提供并安装,所有的胶合木均通过APA-美国工程木协会认证以确保产品质量,同时使用高强度结构钢搭配将胶合木连接到混凝土基座上。为了表示对2000年教会的历史的敬意,建筑采用了非直线的外观,无论从哪个角度都可取得好的外观效果,这也是木结构的建筑的优点之一 –可以完美的展现建筑师的意图,哪怕是非规则的复杂的结构体系。


       天花板采用的双鱼囊图形,像是一叶翻过来的方舟,也好像是俯瞰人间的上帝之眼。教堂两侧由大量的胶合木材构成,整体呈船舷状延展开,整个教堂木质内部框架就如同一艘穿越苦海的方舟,教堂前方形成的基督人像则是通过精巧的设计,由外面的太阳光透过木结构中间的缝隙形成。


      最新的地震研究表明,现代木结构建筑具有良好的抗震能力,也因为抗震性能好,节能环保等多方面的原因,使得美国目前90%以上的住宅均为木结构,且木结构也大量应用在一些大型的公共建筑上。


施工过程中的美国木结构房屋


完工后的木结构房屋

      木结构的房屋提供了最基本的抗震元素,过去的地震经验皆被用于抗震材料的改进和实践当中。 在北美,通过对现场的勘察和地震对木建筑影响的研究,对木结构设计标准也在更新。有高频地震危险的国家和地区,包括:日本,台湾地区以及中国大陆等国家和地区正在发展和改进建筑标准以容许建造更多的木结构建筑。

美日科学家联合对一栋6层高的多层木结构进行模拟地震测试


       八十多年来,APA–工程木材协会一直致力于帮助企业生产卓越的高强度、多功能和可靠的工程木制品。作为非营利性机构,APA为行业提供关于技术、产品标准、质量、检测、研发、国际贸易促进等多种服务。多年以来,结合APA科研人员研究成果与APA会员的合作,使现代工程木行业随着社会经济的发展,广泛的工业应用和工程应用提供了新的改进和解决方案。


      APA的会员主要由位于北美地区生产结构木制品的众多制造商组成,其会员的产品包含了胶合木Glulam,复合板材Composite Panels, 木工字梁Wood I-joists以及结构复合材Structural Composite Lumber等,通过APA认证并带有质量认证标志的美国工程木制品被广泛大量应用于修建抗震性能好,经久耐用,节能环保的木结构房屋。

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