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在北美,大多数建筑规范认可两类房屋设计和施工:1)经工程设计和建造的房屋,以及2)按照传统规则设计和建造的房屋
经工程设计的建筑,由工程师对整个结构体系进行设计,以便使建筑物能够抵御预计的外加荷载。传统建筑则是根据一套从传统建房经验中总结出来的规则来建造的,这些规则在不断的更新,以反映最新的科研成果和以往房屋的性能表现。建筑规范将传统建筑限于居住人数有限的小型房屋,而大型住宅及商业建筑则必须是经工程设计而建造的。
地震造成的地面运动将建筑物产生的侧向惯性力集中作用于建筑物中质量最大的部分,如屋盖和各层楼盖。屋盖和楼盖的侧向力应由墙体承受,且房屋的整个结构应适当的连接在基础之上。木框架建筑的以下各部分对于其抗震能力至为关键:
-与基础的锚固,
-墙体的强度及延性,
-水平楼盖、屋盖和天花板的强度及连续性,
-所有木框架构件的相互连接。
传统建筑一般对屋盖、墙体及楼盖的建造以及这些部分之间的连接做出了最低规定。为满足有关面板长度和覆板墙类型的最低规定,房屋的带撑墙之间的距离应满足一定的规则。对于地脚螺栓也有特别规定,以便将房体结构适当的连接在基础之上。
建筑物的建造标准通常都超过建筑规范中给定的最低要求。例如,墙体的面板通常都比所规定的最小厚度要厚,而且一般房屋内的带撑墙数量也超过对带撑墙的最低规定。
在工程设计时,要确定侧向传力路径,对传力路径上的每个构件都要进行设计及细部处理,一是以房屋能够承受预计的地震力。屋盖和楼盖应设计成剪刀墙。这些剪刀墙和楼(屋)盖横隔的设计要保证做到:
-结构性面板(定向刨花板或胶合板)具有足够的厚度,以抵抗预计的外力,
-具有足够的钉子,以便将面板承受的剪力转移到屋盖、楼盖或墙体的框架上,
-如有必要,在楼(屋)盖横隔和剪力墙的结构性面板边缘加上边挡,
-楼(屋)盖横隔及剪力墙周边的框架构件要足够坚固,并妥善接合,以抵抗预计的拉力和压力。
工程设计还要求传力路径上的所有构件之间要适当连接。因此,通常要求使用钉子或特殊连接锚板连接楼(屋)盖横隔和剪力墙,并用特殊系紧连接件将剪力墙角系紧、用附加锚栓将剪力墙连在基础之上。
虽然木框架房屋所具有的一些特性可以提高其在地震中的抗震性能,然而要想确保木框架房屋在地震中的安全性,仍应做到优质施工。以下是木框架建筑的一些特性:
强度和刚度:
地震产生的侧向力会使建筑物扭曲,使墙体变形(不再方正)。带撑墙或剪力墙在地震时提供关键的抗变性能力。用胶合板或定向刨花板为面板的墙体,在地震时具有极为有效的抗变力。在可能发生强震的地带,可使用较厚的结构面板,较多或较大的钉子,以增强墙体的刚度和抗变形能力。此外,研究和经验还表明,一些“非结构”构件也有助于增强建筑物的侧向抗力。例如,内墙饰面、隔墙以及多种外墙覆层,都有助于增强建筑物的侧向抗力。
延性:
砌体和混凝土等建筑材料需要经过严格的设计及细部处理,才能保证较好的抗震性能。与这些材料相比,木结构体系得天独厚, 具有较好的延性。延性是指建筑结构可屈伸、变形而不倒塌的能力。在经受地震这种突然荷载时,房屋具备一定的柔性是最为理想的,因为柔性可以允许房屋耗散部分能力。众多钉节点使木框架房屋具有十分有效的延性。
重量:
木框架建筑的重量较轻。使用绝热混凝土模板建造的混凝土墙差不多比一般木框架墙重七倍。由于地震力与结构的重量成正比,精心设计和施工的轻质木框架房屋便可在地震中有上佳表现。
冗余性:
传力路径众多的房屋一般被认为在结构上具有冗余性。它们在地震中可以提供额外的安全性。由沉重的框架支撑的建筑结构依靠较少的结构构件和连接。于是,设计或施工中的任何缺陷都可能导致相邻的传力路径超载。而典型的木框架建筑是由数以百计的结构构件和数以千计的钉节点连接构成的。这意味着,如果某一个传力路径受到破坏,它所承担的荷载可由邻近的构件或节点予以承担。
连接性:
覆有木基面板的墙体除了能抵抗地震力外,房屋的设计与施工还应能防止房体的滑动倾覆。无论是哪一种情况,都应将房屋适当地连接在基础之上。墙体、楼盖和屋盖框架的互相连接,使得房屋成为一个坚固的结构单元,这对于房屋在地震中保持完整是十分重要的。




