土木工程概论_第11章 土木工程的防灾与减灾.ppt

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1、1.了解土木工程中的各种灾害。2.了解土木工程减灾的方法与措施。,11.1 概述11.2 地震灾害11.3 火灾11.4 风灾,本章目录,基本要求,第11.1节 概述,概述,了解土木工程中的灾害,本节目录,基本要求,灾害就是指由于自然的或人为的原因，对人类的生存和社会发展造成损害的各种现象。 土木工程灾害包括了自然灾害和人为灾害。 自然灾害主要指地震灾害、风灾、水灾、地质灾害等。 人为灾害则包括火灾以及由于设计、施工、管理、使用失误造成的工程质量事故。,2009年2月9日中央电视台北配楼由于燃放烟花引起大火，造成直接经济损失16383万元。,2011年3月11日，日本东北部海岸附近发生9级地震

2、并引发海啸，同时导致日本福岛核电站发生核泄漏，此次地震造成14063人死亡，13691人失踪。,2010年3月至4月，位于冰岛南部的艾雅法拉火山连续两次爆发，火山喷发释放出大量的火山灰，致使冰岛、英国、德国、波兰等多国阴天，并导致欧洲多国的近5000次航班因此而停运。,灾害对于人类的危害和破坏方式复杂多样，概括起来主要表现为以下几个方面：,（1）危机人类生命和健康，威胁人类的正常生活；（2）破坏公益设施和公司财产，造成严重的经济损失；（3）破坏资源和环境，威胁国民经济的可持续发展。,随着社会的发展，科技的进步，生存环境的不断恶化越来越引起人类的重视，因此人类加大了对于灾害发生机理的研究与灾害防

3、治的力度，尤其是土木工程的防灾与减灾，为人与自然的可持续发展，人类工程活动的安全进行提供科学依据。,第11.2节 地震灾害,1. 概述2. 地震的分布3. 地震区抗震设计原则,1.了解地震灾害的分布及抗震设计原则,本节目录,基本要求,11.2.1 概述,地震是构造运动的一种特殊形式，是一种常见的地质现象。据统计，全世界每年约发生500万次，其中大部分不会被人类所察觉，有5万次人类能够感觉得到，造成破坏的约有1000次，造成巨大破坏的强震仅有十几次。,地震是破坏性很强的地质灾害，除因建筑物震动倒塌造成生命财产的大量损失外，还会引起大区域的砂土液化和大规模的崩塌滑坡，在滨海地区还可以引起海啸，使其

4、破坏范围扩展到数百至数千公里之外。,我国地处环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带之间，是世界上最大的大陆地震区，是一个多地震的国家，因地震所受到的损失居世界之首。,我国几次大地震灾害造成的损失,地震作用的结果有许多不同的表现形式，并形成多种地质现象。地震之后最常见的结果即地面变形，除了发生地面隆起、错动等变形外，还可能引起地裂缝、地面陷落等变形。唐山地震和汶川地震都曾出现了许多地裂缝带，这些地裂缝横切围墙、房屋和道路、水渠。此外，地震还会引起如山崩、滑坡、泥石流等次生灾害。地震作用还会形成冒沙现象。,地震时出现的冒沙现象,海啸卷起的巨浪,11.2.2 地震的分布,地震并不是均匀分布在地球的各个

5、地方，而是集中在某些特定活动带或板块边界上。世界范围内主要有环太平地震带、地中海-喜马拉雅地震带和特提斯地震带。其中换太平洋地震带的地震活动性最为强烈。 我国地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带的中间，地震分布十分广泛，但各地在地震强度和频度上混不均一，大致可分为8个地震区，25个地震带。,中国地震区、地震带划分,地震的强弱通常以地震震级和地震烈度来衡量。地震震级表示地震释放能量的大小，是衡量地震绝对强度的级别。每次地震只有一个震级，震级越高，释放的能量越大。我国使用的震级标准是国际通用的“里氏震级”标准，震级相差一级，能量大约相差32倍。,地震烈度是指某地区地表面和建筑物受地震影响和破

6、坏的程度，同一次地震在不同地区有不同的烈度。地震烈度的大小主要与地震震级、震中距、震源深浅、地质构造、地形、建筑物类型等因素有关。我国现行的地震烈度表将地震烈度分为12度。,11.2.3 地震区抗震设计原则,1、选择场地和地基,选择对抗震设计有利的场地和地基是抗震设计中最重要的环节。尽可能避开产生强烈地基是小及其它加重震害地面效应的场地或地基。,对于抗震有利的场地条件有：地形平坦开阔；基岩地区岩性均一坚硬或其上有较薄的覆盖层；若为较厚的覆盖层则应较密实；地下水埋藏较深；崩塌、滑坡、泥石流等不发育。,2、选择适宜的持力层和基础方案,根据已选场地的地质条件，为各类不同建筑物选择适宜的持力层和基础方

7、案。通常在地震区的松散土层上进行建筑，有地下室的深基础比较适宜；如果采用桩基础，应选端承桩而不能用摩擦桩，且桩基不能改变地基土的类别；高层建筑物以采用达到良好持力层的管柱基础为宜，可以大大提高地基承载力和减少基础变形，对抗震有利；在容易产生不均匀沉降的地基上以采用钢筋混凝土条形基础为宜。,3、建筑物合理布置和结构选型,尽量使建筑物的质量中心和刚度中心重合，平面上尽量选择没有凸凹出进的形状如圆形、方形、矩形等，立面上各个部分层数尽量一致，以避免各个部分之间因震动不同、受力不同而使连接处受扭转而断裂、倒塌；此外还应在转折处、连接处设置抗震缝；应尽可能地减轻建筑物重量，降低重心，加强整体性，使各个部

8、分、各构件之间有足够的刚度和强度。,第11.3节 火灾,火灾的定义2. 火灾的类型3. 建筑火灾4. 防火减灾,1.了解火灾的类型和减灾措施,本节目录,基本要求,11.3.1 火灾的定义,定义：火灾是由于在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。,根据联合国“世界火灾统计中心”提供的资料显示，在全球范围内，每年发生的火灾有600万700万起，每年有6500075000人死于火灾，每年的火灾经济损失可达整个社会生产总值的0.2%。,2010年上海“1115”特大火灾,11.3.2 火灾的类型,据国家标准GB4968-85火灾分类的规定，将火灾分为A、B、C、D四类：A类火灾指固体物质火灾，一般在

9、燃烧时能产生热的余烬，如木材、棉、毛、纸张等；B类火灾指液体火灾和可熔化的固体火灾，如汽油、煤油、原油、乙醇等；C类火灾指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷等；D类火灾指金属火灾，如钾、钠、镁、钛等。,按照物质运动变化产生燃烧的不同条件，将火灾分为自然性火灾和行为性火灾。 按照火灾发生的场合，火灾大体分为城镇火灾、野外火灾和厂矿火灾等。 按照火灾造成的损失可分为特大火灾、重大火灾和一般火灾。,我国目前划分的标准是：, 具有以下情形之一的火灾为特大火灾：死亡10人以上（含本数，下同）；重伤20人以上；死亡、重伤20人以上；受灾50户以上；直接财产损失100万元以上。 具有以下情形之一的火灾为重

10、大火灾：死亡3人以上；重伤10人以上；死亡、重伤10人以上；受灾30户以上；直接财产损失30万元以上。 不具有前两项情形的火灾为一般火灾。,11.3.3 建筑火灾,1、建筑火灾对结构的破坏,火灾对于建筑物的毁坏，主要是燃烧产生的高温造成的。对于钢筋混凝土结构和钢结构，火灾的高温作用会将结构产生一下不利影响：, 在高温下强度和弹性模量降低，造成截面破坏或变形较大而失效、倒塌； 钢筋混凝土结构中的钢筋虽然有混凝土保护，但高温下钢筋的强度仍然会有所降低，以致在初应力下屈服而引起截面破坏；混凝土强度和弹性模量随温度升高而降低；构件内温度梯度的存在，造成构件开裂、弯曲变形；构件热膨胀，能使相邻构件产生过

11、大位移。,2、耐火极限,建筑是各种建筑材料的复合体，建筑构件的耐火性能与构件的材料有关。建筑构件的耐火性能通常是指构件的燃烧性能和抵抗火焰燃烧的时间，即耐火极限。,建筑构件的燃烧性能与建筑材料的燃烧性能一样，分为三类：非燃烧构件、难燃烧构件和燃烧构件。,3、耐火等级,根据GB50045-95高层民用建筑设计防火规范对建筑构件的耐火等级作出了具体规定：,11.3.4 防火减灾,对于建筑物防火设计必须要考虑以下技术问题：,合理规划建筑布局，确定建筑物的耐火极限划分建筑内的防火分区和防烟分区确定各结构构件的耐火度设计避难通道，计算避难出口设立防、排烟系统设立火灾自动报警、广播和疏散诱导系统设置消火栓

12、系统和自动灭火系统建筑内部装修设计防火,第11.4节 风灾,1. 风灾的定义2. 风的类型3. 防风减灾,1.了解风灾的类型和减灾措施,本节目录,基本要求,11.4.1 风灾的定义,风灾又称为热带气旋，除直接使建筑物遭受破坏或倒塌外，还会引起暴雨，并造成洪灾和海啸，危及海防工程，对人民生命财产造成重大的损失。,11.4.2 风灾的类型,通常对风的描述主要有风向、风力、风速和风级。风向是指风吹来的方向，如由北方吹来的风称之为北风，通常风向可由风向标等进行观察和测定，风向标箭头指向即风吹来的方向；风力是指风的力量，风速是指单位时间内风移动的速度，而风力的大小与风速大小是成正比的；风级即风力的等级，

13、一直沿用英国人蒲福（Beaufort）于1805年拟定的“蒲福风力等级”（见表11.6），自012共分13个等级，并于1946年扩为18个等级。,常见的风灾类型主要有热带气旋、季风和龙卷风等。,热带气旋,热带气旋是发生在热带海洋上的大气漩涡，是热带低压、热带风暴、台风或飓风的总称。热带气旋中心附近的平均最大风力小于8级的风成为热带低压；热带气旋中心附近的平均最大风力为89级的风称为热带风暴；热带气旋中心附近的平均最大风力为1011级的风成为强热带风暴；热带气旋中心附近的平均最大风力为12级以上的风称为台风或飓风。,季风,季风是由内陆和海洋空气温差引起的风，在冬季风由内陆吹向海洋，夏季由海洋吹向

14、内陆。季风形成的原因主要是海陆间热力环流的季节变化，因此季风是大范围的盛行风向随季节改变的现象。,龙卷风,龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱，上端与雷雨云相接，下端有的悬在半空中，有的直接延伸到地面或水面，一边旋转，一边向前移动。,飓风卫星图,龙卷风,11.4.3 防风减灾,1、风对结构的影响,风对结构物的作用具有如下特点：,作用于建筑物上的风包含有平均风和脉动风，其中脉动风要引起结构物的顺风向振动，这种形式的振动在一般工程结构中都要考虑； 风对建筑物的作用与建筑物的外形直接有关；风力作用在建筑物上分布很不均匀，在角区和立面内收区域会产生较大的风力；,风对建筑物的作用受周围环境影响较大，位于建

15、筑群中的建筑有时会出现更不利的风力作用，即由别的建筑物尾流中的气流引起的振动；相对于地震来说风力作用持续时间较长，往往达到几十分钟甚至几个小时。,由于风对结构的作用，会产生以下结果：,使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定； 风力使结构开裂或留下较大的残余变形，对塔桅、烟囱等高耸结构还存在被风吹倒和吹坏的实例； 使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、外装修材料的损坏； 由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏； 气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气动力； 由于过大的振动，使建筑物的居住者或有关人员产生不舒适感。,2、防治对策,在结构设计中，抗风设计是必不可少

16、的一部分内容，为了使建筑物在风力作用下不会发生倒塌、结构开裂和过大的残余变形等现象，必须使结构的抗风设计满足强度、刚度和舒适度的要求。除此之外，对于防风减灾的对策通常主要有采用合理的建筑体型、安装控制装置、采取反向变形。, 合理的建筑体型,流线型平面截锥状体形不大的高宽比透空层并联高楼群,安装控制装置,利用结构振动控制技术在结构上附设控制构件和控制装置，在结构振动时通过被动或主动地施加控制力来减小或抑制结构的动力反应，以满足结构的安全性、使用性和舒适度的要求。, 反向变形,采用反向变形即在高楼中设置一些竖向预应力钢丝束，当高楼在风力作用下向一侧弯曲时，传感器启动千斤顶控制器，对布置在高楼弯曲受拉一侧的钢筋束施加拉力，从而产生一个反向力矩，并与风力弯矩叠加后，使高楼结构下半部的弯矩值大大减少，并使结构的侧向变形由单弯型变成多弯型。风荷载作用下结构顶点的侧移值减少，结构顶点的振动幅值和振动加速度也随之减少。,