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古建築應該如何做好抗震保護?

2017年11月26日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 30 ℃ 次

【周洛洛的回答(6票)】:

吶。。分幾塊來講吧。。

首先如果是目前還沒有遭遇地震侵害的建築,一般都不會去動它。。當然也有例外,像日本的一些榫卯木構,每隔數年就會像拆積木一樣,將構件全部編號、拆解,然後在原址旁重新搭起來,各種監測。這個做法不僅是為了抗震保護,也是為了讓整個結構一直處於一個比較理想的狀態,有錯位、歪閃或者構件的損壞可以第一時間發現並修復。當然這個做法的爭議也比較大。。

當然現在也有一些高校和機構研究古建抗震的,會對一些處在地震帶的古建進行一些計算和預測,比如做1:1或者小一些的模型,放到地震台上模擬,看這個建築在遭遇地震之後會不會出現嚴重的損毀,那如果有嚴重損毀的,可能會比較建議進行一些預加固或者干預,當然,對於古建,一般各國都還是比較保守的,能不動盡量不動。。。

如果是已經遭遇了地震侵害的建築,就要看損毀程度來設計保護方案了。

先說木構:

一般木構由於其柔性的材質和榫卯的搭接方式,尤其是斗栱合理的力傳導方式,因此不太容易出現全部碎成渣渣的狀況,如上面很多知友提到的「牆倒屋不塌」。這種情況下:

1. 如果整體木構並沒有太大的歪閃和損傷,那屋架結構就並沒有太大問題,無需修復或者稍作矯正即可;牆體作為隔斷,就其損毀情況,比如磚的破損程度等等,進行局部的替換或者加固;屋蓋需要重點看一下,瓦可能會散落,屋蓋的線條可能也有影響,如果導致漏雨的話,古建一般腐朽都是水的原因。。

2. 如果整體木構基本ok,但有些關鍵性部位比如斗栱上面出現了嚴重的斷裂或者裂縫,那麼就要考慮替換這個構件,或者現在也有方式是在原開裂構件裡打入柔性的類似記憶金屬的連接件,這個材料應該有蠻多高校和科研部門在開發的。膠水和水泥這些東西是不推薦的,最不濟也是打釘子。

3. 如果整個屋架出現了歪閃或者損傷,但並沒有倒,那我的看法最好是落架大修啦,像島國人民那樣搭積木嘛。。不過我國一般還是比較保守的。。

4. 如果整個屋架都倒了(喵啊這得多嚴重的地震),那就,不用人工落架了。。地震已經替你落架了,直接大修就可以了。。。

再說說石構:

其實這個瞭解得不多,某次聽斯坦福還是哪兒來的一個客座教授的講座,他是專門研究石構抗震保護的。但他的研究對像古城遺址為主,而非歐洲的那些教堂等等。

一般加固的方式是用麻繩編織成網,裡面裝石頭(麻繩加大摩擦,石頭加大負重),還有一些摻雜了稻草麥稈等的泥土(有點像我國紙筋灰那個意思),基本原理就是增加負重、摩擦和粘結力,把古遺址更牢固地bia在地上。那其實這個也還是離不開抗震台的模擬。

歐洲其他的一些建築嘛,其實體量那麼大,還是蠻難震壞的。。有一些出現裂縫的,但好像也沒有太大倒塌的幾率的,歐洲人也比較耐心啦,會在裂縫上卡一個透明的小尺子,然後長期觀測它的裂縫有沒有變大以及以多大的速率在變大,一般變化不太快的或者覺得裂縫的變大不影響整體結構的就不會去修它啦。。。

【發條蝸牛的回答(2票)】:

#這是註釋,請解釋器自動跳過。

#先佔個坑,之前寫過一個這方面的綜述,對古建的抗震加固有點認識,晚上碼字。

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舉例說明吧,本來綜述裡都是例子。。。

伊斯坦布爾索菲亞大教堂缺乏有效的抵抗水平地震的措施,建成後數遭地震,發生過4次局部倒塌。震後僅簡單修復重建,在南北兩側外牆外加設巨大的石砌扶壁,抗震效果亦不明顯。1847年在穹頂底部加設了若干鐵鏈圓環,使其能自平衡地承受穹頂傳來的水平外推力,才基本解決地震造成的局部倒塌問題。[1]

上面那個是國外的較早的例子,國內的話如果一個古建確實需要加固,一般先進行檢測和鑒定,接下來就是針對具體問題具體分析,如果是構件問題,外包鋼、貼碳纖維布或者換掉都有。我記得南京某個城門還採用過通過置換材料的方法卸掉古建上部分荷載的方法。

以上是常規的抗震加固方法,就不免會破壞原古建的風貌,添加阻尼器也會有類似問題。所以現在有種思路是採用隔震支座,例如天津西站軟席候車室[2]、南京博物院老大殿[3]。國外也有類似案例,如美國的第九巡迴上訴法院(摩擦擺)[4]、洛杉磯市政廳(粘彈性阻尼器、高阻尼橡膠支座)[5]。

一些圖:

[6](SI,Seismic Isolation,隔震技術。VD,Viscous Damper,粘彈性阻尼器,SMAD,Shape Memory Alloy Device,形狀記憶合金裝置)[6](SI,Seismic Isolation,隔震技術。VD,Viscous Damper,粘彈性阻尼器,SMAD,Shape Memory Alloy Device,形狀記憶合金裝置)

[7]

#學得不認真,論文看得不多,僅作一個科普。希望大家能有更多更準確的答案。謝謝!

參考文獻:

1.羅福午,張惠英,楊軍. 建築結構概念設計及案例[M]. 清華大學出版社, 2003.

2.類承旭. 大開間歷史風貌建築的抗震性能研究與隔震減震加固[D]. 天津大學, 2009.

3.倪明,李愛群,陸可人,等. 博物館古建築保護與功能提升——以南京博物院老大殿改造為例[J]. 東南文化. 2011(04): 85-89.

4.Mokha A S, Amin N, Constantinou M C, etal. Seismic isolation retrofit of large historic building[J]. Journal ofStructural Engineering. 1996.

5.Youssef N. VISCOUSDAMPERS AT MULTIPLE LEVELS FOR THE HISTORIC PRESERVATION OF LOS ANGELES CITYHALL[J]. The Structural Design of Tall Buildings. 2001.

6. Martelli A. Progress of theapplication of passive anti-seismic systems[J]. Earthquake ResistantEngineering Structures. 2009.

7.李寧,李憲章,陳肖妃,等. 古塔建築隔震加固保護技術的研究[J]. 中國文物科學研究. 2011(01): 63-66.

【熊貓貓的回答(3票)】:

現在對待古建築時一般不會考慮抗震保護。

因為無論哪個國家,對待古建築是從歷史文化保護的角度出發的,現在對待古建築的保護修繕問題的主流態度都是十分謹慎,並不提倡加入太多現在的東西。只有在建築快倒了的時候才會去加固,建築還站得住就不管了。如果以防震為前提進行保護,就保護過度了。畢竟如果一個古建築進行了防震的結構處理,必定會很大的影響它的歷史風格。而古建築的歷史價值是我們最看重的。就算是在日本這樣多震的國家,我也沒有聽聞過在古建築保護方面有專門研究過抗震的。其他地方也不會因為不知道有沒有的地震而對古建築大動干戈。

而且尼泊爾倒的建築是磚木結構。木結構由於是柔性結構,一般認為是抗震能力較強的。特別是斗拱緩衝地震衝擊的能力很強。但是磚木結構主體是磚,屋頂是木頭。看上去木頭很多,但起主要結構作用的是磚。而砌體結構偏偏是最不抗震的。順便說一句,他們做木結構是沒有斗拱的,那樣的做法抗震,抗變形,出挑的能力都較差。

最後,毀壞的建築該怎麼辦呢?

壞的不嚴重可以修。傳聞中國某古建築地震中把頂震掉了,直接安回去了…

壞的只剩渣了可以重建。比如華沙重建。當然最好有測繪圖紙。壞掉的建築的材料構件盡可能拿過來用。

壞的連渣都沒有了可以做個遺址公園什麼的,比如大明宮遺址公園…

至於尼泊爾,應該要選擇重建。畢竟毀壞的是皇宮廣場,這關係到民族情懷。

【知乎用戶的回答(1票)】:

占坑,爭取碼出第一個正經的長回答。

【任仲的回答(1票)】:

記住牆倒屋不塌這句話,木結構建築的抗震性能較其他來比還是很好的;在這我覺得如果從地基上對古建築進行加固會對古建築造成一定的傷害,要加固的話只能是外部的結構加固。

拿應縣木塔來說吧,剛剛開始加固,這個工程可以稱得上是千年不遇,要是做的不好絕對的千古罪人,這個工程聽說前期做了很多的專家論證。等我搞到了木塔的相關文件再來跟大家仔細討論

【龍麒的回答(2票)】:

謝邀。處女邀一定要認真,哈哈。

說實在的沒做過古建築,更沒接觸過古建築加固,不過倒是做過一個仿古建築(其實就是給做個基礎),接觸過幾個木結構的圖紙,大致說說自己的看法,僅用於拋磚引玉。

首先我的結論和上面幾位同仁是一樣的,在不改變當前結構體系下,很難。現代的建築抗震,個人認為主要從3個方面著手,我也會從這三個方面分別闡述。

一、 建築選址,我們的抗震規範上有這麼樣一段

我覺得我這麼一說大家就明白了,那麼通俗點說就是盡量不要選址在有可能發生地震的地方。(這條其實與本題無關,既然是古建築,肯定是已經建好了的,但是個人還是覺得要把這條說出來,一來呢是說明我們現在都是用哪些方法,二來嘛湊湊字數)如果非要在這建呢,就盡量做到建築高度低,體型規則等。我覺得我這麼一說大家就明白了,那麼通俗點說就是盡量不要選址在有可能發生地震的地方。(這條其實與本題無關,既然是古建築,肯定是已經建好了的,但是個人還是覺得要把這條說出來,一來呢是說明我們現在都是用哪些方法,二來嘛湊湊字數)如果非要在這建呢,就盡量做到建築高度低,體型規則等。

二、結構體系自身具有一定的抗震能力,具備足夠的剛度,並且擁有足夠的耗能能力,具備足夠的剛度,就是指建築物本身可以抗得住地震能量,而耗能能力就是指通過變形,轉動等「運動」來消耗所受的地震能量。古建築的結構體系眾多,較多的可能還是木結構,所以本人這裡也主要是從木結構這裡進行闡述(其實是不瞭解其他結構體系,不敢亂說,哈哈哈),說到地震,其實要面對的最主要問題就是地震力,在相同的地震條件下,地震力與建築的質量是有關的,木製結構自身較輕,受到的地震力就相對較小,這就說明了木結構抗震性能較好,其次,就單個構件而言,木結構有較強的變形能力,我們將一個一次性筷子兩頭搭在桌子上,在筷子中間對其逐漸施加壓力,這種實驗是很好想像的,一開始力很小的時候,筷子近乎沒有變形,自身剛度完全足夠用,當力增加到一定程度時,筷子的變形明顯,直至斷掉;筷子在變形的時候就是在消耗地震的能力,那麼要是從這方面著手,可以加強單個構件的變形能力,比如粘貼碳纖維

但是這樣勢必要破壞原有建築的美感,估計不會被採用的。

另外就是木結構的整體耗能能力了,木結構一般採用榫卯鏈接,這種連接的優點在互動百科上有詳細介紹

三、通過隔震支座等方式消耗地震能量

這種方式其實也很好理解,比如別人打你一拳,你在身上穿了一身厚厚的棉衣,那麼棉衣會消耗吸收掉一部分的能量,真正作用在身上的力可能要小得多,但是這種做法也會較大程度的破壞原有建築,而且成本較高。

【謝頂留披肩的回答(1票)】:

現代人主要應該做的是對古建各個方面的認知與學習,掌握古人的技術、瞭解古人的審美等等,運用現代技術對古建強加以穩固也是對古建的一種破壞。人為不去破壞他,天災只能看天意,像一棵樹一樣生老病死。明白了他為什麼能建立,有一天他倒了也沒什麼遺憾。

【劉溶的回答(1票)】:

謝妖。專業局限,只能從建築材料本身的加固角度來說兩句。

首先,我老師說建築的強度主要依賴其結構設計的合理性,不在乎古今。能保留到現在的古建,結構合理性是沒有大問題的。

其次,保護現有的古建,一是從整體的結構加固支撐入手,這個樓上學建築的同學有回答,另一方面是建築材料的加固保護,這個是材料學和文物保護學的交叉學科,也是國內的文物常見的保護需求,比如敦煌莫高窟、古城牆。

然而不管是使用何種材料施加於古建上,基本上都有缺陷。暫時加固作用明顯,但是往長遠了說誰也不能保證。前陣子的新聞,江西有段古城牆在1985年使用過有機材料進行加固,三十年後加固的那一段粉化倒掉了,非常可惜。現狀就是科研單位在研究保護文物的各種傳統材料、新材料、有機無機複合材料,文物單位不敢用。但是小範圍的成功案例目前也是有的,在現有科技手段、材料學發展範疇內有針對性的加固文物,我們最遠也就走到這裡了。

【孫浩越的回答(1票)】:

加隔震支座!!!!!!!!!加固建築結構!!!!!!然後剩下的聽天由命吧

話說這個問題,學建築的來回答比較好哎話說這個問題,學建築的來回答比較好哎

【gaoli的回答(2票)】:

謝邀。

處女邀就給你了。

中國古建多為木質結構,抗地震能力很強。

尼泊爾是南亞小國家。工業基礎弱,規模小,機械化水平低,發展慢。所以鋼筋混凝土建築在近幾十年才有,以前多為土坯和磚石結構,所以不抗震。

古建保護,也就是結構加固,跟現在大街上看到的防護加固手段差不多,對於基本快到大限的古建,基本就建立新的承重體系,代替原承重體系。形象點比喻,你拿你一個手包住另一隻手握的拳頭,嗯,就是這個感覺。

【陳多多的回答(1票)】:

不改動不破壞主體地修復古建,這種前提下幾乎是沒有辦法提高抗震承載力的

對於現有木構建築 我想有幾種方式提高抗震能力,1、提高結構體系抗震能力。國內木構按照現在結構體系而言多是排架,樓閣和木塔幾乎都是排架,節點傳遞彎矩能力及其有限。對於這種特點,提高層間抗側能力比如在柱間設置支撐或者加強牆與柱的聯繫是主要手段。另外,應縣木塔在某層柱頂增加鋪作層的整體性則是為了降低結構設計指標中的位移比,但是可能並不是治本的方式;2、提高節點承載力,前文提到,國內木構節點傳遞彎矩能力及其有限,這也導致了大量木構在缺少牆體情況下,很容易坍塌,「牆倒屋不塌」只是美好的假設,這僅限於框架,但是由於節點的限制,木構很難達到框架體系的水平,所以我一直覺得多數木構僅僅是排架,在不破壞木構室內空間的前提下,提高節點的承載力是一個選擇。但是在古建保護的大前提下,不修改節點的做法去提高節點承載力似乎並不容易。

以上均為一家之言,歡迎討論

【趙博良的回答(1票)】:

瀉藥,居然會邀請我一個小白。。好感動。

我們經常看到很多新聞報道,我國某古建築經歷過數次地震仍然屹立千年而不倒。但為什麼,尼泊爾很多建築在這次地震中毀於一旦呢?

首先,我們仔細觀察,我國那些屹立千年的建築有兩個特點,第一,木結構,第二,主要是塔。比如山西的應縣木塔,專家們分析了木塔的抗震性能,發現首先是塔基堅固,地下土壤結構密實穩定,柱根深度保持在同一平面上,使得沉降保持均勻一致,樁基礎之上再加石砌基礎,先為方形,再為八角形,相當穩固:塔高與基礎的範圍之比為2:1,利於木塔的穩定性;在塔身方面,整體結構比例適當,八角形十分穩實,閣樓式建築為框架結構,中心有一圈內槽柱起穩定作用,五層樓閣的外槽部分還有四組暗層,後來又加了斜撐。整個塔的木結構具有我國古建築「梁架榫卯」結構的抗震優點。

但尼泊爾很多建築都是以石材為主,當然也是因為其地理條件的因素,那麼他就不具備這種軟性的抗震能力,當地震強度過大的時候也就自然無法避免崩離分析,坍塌毀滅。

其次,我們在看地貌情況。我們知道,國內古代木塔很多,但為什麼倖存的寥寥無幾,除了工匠鬼斧神工的工藝外,還有當地的地質條件。就拿中國高層極多的重慶來說,丘陵地貌,並且為岩層結構,地質堅硬,承載能力強。再加上風力較小,因此超高層居多,高樓林立。

而對比尼泊爾,雅丹地貌,風蝕岩層使得地址結構頗為鬆散,難以支撐強大的地基,這也是抗震能力弱的主要原因之一。

最後,只能說尼泊爾運氣不好。。。在亞歐大陸斷層上且不說,天要人亡你做的再多也沒用。畢竟,有的人從高樓掉下來拍拍灰揉揉屁股就走了,而有的人走在大街上也能被花盆砸死。

答得不對之處還請大家指出。。。

【TyrionChan的回答(1票)】:

蟹妖! 這真是一個高難度的事情,暈倒!

現在的建設設計,要經過選址、勘察、設計、檢測等等流程,選址勘察要避免抗震不利地段、確定場地類別,設計要考慮所處位置的抗震設防等級,採用合理的結構體系,並做抗震設計。

可是,古建築都沒有考慮這些啊,只能在目前的情況下做些文章,而且還要不影響古建築原來的結構體系(多為木結構、磚土結構)和外觀,還要經濟,所以說很高難度。

如果正好坐落在活動斷裂帶上,地震時地面裂開了,扯開一座混凝土結構房屋和撕開一張紙一樣容易,除非把整個建築搬走,可是不能為了不知道啥時候來的地震,把古建築搬走啊,費錢費力,還脫離了那個環境,得不償失。

在不影響外觀的情況下,改變古建築的結構體系?也不可能,古建築原本的結構體系,例如木結構節點的做法等等,本身就是古建築的價值所在,雖然抗震不利,如果改變這些,就破壞了古建築原本的價值。。。悖論啊

前面也有同行提到,在古建築地基與基礎之間加阻尼隔震墊,1、這是一種辦法,肯定是有效果的,但是有多大效果呢,能不能讓上部古建築經受住將來未知烈度的地震作用呢?通通不確定。2、並且施工過程還要把原地面挖開很多地方提供工作面,會破壞掉很多東西。3、資金投入大,效果又不確定,還會破壞一些原有東西,實在不是一個很好的選擇,除非情況真的非常合適

哦,還有,誰出錢?文物單位的資金恐怕比較難吧。

總之,要對古建築進行抗震保護真的很難,從技術角度、經濟角度看,都不現實。還不如抓緊時間好好研究古建築,萬一哪天震倒了(或者洪水、火災、被飛機砸中。。。誰知道呢),可以根據以往的資料,重建恢復。

以上!

【林玲的回答(0票)】:

其實無論是古建還是現代建築的抗震都是結構專業的領域範圍,只是古建若要加強抗震措施需要考慮的限制條件更多,建議詢問結構專業的知友。

【Leeleo的回答(0票)】:

古建保護在大學是一門專門的學科,古建保護在現實很困難的,最主要的是沒錢,再者商業開發你抵抗不了。具體的只能請在這一行業的回答.

【坦坦的回答(0票)】:

厲害 受教了

【yecai的回答(0票)】:

我覺得樓上講的很全面了,首先所處位置不利,其次,建築物本身結構抗震性能太差。是不是可以整體抬起,下部重新做抗震,整體保護起來,不過費時費力,很難

【趙常峰的回答(0票)】:

謝邀,古建築大部分是木結構,不過尚至今未做過這方面工作,不好意思啦。

【雪痕的回答(0票)】:

謝邀。更多的應該是結構的加固,我覺得對於古建築,或者說是古代的文化遺產,需要我們更多的去關注,往往關注點越多的地方,會有越多的保護,而有一些偏僻被我們遺忘的古建築,在時間的流逝中慢慢化為塵土,而這些地方國內並不少見,真的感到非常惋惜又很無奈。

標籤:-建築 -地震 -古建築 -抗震


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