房屋的主要结构,通常是由柱、梁和楼板所构成,和积木不同之处,在于真实房屋的梁、柱和楼板並非独立分离,而是紧密连贯接合的。因此,真实房屋在地震時的变形行为,与积木试验有所不同。
一栋建筑物的主结构中,楼板和梁的重量占建筑物总重量相当高的比例,而数量有限的柱子不仅支撑楼板和梁的重量,同時还须抵抗地震力。为了方便模拟,我们可以将真实的楼房简化成仅有梁、柱、楼板的模型。
发生地震時,這一栋两层楼的房屋会如何振动变形呢?
当地表左右摇晃時,基础带动柱子底部跟着位移,但楼地板因质量惯性作用,倾向停留原处,因此造成柱子的变形。如果地震摇晃过大,柱子的变形量超过所能负荷的范围,于是柱体破坏。破坏的柱子无法继续承载楼板重量,房屋便跟着倒塌。
柱子变形過大而破坏,房子跟着倒塌。
(一)
1,房屋因为质量惯性作用而变形
一般住宅的设计原则,在建筑成本上须尽可能节省,在使用空间上则要尽量扩大,且希望达到「小震不坏、中震可修、大震不倒」的要求,因此才发展出「建筑物耐震设计」的技术。
发生强烈地震时,人们不只可以感受到建築物摇晃振动,有時甚至也能察觉建筑物的变形。地震为什么会使建筑物振动和变形呢?我们利用下面這个实验來说明:
在桌面上将积木叠房屋的形狀,手持桌边左右摇晃,模拟地震发生的情形。
摇晃桌子時,房屋的底部被桌子带动,但是上方的楼板则因为「质量慣性作用」,而倾向停留在原处,因此造成整体结构的变形。一但摇晃的力道過大,房屋结构便可能因过度形,无法承载楼板
