多年后才回过神儿来,当年有师兄在土木建管系学生戏剧节上喊出“ 土木系不土也不木 ”的口号时,他或许是认真的:土木四年,我们既没学土房子,也没学木房子。 这种缺失可能也为有朝一日对生土建筑一见钟情埋下了伏笔。 与生土民居相比,坐落在昆工呈贡校区的“ 生土中心 ”可以算是座庞大的建筑,以至于只看到它的照片时误以为它用了钢筋混凝土框架结构,而夯土墙只是非结构的表皮。其实,无论是承重还是抗震,它都完全依靠那些厚重而神性的夯土墙。
与生土民居相比,坐落在昆工呈贡校区的“ 生土中心 ”可以算是座庞大的建筑,以至于只看到它的照片时误以为它用了钢筋混凝土框架结构,而夯土墙只是非结构的表皮。其实,无论是承重还是抗震,它都完全依靠那些厚重而神性的夯土墙。
神性的“墙廊”你等一等,别以为头上顶一块儿板我就看不出你们其实在玩儿多米诺骨牌。在地震引起的地面晃动下,这些高大厚重的夯土墙在下图所示的 y 方向 会像多米诺骨牌一样倒掉吗?
如果墙底和墙顶与混凝土基础和顶板没有使用钢筋连接,每片夯土墙近似于一个浮放的矩形摇摆体。这里面有两个有意思的问题: 一是浮放摇摆体倾覆的“尺寸效应”;二是顶部盖板的作用。
再来看第二个问题。 在一排摇摆体上面压一根梁,有助于提高它们的抗倾覆能力吗?能提高多少?
不妨拿乐高来做一些小实验。在两个乐高块儿上压一个横梁,对于防止它们倾覆的作用好像有点儿作用。
式中, R 是摇摆体重心到旋转点之间的距离,对于均匀质量的矩形摇摆体就是它的对角线长度的一半;gama是压梁的质量和所有摇摆体质量之比; R '则是考虑了压梁影响的等效尺寸。
根据这个公式,当gama在零到无穷大之间取值时, R '在 R 到1.5 R 之间取值。刚才的乐高实验里两根柱子的总质量是6.8g,压梁的质量是5.5g,6个钢珠的质量是42.9g。所以三次实验的gama分别是0、0.8和7.1。根据Makris的公式, 后两次实验的 等效的 R '分别是 R 的1.3倍和1.47倍;再根据Housner的公式, 抗倾覆能力分别提高了14%和20% 。
回到生土中心,与又高又大的夯土墙相比,上面压着的混凝土板和竹屋盖的重量很小,因此对于提高这些夯土墙的抗倾覆能力的作用将非常有限。不过无所谓啦,反正它们相当于1.2米高的24墙,不太容易被晃倒吧。
当然,这两列神圣“墙廊”的外援也不可忽视。它们并非孤零零地站在中庭里,而是 通过顶部的混凝土板 与外立面的横墙相连 ,从而把自己的命运和这片横墙联系在了一起。如果混凝土板与横墙上的混凝土顶梁连接可靠,那么这个命运交汇点的受力想必会比较集中。
Housner, George W. The behavior of inverted pendulum structures during earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America , 1963, 53(2): 403-417.
Makris, Nicos. A half-century of rocking isolation. Earthquakes and Structures , 2014, 7(6): 1187-1221.
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