第13章-土木工程中的災(zāi)害

第13.1節(jié)概述概述了解土木工程中的災(zāi)害本節(jié)目錄基本要求

災(zāi)害就是指由于自然的或人為的原因，對(duì)人類的生存和社會(huì)發(fā)展造成損害的各種現(xiàn)象。

土木工程災(zāi)害包括了自然災(zāi)害和人為災(zāi)害。

自然災(zāi)害主要指地震災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害等。

人為災(zāi)害則包括火災(zāi)以及由于設(shè)計(jì)、施工、管理、使用失誤造成的工程質(zhì)量事故。2009年2月9日中央電視臺(tái)北配樓由于燃放煙花引起大火，造成直接經(jīng)濟(jì)損失16383萬(wàn)元。2011年3月11日，日本東北部海岸附近發(fā)生9級(jí)地震并引發(fā)海嘯，同時(shí)導(dǎo)致日本福島核電站發(fā)生核泄漏，此次地震造成14063人死亡，13691人失蹤。2010年3月至4月，位于冰島南部的艾雅法拉火山連續(xù)兩次爆發(fā)，火山噴發(fā)釋放出大量的火山灰，致使冰島、英國(guó)、德國(guó)、波蘭等多國(guó)陰天，并導(dǎo)致歐洲多國(guó)的近5000次航班因此而停運(yùn)。

災(zāi)害對(duì)于人類的危害和破壞方式復(fù)雜多樣，概括起來(lái)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）危機(jī)人類生命和健康，威脅人類的正常生活；（2）破壞公益設(shè)施和公司財(cái)產(chǎn)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；（3）破壞資源和環(huán)境，威脅國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，生存環(huán)境的不斷惡化越來(lái)越引起人類的重視，因此人類加大了對(duì)于災(zāi)害發(fā)生機(jī)理的研究與災(zāi)害防治的力度，尤其是土木工程的防災(zāi)與減災(zāi)，為人與自然的可持續(xù)發(fā)展，人類工程活動(dòng)的安全進(jìn)行提供科學(xué)依據(jù)。第13.2節(jié)火災(zāi)火災(zāi)的定義2.火災(zāi)的類型3.建筑火災(zāi)4.防火減災(zāi)1.了解火災(zāi)的類型和減災(zāi)措施本節(jié)目錄基本要求13.2.1火災(zāi)的定義定義：火災(zāi)是由于在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。

根據(jù)聯(lián)合國(guó)“世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心”提供的資料顯示，在全球范圍內(nèi)，每年發(fā)生的火災(zāi)有600萬(wàn)～700萬(wàn)起，每年有65000～75000人死于火災(zāi)，每年的火災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)總值的0.2%。2010年上海“11·15”特大火災(zāi)13.2.2火災(zāi)的類型

據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4968-85《火災(zāi)分類》的規(guī)定，將火災(zāi)分為A、B、C、D四類：A類火災(zāi)指固體物質(zhì)火災(zāi)，一般在燃燒時(shí)能產(chǎn)生熱的余燼，如木材、棉、毛、紙張等；B類火災(zāi)指液體火災(zāi)和可熔化的固體火災(zāi)，如汽油、煤油、原油、乙醇等；C類火災(zāi)指氣體火災(zāi)，如煤氣、天然氣、甲烷、乙烷等；D類火災(zāi)指金屬火災(zāi)，如鉀、鈉、鎂、鈦等。

按照物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化產(chǎn)生燃燒的不同條件，將火災(zāi)分為自然性火災(zāi)和行為性火災(zāi)。

按照火災(zāi)發(fā)生的場(chǎng)合，火災(zāi)大體分為城鎮(zhèn)火災(zāi)、野外火災(zāi)和廠礦火災(zāi)等。

按照火災(zāi)造成的損失可分為特大火災(zāi)、重大火災(zāi)和一般火災(zāi)。我國(guó)目前劃分的標(biāo)準(zhǔn)是：①具有以下情形之一的火災(zāi)為特大火災(zāi)：死亡10人以上（含本數(shù)，下同）；重傷20人以上；死亡、重傷20人以上；受災(zāi)50戶以上；直接財(cái)產(chǎn)損失100萬(wàn)元以上。②具有以下情形之一的火災(zāi)為重大火災(zāi)：死亡3人以上；重傷10人以上；死亡、重傷10人以上；受災(zāi)30戶以上；直接財(cái)產(chǎn)損失30萬(wàn)元以上。③不具有前兩項(xiàng)情形的火災(zāi)為一般火災(zāi)。13.2.3建筑火災(zāi)1、建筑火災(zāi)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞

火災(zāi)對(duì)于建筑物的毀壞，主要是燃燒產(chǎn)生的高溫造成的。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，火災(zāi)的高溫作用會(huì)將結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一下不利影響：①在高溫下強(qiáng)度和彈性模量降低，造成截面破壞或變形較大而失效、倒塌；②鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋雖然有混凝土保護(hù)，但高溫下鋼筋的強(qiáng)度仍然會(huì)有所降低，以致在初應(yīng)力下屈服而引起截面破壞；混凝土強(qiáng)度和彈性模量隨溫度升高而降低；構(gòu)件內(nèi)溫度梯度的存在，造成構(gòu)件開裂、彎曲變形；構(gòu)件熱膨脹，能使相鄰構(gòu)件產(chǎn)生過大位移。2、耐火極限

建筑是各種建筑材料的復(fù)合體，建筑構(gòu)件的耐火性能與構(gòu)件的材料有關(guān)。建筑構(gòu)件的耐火性能通常是指構(gòu)件的燃燒性能和抵抗火焰燃燒的時(shí)間，即耐火極限。

建筑構(gòu)件的燃燒性能與建筑材料的燃燒性能一樣，分為三類：非燃燒構(gòu)件、難燃燒構(gòu)件和燃燒構(gòu)件。3、耐火等級(jí)根據(jù)GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)建筑構(gòu)件的耐火等級(jí)作出了具體規(guī)定：構(gòu)件名稱耐火極限

高層民用建筑汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)非燃燒體一級(jí)二級(jí)非燃燒體一級(jí)二級(jí)三級(jí)墻防火墻3.03.0承重墻、樓梯間、電梯井的墻2.02.0非承重外墻、疏散走道兩側(cè)的隔墻1.0

房間隔墻0.750.5非燃燒體0.750.5柱支承多層的柱3.02.53.02.5支承單層的柱2.52.0梁2.01.52.01.51.0樓板1.51.01.51.00.5疏散樓梯、坡道1.0屋頂承重構(gòu)件

燃燒體吊頂（包括擱柵）0.25難燃燒體0.25難燃燒體0.250.1513.2.4防火減災(zāi)對(duì)于建筑物防火設(shè)計(jì)必須要考慮以下技術(shù)問題：合理規(guī)劃建筑布局，確定建筑物的耐火極限劃分建筑內(nèi)的防火分區(qū)和防煙分區(qū)確定各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火度設(shè)計(jì)避難通道，計(jì)算避難出口設(shè)立防、排煙系統(tǒng)設(shè)立火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、廣播和疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)置消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火第13.3節(jié)地震災(zāi)害1.概述

2.地震的分布3.地震區(qū)抗震設(shè)計(jì)原則1.了解地震災(zāi)害的分布及抗震設(shè)計(jì)原則本節(jié)目錄基本要求13.3.1概述

地震是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式，是一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約發(fā)生500萬(wàn)次，其中大部分不會(huì)被人類所察覺，有5萬(wàn)次人類能夠感覺得到，造成破壞的約有1000次，造成巨大破壞的強(qiáng)震僅有十幾次。

地震是破壞性很強(qiáng)的地質(zhì)災(zāi)害，除因建筑物震動(dòng)倒塌造成生命財(cái)產(chǎn)的大量損失外，還會(huì)引起大區(qū)域的砂土液化和大規(guī)模的崩塌滑坡，在濱海地區(qū)還可以引起海嘯，使其破壞范圍擴(kuò)展到數(shù)百至數(shù)千公里之外。

我國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶和地中?！柴R拉雅地震帶之間，是世界上最大的大陸地震區(qū)，是一個(gè)多地震的國(guó)家，因地震所受到的損失居世界之首。我國(guó)幾次大地震災(zāi)害造成的損失地震名稱發(fā)生年份震級(jí)死傷人數(shù)經(jīng)濟(jì)損失死傷直接損失重建救災(zāi)陜西華縣15568.083萬(wàn)

山東郯城16688.510萬(wàn)

河北三河16798.010萬(wàn)

寧夏海原19208.623萬(wàn)

河北邢臺(tái)19667.20.8萬(wàn)

云南通海19707.81.8萬(wàn)2.7萬(wàn)

遼寧海城19757.30.13萬(wàn)0.43萬(wàn)8億4.5億

河北唐山19767.824萬(wàn)18萬(wàn)96億25億6億

地震作用的結(jié)果有許多不同的表現(xiàn)形式，并形成多種地質(zhì)現(xiàn)象。地震之后最常見的結(jié)果即地面變形，除了發(fā)生地面隆起、錯(cuò)動(dòng)等變形外，還可能引起地裂縫、地面陷落等變形。唐山地震和汶川地震都曾出現(xiàn)了許多地裂縫帶，這些地裂縫橫切圍墻、房屋和道路、水渠。此外，地震還會(huì)引起如山崩、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害。地震作用還會(huì)形成冒沙現(xiàn)象。地震時(shí)出現(xiàn)的冒沙現(xiàn)象海嘯卷起的巨浪13.3.2地震的分布

地震并不是均勻分布在地球的各個(gè)地方，而是集中在某些特定活動(dòng)帶或板塊邊界上。世界范圍內(nèi)主要有環(huán)太平地震帶、地中海-喜馬拉雅地震帶和特提斯地震帶。其中換太平洋地震帶的地震活動(dòng)性最為強(qiáng)烈。

我國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶和地中海-喜馬拉雅地震帶的中間，地震分布十分廣泛，但各地在地震強(qiáng)度和頻度上混不均一，大致可分為8個(gè)地震區(qū)，25個(gè)地震帶。中國(guó)地震區(qū)、地震帶劃分地震區(qū)地震帶地震區(qū)地震帶序號(hào)名稱名稱序號(hào)名稱名稱Ⅰ東北地震區(qū)/Ⅴ新疆地震區(qū)南天山地震帶Ⅱ華北地震區(qū)郯城-營(yíng)口地震帶Ⅵ青藏高原地震區(qū)喜馬拉雅山地震帶華北平原地震帶那加山-阿拉干山地震帶汾渭地震帶怒江-薩爾溫江地震帶河套-銀川地震帶岡底斯-唐古拉山地震帶Ⅲ華中地震區(qū)河淮地震帶可可西里-金沙江地震帶長(zhǎng)江中下游-南黃海地震帶柴達(dá)木地震帶漢水地震帶阿爾金-祁連山地震帶Ⅳ華南地震區(qū)東南沿海外帶西昆侖地震帶東南沿海內(nèi)帶Ⅶ臺(tái)灣地震區(qū)臺(tái)東地震帶右江地震帶臺(tái)西地震帶雪峰-武夷山地震帶釣魚島-赤尾島地震帶Ⅴ新疆地震區(qū)阿爾泰-戈壁阿爾泰地震帶Ⅷ南海地震帶/北天山地震帶/

地震的強(qiáng)弱通常以地震震級(jí)和地震烈度來(lái)衡量。地震震級(jí)表示地震釋放能量的大小，是衡量地震絕對(duì)強(qiáng)度的級(jí)別。每次地震只有一個(gè)震級(jí)，震級(jí)越高，釋放的能量越大。我國(guó)使用的震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際通用的“里氏震級(jí)”標(biāo)準(zhǔn)，震級(jí)相差一級(jí)，能量大約相差32倍。

地震烈度是指某地區(qū)地表面和建筑物受地震影響和破壞的程度，同一次地震在不同地區(qū)有不同的烈度。地震烈度的大小主要與地震震級(jí)、震中距、震源深淺、地質(zhì)構(gòu)造、地形、建筑物類型等因素有關(guān)。我國(guó)現(xiàn)行的地震烈度表將地震烈度分為12度。13.3.3地震區(qū)抗震設(shè)計(jì)原則1、選擇場(chǎng)地和地基

選擇對(duì)抗震設(shè)計(jì)有利的場(chǎng)地和地基是抗震設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)。盡可能避開產(chǎn)生強(qiáng)烈地基是小及其它加重震害地面效應(yīng)的場(chǎng)地或地基。

對(duì)于抗震有利的場(chǎng)地條件有：地形平坦開闊；基巖地區(qū)巖性均一堅(jiān)硬或其上有較薄的覆蓋層；若為較厚的覆蓋層則應(yīng)較密實(shí)；地下水埋藏較深；崩塌、滑坡、泥石流等不發(fā)育。2、選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)方案

根據(jù)已選場(chǎng)地的地質(zhì)條件，為各類不同建筑物選擇適宜的持力層和基礎(chǔ)方案。通常在地震區(qū)的松散土層上進(jìn)行建筑，有地下室的深基礎(chǔ)比較適宜；如果采用樁基礎(chǔ)，應(yīng)選端承樁而不能用摩擦樁，且樁基不能改變地基土的類別；高層建筑物以采用達(dá)到良好持力層的管柱基礎(chǔ)為宜，可以大大提高地基承載力和減少基礎(chǔ)變形，對(duì)抗震有利；在容易產(chǎn)生不均勻沉降的地基上以采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)為宜。3、建筑物合理布置和結(jié)構(gòu)選型

盡量使建筑物的質(zhì)量中心和剛度中心重合，平面上盡量選擇沒有凸凹出進(jìn)的形狀如圓形、方形、矩形等，立面上各個(gè)部分層數(shù)盡量一致，以避免各個(gè)部分之間因震動(dòng)不同、受力不同而使連接處受扭轉(zhuǎn)而斷裂、倒塌；此外還應(yīng)在轉(zhuǎn)折處、連接處設(shè)置抗震縫；應(yīng)盡可能地減輕建筑物重量，降低重心，加強(qiáng)整體性，使各個(gè)部分、各構(gòu)件之間有足夠的剛度和強(qiáng)度。第13.4節(jié)地質(zhì)災(zāi)害第13.5節(jié)風(fēng)災(zāi)1.風(fēng)災(zāi)的定義

2.風(fēng)的類型3.防風(fēng)減災(zāi)1.了解風(fēng)災(zāi)的類型和減災(zāi)措施本節(jié)目錄基本要求13.5.1風(fēng)災(zāi)的定義

風(fēng)災(zāi)又稱為熱帶氣旋，除直接使建筑物遭受破壞或倒塌外，還會(huì)引起暴雨，并造成洪災(zāi)和海嘯，危及海防工程，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大的損失。13.5.2風(fēng)災(zāi)的類型

通常對(duì)風(fēng)的描述主要有風(fēng)向、風(fēng)力、風(fēng)速和風(fēng)級(jí)。風(fēng)向是指風(fēng)吹來(lái)的方向，如由北方吹來(lái)的風(fēng)稱之為北風(fēng)，通常風(fēng)向可由風(fēng)向標(biāo)等進(jìn)行觀察和測(cè)定，風(fēng)向標(biāo)箭頭指向即風(fēng)吹來(lái)的方向；風(fēng)力是指風(fēng)的力量，風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)移動(dòng)的速度，而風(fēng)力的大小與風(fēng)速大小是成正比的；風(fēng)級(jí)即風(fēng)力的等級(jí)，一直沿用英國(guó)人蒲福（Beaufort）于1805年擬定的“蒲福風(fēng)力等級(jí)”（見表11.6），自0～12共分13個(gè)等級(jí)，并于1946年擴(kuò)為18個(gè)等級(jí)。常見的風(fēng)災(zāi)類型主要有熱帶氣旋、季風(fēng)和龍卷風(fēng)等。熱帶氣旋

熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶海洋上的大氣漩渦，是熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)的總稱。熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力小于8級(jí)的風(fēng)成為熱帶低壓；熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力為8～9級(jí)的風(fēng)稱為熱帶風(fēng)暴；熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力為10～11級(jí)的風(fēng)成為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴；熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力為12級(jí)以上的風(fēng)稱為臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)。季風(fēng)

季風(fēng)是由內(nèi)陸和海洋空氣溫差引起的風(fēng)，在冬季風(fēng)由內(nèi)陸吹向海洋，夏季由海洋吹向內(nèi)陸。季風(fēng)形成的原因主要是海陸間熱力環(huán)流的季節(jié)變化，因此季風(fēng)是大范圍的盛行風(fēng)向隨季節(jié)改變的現(xiàn)象。龍卷風(fēng)

龍卷風(fēng)是一個(gè)猛烈旋轉(zhuǎn)著的圓形空氣柱，上端與雷雨云相接，下端有的懸在半空中，有的直接延伸到地面或水面，一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向前移動(dòng)。颶風(fēng)衛(wèi)星圖龍卷風(fēng)13.5.3防風(fēng)減災(zāi)1、風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用具有如下特點(diǎn)：作用于建筑物上的風(fēng)包含有平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)，其中脈動(dòng)風(fēng)要引起結(jié)構(gòu)物的順風(fēng)向振動(dòng)，這種形式的振動(dòng)在一般工程結(jié)構(gòu)中都要考慮；風(fēng)對(duì)建筑物的作用與建筑物的外形直接有關(guān)；風(fēng)力作用在建筑物上分布很不均勻，在角區(qū)和立面內(nèi)收區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的風(fēng)力；風(fēng)對(duì)建筑物的作用受周圍環(huán)境影響較大，位于建筑群中的建筑有時(shí)會(huì)出現(xiàn)更不利的風(fēng)力作用，即由別的建筑物尾流中的氣流引起的振動(dòng)；相對(duì)于地震來(lái)說(shuō)風(fēng)力作用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，往往達(dá)到幾十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)。由于風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，會(huì)產(chǎn)生以下結(jié)果：使結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到過大的風(fēng)力或不穩(wěn)定；②