建筑防灾减灾.docx
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建筑防灾减灾
学号：
信阳师范学院华锐学院
本科毕业论文
专业土木工程
年级2008级土木工程3班
姓名
论文题目建筑防灾减灾
指导教师职称
2012年4月25日
摘要……………………………………………………………………1
关键词……………………………………………………………………1
Abstract…………………………………………………………………1
KeyWords………………………………………………………………1
引言………………………………………………………………………1
1．建筑灾害发生和表现的几种形式……………………………………2
1.1自然灾害……………………………………………………………2
1.2人为事故……………………………………………………………2
1.3混合型的事故灾害…………………………………………………2
2．灾害的举例与分析……………………………………………………2
2.1自然灾害……………………………………………………………2
2.1.1举例……………………………………………………………2
2.1.2建筑抗震的理论分析……………………………………………3
2.2人为事故……………………………………………………………4
2.2.1举例……………………………………………………………4
2.2.2建筑防火分析……………………………………………………4
3．建筑设计中防灾减灾概念设计的两种方法…………………………6
3.1“适灾”概念设计……………………………………………………6
3.2“控灾”概念设计……………………………………………………7
4．建筑的智能防灾系统…………………………………………………7
4.1火灾自动报警系统……………………………………………………8
4.1.1对于火灾的探测…………………………………………………8
4.1.2火灾探测报警系统的智能化………………………………………8
4.2防雷系统……………………………………………………………9
4.2.1外部防雷措施……………………………………………………9
4.2.2内部防雷措施及防雷击电磁脉冲…………………………………10
4.2.3弱电设备的屏蔽…………………………………………………11
4.2.4智能大厦综合布线系统的防雷…………………………………11
4.2.5防雷接地的基本做法……………………………………………12
5．小结…………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………14
建筑防灾减灾
学生姓名：
学号：
土木工程系土木工程专业
指导教师：
职称：
摘要：
各种灾害对人员、经济造成的伤害、损失巨大，建筑物在抵御灾害对人类的侵袭中发挥了重要的作用。
本文通过列举地震和火灾对建筑物的损坏以至于对人类造成重大伤害和损失，分析地震对建筑的影响和建筑抗震的理论、火灾发生的起因和大火对建筑结构的影响，引出建筑物的结构设计、适灾概念设计和控灾概念设计。
又提出应用计算机技术，在建筑设计中引入智能防灾系统，更好的减少灾难的发生，减小灾难的损伤程度，提高建筑的防灾减灾功能。
关键词：
灾难；结构设计；适灾；控灾；智能防灾减灾
Abstract：
Withthepersonalandeconomiclossescausedbydisaster,thebuildingplayedanimportantroleintheresistanceofdisasterforhuman.Throughthelistingofthedamagestobuildingandhumancausesbyearthquakeandfire,thepaperanalysestheinfluencesoftheearthquaketobuilding,thebuildingshock-resistanttheory,thecauseandeffectofthefireforbuildingstructure,whichleadstothebuildings’structuraldesignandconceptualdisaster-controllingdesign.Inordertoreducetheoccurrenceofadisasterandtheextentofdisasterdamage,askedtheappliedcomputertechnologyofintelligentdisasterpreventionandmitigationsystemtothebuildingdesign.
KeyWords：
Disaster；Structuraldesign；Appropriatedisaster；Controllinghazards；Intelligentdisasterpreventionandmitigation
引言
自古以来，人们建造的用于居住和生产的建筑物除了满足人们休憩养生的要求之外，另一个重要作用就是防避自然灾害和人与动物的侵害。
千百年来人们在抵御灾害方面积累了丰富的经验并得出了大量的理论成果和实践成果。
千百年来，无数古代建筑在经历了数次灾害的作用下依然屹立不倒，挺立至今，而且还有许多建筑形式和建筑经验理论沿用至今，成为人类不朽的财富。
在人类生息繁衍的过程中，建筑物在抵御灾害对人类的侵袭中发挥了重要的作用。
但是，在今天人类群居生活空前繁荣的时期，人口和财富高度集中，建筑物一旦在灾害作用下破坏，将会造成十分惊人的损失，甚至比原生灾害更为严重的次生及衍生灾害。
事实也反复证明，灾害中建筑物的损毁是造成人员伤亡与财产损失的主要原因，研究表明，地震中90%以上的人员伤亡是建筑物倒塌所致；火灾中建筑物燃烧的烈焰和烟雾，以及疏散不畅是人员伤亡和财产损失的直接原因。
建筑的使用中发生的很多灾难，往往与建筑设计不当、建造质量不合格、预报不准确，发现不及时等有关。
1.建筑灾害发生和表现的几种形式
1.1自然灾害
雷击、地震等外界因素引起的建筑物出现裂缝、甚至倒塌，建筑物内部突然停电、停水，气体输送管道的破裂引起的有害气体的泄漏，供电线路老化引起的火灾，设备老化故障引起的事故，电梯困人，水灾，传染病的流行等都属于自然灾害。
1.2人为事故
人为引起的火灾、盗窃，坏人的破坏引起的停电、停水、有害气体的泄漏、爆炸甚至建筑物损坏，操作不当引起的设备故障的蔓延等。
1.3混合型的事故灾害
设计与管理不善引起的火灾、爆炸、停电、停水、有害气体、液体的泄漏，设备故障引起的灾害等。
2.灾害的举例与分析
2.1自然灾害
2.1.1举例
2008年5月12日，我国四川省汶川县发生里氏8级大地震，被称为是我国成立以来波及范围最广、破坏性最强的一次地震。
截止至2008年9月4日的统计数字显示，汶川地震造成的直接经济损失高达8451亿元人民币。
截止至2008年7月24日，民政部统计四川省汶川地震已造成69197人遇难，374176人受伤，18209人失踪。
汶川大地震为我国带来了巨大的人员伤亡、财产损失以及自然环境的破坏，比唐山大地震造成的影响要大。
2010年4月14日，我国青海省玉树县发生里氏7.1级的大地震，是继汶川大地震后又一次破坏力巨大的地震灾害，玉树地震己造成2698人遇难，270人失踪，直接经济损失高达8451.4亿。
2.1.2建筑抗震的理论分析
地震被人们定义为地壳在内、外营力作用下，集聚的构造应力突然释放，产生震动弹性波，从震源向四周传播引起的地面颤动。
它像刮风，下雨，火山爆发一样，是地球经常发生的自然现象之一，由于对人类的生命及财产安全造成的损失很大，引起了全球人类的重视。
一般按照地震的成因，将地震分为以下5类:
构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震、人工地震。
发生次数最多、对人类影响最大、破坏力最强的是构造地震，约占发生地震总数的90%以上。
地震灾害的可预知性差，预报难度高，破坏性很大，绝大多数人员伤亡是因为建筑物倒塌导致的，所以建筑抗震结构的设计和建筑的稳定程度对减小地震灾害的损失至关重要。
（1）建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容）的法定性文件，它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。
它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。
正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁、不得、不许、不宜”等体现不同程度限制性和“必须、应该、宜于、可以”等体现不同程度灵活性的用词。
（2）抗震设计的理论
①拟静力理论。
拟静力理论是20世纪10～40年代发展起来的一种理论,它在估计地震对结构的作用时,仅假定结构为刚性,地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。
地震力的大小等于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。
②反应谱理论。
反应谱理论是在加世纪40～60年代发展起来的,它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解,以及结构动力反应特性的研究为基础,是加州理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。
③动力理论。
动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。
它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外,人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解,同时随着强震观测台站的不断增多,各种受损结构的地震反应记录也不断增多。
进一步动力理论也称地震时程分析理论,它把地震作为一个时间过程,选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入,建筑物简化为多自由度体系,计算得到每一时刻建筑物的地震反应,从而完成抗震设计工作。
（3）建筑结构抗震设计及抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。
当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施（隔震措施,消能减震措施）来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。
而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
2.2人为事故
2.2.1举例
2009年2月9日（农历农历己丑牛年正月十五）晚21时许，在建的央视新台址园区文化中心发生特大火灾事故。
受灾大楼虽未垮塌，但遭到严重毁坏。
2.2.2建筑防火分析
火灾在当晚九点左右发生，六个小时后，大火才被扑灭。
钢结构，失火时建筑主体已经完工，正在进行内部和外部的装修，装修现场有大量可燃易燃物。
大火过后，酒店客房装修已经被毁于一旦，十五层以上隔板等构件亦有毁坏的迹象；二十六层演播大厅已经部分坍塌，中庭已经与上层贯通；二十七层及其以上楼层只有主体钢结构还保存完好，但也已有变形。
（1）火情出现及其蔓延
大火最初出现在建筑物顶层，并顺着通风通道迅速蔓延；建筑主体为钢结构，导热性能良好，加之建筑物本身内部有大量可燃易燃物；大楼内部的消防设施虽已布置完毕，但仍无法投入使用。
以上这些原因，致使大火前期根本无法控制。
（2）大火持续时对结构影响
大火从发现到完全扑灭持续约六个小时，大火温度约为400℃至600℃。
钢结构本身在火中本身材料性质将发生很大改变。
①钢梁受到的影响
央视大火主要是从建筑上部向建筑下部蔓延的主要趋势，钢梁在受火面和背火面温度差异大，变形严重。
在梁端约束作用下，火灾中的约束钢梁能够产生很大的变形而且不会在瞬间坍塌。
在梁中产生的轴力对梁在火灾中的行为有很大影响，而且在后期还会产生悬链线效应。
影响约束钢梁行为的因素包括：
荷载类型、轴向约束刚度、转动约束刚度、梁截面温度分布等。
梁受热膨胀产生很大的轴压力，H型钢梁上部温度高膨胀明显，下部温度低，膨胀相对较小，相成一个拱式结构，加上结构自重，梁此时所受弯矩较小，主要的结构荷载变成了轴力。
此时钢梁对柱的作用有三个，钢梁自重，钢梁与设计假设相反的弯矩，以及对柱向两侧的推力。
由于与假设的弯矩方向相反，钢梁与钢柱的铰接点可能发生失稳屈曲。
在火势传递下来之后，钢梁变软，上下两侧变形趋于一致，再加上本身可能产生的失稳，最终在重力影响下钢梁重新变成悬链线样式，钢梁的挠度最大变形发生在梁中部，比两侧固结的梁变形要大，但是此方式更利于消耗能量。
此时柱的受力仍有梁的压力、弯矩，但是水平力变成像结构内部的力。
②钢柱受到的影响
钢柱的受力在火灾升温阶段主要是柱的变形引起内力。
柱在升温阶段，内部温度比外部温度要高，内部变形大于外部变形，整个结构的柱体有向外弯倒的趋势。
加上梁结构对柱体的拉力，柱体的挠曲变形反而不大，此时柱体若破坏主要是水平向的剪切应力达到极限状态。
约束钢柱有两种临界状态：
屈曲临界状态和破坏临界状态。
约束钢柱的屈曲临界状态为约束钢柱轴力达到最大值时的状态，对应的温度为约束钢柱的屈曲温度；约束钢柱的破坏临界状态为其轴力重新恢复至初始轴力的状态，对应的温度为钢柱的破坏温度。
当不允许结构构件发生大变形，或者为避免结构屈曲时变形突然增加而产生的动力效应导致结构破坏，应按照屈曲临界状态设计，钢柱温度不能超过其屈曲温度；当允许结构发生大变形时，可按照破坏临界状态设计，钢柱温度不能超过其破坏温度。
（3）大火扑灭后对结构影响
大火扑灭后结构冷却，各部分构件重新变形，内力重新分布，结构进入失火以来另一个结构受到考验的时期。
但与大火蔓延时不同，此时的建筑结构构件的强度不断增加，这对于抵抗增加的内力是有利的。
综上所述，经过一热一冷的变化，结构主体虽未垮塌，但是处处存在危险，稍有不慎，就有可能引发接踵而至后续灾害。
3.建筑设计中防灾减灾概念设计的两种方法
由于灾害的多样性和复杂性，建筑物防灾减灾面临了巨大的挑战，建筑师运用概念设计的手段提高建筑物的防灾减灾能力是提高城市安全的重要途径。
3.1“适灾”概念设计
在建筑防灾减灾概念设计中仅一味地强调征服自然，抵御灾害是不行的。
灾害具有复杂性，抗灾能力地强调往往事倍功半，在强调主动抗灾的同时，注重主动地适应自然，适应灾害环境，往往会事半功倍。
“适灾”概念基于现代“适灾”规划设计思想，源于我国“兼重天人”的传统哲学思想，既在强调征服自然，抗御灾害的同时，又注重主动地适应自然、适应灾害环境，强调人类行为与自然力、自然环境协调适应的关系。
建筑设计中的适灾概念设计就是针对灾害的性质和破坏规律在建筑设计中的建筑选址、布局、建筑形式等方面，趋利避害，提高建筑对灾害的适应性，积极适应灾害环境，从而最大限度地减轻灾害对建筑物的损坏，并为建筑物防灾减灾提供有利的先决条件。
建筑“适灾”概念设计的思想可概括为以下几条：
（1）选址因地制宜，趋吉避害
选址因地制宜、趋吉避害是中国建筑的优秀传统，是从整体上实现防灾减灾的宏观决策。
虽然现实中理想的“风水宝地”少有，大多数建设基址都或多或少存在一些缺陷，但是在建筑设计中只要对地形、地貌、地物的巧妙利用和有利改造就可达到因地制宜、趋吉避害的目的。
（2）设计因灾而异，突出防灾重点
在建筑设计中依据抗震概念设计考虑地震作用的影响，依据设计规范考虑防火消防。
但随着我国城市化进程的加快和经济规模的扩大，近几年来其他灾害像洪涝灾害、风灾等所造成的经济损失和人员伤亡越来越严重。
而且我国灾害又有很强的地域性，因此在建筑设计中考虑灾害地域性，因灾而异，突出防灾重点。
像我国颇具地方特色的陕北窑洞，海南船型屋等都能体现这一点，从而形成我国颇具地方特色的传统建筑。
（3）建筑主次有别，提高防灾综合效益
我国建筑结构规范中按照结构破坏后产生的后果将建筑物分为三个安全等级作为结构构件的设计依据，根据建筑的使用功能的重要性将建筑分为甲类、乙类、丙类、丁类四个类别进行建筑抗震设防，根据设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。
同样，在建筑设计环节，也应该按建筑的重要性等级对不同建筑或同一建筑的不同部分，采用不同的安全设计标准，实现较好的防灾减灾综合效益。
（4）构造设以致用，注重防灾
建筑构造的设置对防灾减灾的作用不可小觑，设置时应注重体现其防灾减灾的性能。
建筑构造的功能可概括为：
①保证建筑物的整体性，比如各构配件的连接节点的构造。
②抵御外界各种因素侵袭的围护作用，比如房屋各组成部分为满足功能要求的相应建筑构造:
防水层、防潮层、保温层、隔热层、隔声层、防火区域等。
③安全疏散及防护作用，比如地面、楼梯的防滑构造,楼梯的坡度、宽度构造尺寸,楼梯、阳台的护栏处理、门窗的设置和开启等。
④满足舒适美观的需要，比如建筑装修构造及一些细部构造尺寸。
⑤抵抗各种因素影响产生的变形，比如在房屋中变形缝的设置。
3.2“控灾”概念设计
任何灾害都有他的运动规律和破坏机理，现今在我国肆虐的各种灾害都有记录。
根据记录结合科学技术手段掌握灾害一般运动规律和破坏机理，可在建筑设计中依据灾害破坏机理和运动规律按照一定的设计方法和原则进行灾害的控制就叫“控灾”概念设计。
例如防洪规划设计的“防、导、蓄、高、坚、迁”六字方略，防火设计的“围、隔、封、包、非燃、排烟、疏散、避难、救灾、控制起因”等技术措施，防震设计中的“选基址、稳态型体、以柔克刚、刚柔相济”，防风设计中从规划选址、组群布局、建筑形式到结构、材料等一系列对策，都可以作为现代建筑防灾减灾概念设计的设计思想。
4.建筑的智能防灾系统
随着科技的进步，计算机的应用深入到各个领域。
我们在建筑设计的同时引入计算机技术——建筑的智能防灾减灾系统，及早发现和通报灾害，防止和减少灾害危害，保护人身和财产安全，使建筑的防灾减灾功能更上一层楼。
4.1火灾自动报警系统
随着用电负荷及煤气耗量的加大，对火灾自动报警系统设计提出了更高、更严格的要求。
为确保人民生命财产的安全，火灾自动报警系统设计就成为民用建筑设计中最重要的设计内容之一。
火灾自动报警系统能与BAS各子系统有机地联系在一起并发挥作用。
在建筑中，火灾自动报警系统是BAS的子系统，是建筑防火安全的关键。
4.1.1对于火灾的探测
火灾的探测是以物质燃烧过程中产生的各种现象为依据，以实现早期发现火灾为前提。
主要的探测方法有空气离子化探测法、光电感烟探测法、热探测法和火焰探测法，并以此构成各种形式的火灾探测器，主要形式有感烟式、感温式和感光式三大类。
智能防火系统作为楼宇自控系统的一部分，可与保安系统及其他建筑的智能防火系统联网通信，向上级管理系统报警和传递信息，为城市消防调度指挥系统、城市防火管理系统与城市综合信息管理网络的联网运行提供有效信息，并可与城市其他管理中心共享数据和信息。
增加系统可靠性是现代火灾探测报警技术的发展方向。
智能式火灾探测报警系统按其智能的分配可分为三种系统。
一是探测智能，二是控制智能，三是探测智能和控制智能兼有。
后者是智能化程度更高的系统，其可靠性更高，缺点是成本高。
人们对于火灾自动报警系统期望在于：
首先要求系统早期发现火灾，其次是消除误报和降低系统的成本费。
4.1.2火灾探测报警系统的智能化
信息智能化、网络化技术是一项重要的共性科学技术，也是21世纪科技发展的特征之一。
对消防而言，就是把计算机数据通信技术及时地应用到火灾探测报警系统中，以便利用并通过网络协议，充分享用社会信息资源，及时交换系统内部和外部之间的数据信息，从而构成一个动态的城市化、社区化、智能化的具有多层次的火灾探测报警救援、管理、服务网络信息系统。
这种智能的火灾监控系统可分为主机智能系统和分布式智能系统两大类。
分布式智能系统实际上是主机智能和探测器智能两者结合，所以也称全智能系统。
（1）主机智能系统
主机智能系统，是将探测器的阈值比较电路取消，使探测器成为火灾传感器，无论烟雾影响大小，探测器本身不报警，而是将烟雾影响产生的电流、电压变化信号通过编码电路和总线传给主机，由主机内置软件将探测器传回信号与火警典型信号比较，根据其速度变化等因素判断出信号类型，是火灾信号还是干扰信号，并增加速率变化、连续变化量、时间、幅度等一系列参考值的修正，只有信号特征与计算机内置的典型火灾信号特征符合时才报警，极大地减少了误报。
主机智能系统的主要优点有：
①灵敏度信号特征模型可根据探测器所在环境特点来设定，可补偿各类环境中干扰和灰尘积累对探测器灵敏度的影响，并能实现保障功能；
②主机采用微处理机技术，可实现时钟、存储、密码、自检联动、联网等多种管理功能；
③可通过软件编程来实现图形显示、键盘控制、翻译等高级扩展功能。
（2）分布式智能系统
分布式智能系统是在保留智能模拟量探测系统优势的基础上形成的，它将主机智能系统中对探测信号的处理、判断功能由主机移到每个探测器，使探测器真正具有智能功能，而主机由于免去了大量的现场信号处理负担，可以从容不迫地实现多种管理功能，从根本上提高系统的稳定性和可靠性。
智能消防系统将随着新技术的发展逐步向信息联网共享、进一步向智能化方向发展，更广泛地应用于现代建筑中。
4.2防雷系统
由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。
据统计，雷电对电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达26%，防雷电过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。
因此在智能建筑的设计施工中，不仅要重视智能建筑的性能指标和设备的先进性，更要注意做好建筑物的防雷接地。
防雷接地对于智能建筑中的弱电设备的安全运行和数据的可靠传输有着重要的影响，并且是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。
如果建筑物的防雷接地没有处理好，不管是雷电的直击、串击还是反击，轻则会造成设备不能有效传输数据，降低智能建筑设备的可靠性，重则会损坏设备的部件，甚至导致设备瘫痪并危及人员的安全。
4.2.1外部防雷措施
根据国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）（2000年版），外部防雷装置包括下述装置：
（1）接闪器：
根据建筑物的特点和防雷等级选用避雷网、避雷带或避雷针。
在保护范围以外的突出金属物，如金属设备、金属管道、金属栏杆、广告牌、航空标志灯等，均应与防雷系统相焊接或卡接，构成统一的导电系统。
屋顶的金属装饰物如金属旗杆或满足规范要求壁厚的金属屋面，均可作为接闪器。
（2）引下线：
尽量利用建筑物钢筋混凝土柱内的对角主筋作为引下线，建筑物的消防梯、钢柱等金属构件也可作为引下线，但其与各防雷部件之间均应连成电气通路。
（3）接地装置：
设计接地装置时，当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，可利用基础内的钢筋作为接地装置。
如果基础被塑料、橡胶、油毡等防水材料包裹或涂有沥青质的防水层时，不得利用基础内的钢筋作为接地装置，此时在基础槽的周围敷设环形接地装置，并与基础内的钢筋做可靠连接。
4.2.2内部防雷措施及防雷击电磁脉冲
（1）防止侧击雷
在按滚球法计算的避雷针保护范围内，避雷针可能接受该空间
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