低成本房屋抗震设计与材料
世界人口和地震事实
注:本文中讨论的技术和材料仅供一般参考。建筑抗震设计是一项复杂的工程，只有咨询合格的结构工程师才能进行抗震设计。
与世界人口有关的一些有趣的地震事实:虽然世界上大约20%的人口生活在震区或附近，但其中70%以上(令人震惊的10亿人)是低收入或贫困的社会经济阶层。统计数据显示，人口密度高、生活水平低的国家碰巧也位于地震活跃地区。印度尼西亚、印度、中国、亚洲和南美洲的部分地区都是例子。这些地区的绝大多数人口居住在由土、石、茅草、空心砌块和其他低成本材料建造的低收入住房中。从流行的媒体报道和镜头来看，这些建筑似乎总是在大地震中被摧毁。但事实上，考古证据，如马丘比丘遗址的无砂浆砖石建筑，表明在地震活跃地区用相同材料建造的建筑已经经受住了几个世纪的地震。这是怎么回事?
低成本抗震设计
在抗震建筑设计中，某种类型的建筑材料能否承受地震不仅是材料的回弹和强度的功能，也是它如何融入结构的功能。例如，一堵长而直的石墙，只使用摩擦力和几何形状来保持石头在原地，几乎肯定会在地震中倒塌。这是因为在地震期间，墙的质量或惯性往往使它的运动落后于地球的运动。这不仅开始将石头从最初的休息位置移开，而且在没有横向支撑的情况下，墙壁的重量会远远超出稳定的载重线，墙壁顶部开始倒塌。
然而，简单地改变墙的路线从直线到锯齿线将大大提高其稳定性。将直线之字形改为s形曲线将进一步提高稳定性。修改单个石头的几何形状，将连锁凹槽、对角面和/或“L”柱结合起来，可以极大地提高墙壁的基础到顶部的完整性。在顶部添加一个帽或门楣，并使用后张元素，如带或杆，对受压的石头进行预应力，将确保结构的完整性，但最严重的地震活动除外。沿着曲折的路径建造墙的工作原理是在墙路径的每个变化处提供更多的横向支持。符合一个或多个s曲线提供几乎连续的横向支撑沿整个长度。添加墙帽或过梁有助于确保墙石顶部层的完整性，将它们绑在一起，而不会受益于墙的重量。
房屋结构也是如此。虽然还没有完全的抗震建筑，但抗震建筑是很容易实现的。如果房子是矩形的，屋顶和墙壁之间没有足够的连接，墙壁很可能在接近顶部的地方变得不稳定，并在最小侧支撑的方向倒塌。改变足迹到一个更紧凑，正方形几何与内部交叉墙将提高这种稳定性。改变足迹到一个圆形或椭圆形的几何将提高稳定性，甚至更多，如bhongas结构在印度的例子。在墙的顶部增加一个板或边缘带有助于确保在那个位置保持完整性。采用与顶板和/或墙边积极连接的轻型结构屋顶，也将大大提高结构的抗震能力，在墙的顶部提供几乎连续的横向支撑。此外，如果与适当的基础没有足够的联系，结构很有可能在地震时从基础上滑下，有效地从底部向上破坏结构。因此，与地面的积极连接也是强制性的，可以通过地基锚、挖沟、柱杆埋设和其他尽量减少水平位移的技术来实现。
低成本的抗震增强材料
以上提到的所有方法都可以在很少或没有额外费用的情况下实施，不管使用的是哪种具体的建筑材料。其他低成本、材料特定的方法也可以应用到木结构、土坯、夯土和砖石建筑中，这些建筑通常出现在地震活跃地区。例如，木框架结构使用适当的托架、固定装置和正确类型的紧固件进行抗震加固。例如，螺丝似乎有更大的握持力，但实际上通常比钉子更脆弱，往往在负载下剪切。在梁、节点、角、窗台板和屋顶桁架连接上使用剪力墙、托架和扣板，这是这类建筑的标准加固技术。
由于土坯和夯土墙的重量大且成分脆弱，它们很容易在地震中破裂，尤其是在墙角和长墙处，导致结构的大块倒塌。这可以通过在墙壁中加入增强纤维、钢筋、棒或网格来减少裂缝并保持碎片在适当的位置来缓解。纤维可以是稻草，藤蔓，甚至是合成纤维，这些纤维可以作为内部增强基质。酒吧和棒是特别有效的，可以是竹子，芦苇，藤条，钢条，或任何类似的可延展性材料，放置在间隔和连接到墙帽，基础，彼此用绳子，藤条，或麻绳。网状加固以特制的屏风、铁丝网等形式在墙角处特别有效，在地震时用于将墙壁连接在一起并分配水平力。扶壁和壁柱可以极大地提高抗侧向振动，同时最小化墙体质量和成本。在这种类型的建筑中使用墙帽或环梁不仅对保持墙壁的完整性至关重要，而且还为屋顶桁架和钢筋提供了一个积极的连接点。最后，避免设计多层结构也提高了抗震时，这些材料。
砌体墙由空心砌块、砖、实心石头和浇铸混凝土板组成，主要由于当地的可用性，是一种流行的低成本建筑材料。然而，这些材料也很可能不恰当地纳入建筑物受到地震应力。空心砌块结构可以通过在交替的间隔插入由钢筋、竹子、甘蔗或类似材料组成的短杆，然后用砂浆或夯实的土壤回填杆腔来廉价加固。浇铸的混凝土面板和砌块可以在制造时用棒子进行类似的加固，然后在施工时将棒子绑在一起。所有这些材料应该包含一个平面几何与连锁凹槽，与l形单位使用在角落和墙壁交叉处。此外，扶壁、壁柱、墙帽或环梁可以极大地提高侧向移动的阻力，为屋顶和基础提供积极的连接连接点，并有助于保持单个单元的位置。有趣的是，一些历史证据表明，砌块和石头成功地使用了对角粘接，而不是水平粘接，以更好地抵抗侧向位移。
关于作者:
John Moehring是土木、地质、生物和电气工程领域的执业工程技术专家。总有一天，他可能会说对了。
