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26层的高层住宅在地震中倒塌,顶楼和底楼哪个安全?

2001年9月11号,美国纽约世贸中心双子塔先后遭到两架飞机的撞击,随后在几个小时之内先后垮塌。

大火首先把撞击部位的钢制横梁烧软,垂下来的钢梁对支撑的钢柱产生了一个拉力,把主承重钢柱拉弯了。

钢柱失去了对上层建筑的支撑力,上层建筑几乎以自由落体的方式砸到了下层建筑上,所以从上到下以粉碎性的方式解体。

在地震中,房屋的结构性破坏,也有可能会让承重结构失去对重量的支撑作用。在这种情况下,建筑物垮塌的方式和世贸大厦双子塔垮塌的方式类似,上层以自由落体的方式砸向底层。

我们知道,按照经典力学,运动是相对的,作用力等于反作用力。高层建筑上层砸向下层,上层和下层受到的冲击力是相等的,所以破坏的程度一样。

如果我们转换一个坐标系,把上层建筑看成固定不动的,可以把这个过程看成下层建筑或者是地球,砸向上层建筑。

还有一种情况,就是高层建筑整体刚度比较好。在地震中整个结构仍然保持完好,但是由于地基被破坏,造成建筑向一侧倾覆倒塌。

上层建筑导向地面的时候,在重力的作用下,在空中运动了更长的时间,触地的时候速度高,动能大。

所以上层建筑的损害更大。底层建筑基本上没有受到任何冲击,所以底层建筑的人基本上不会受到损失。

26层以上的高层建筑,基本上都会采用钢筋混凝土框架结构,这些框架结构在设计的时候已经被设计成了超静定结构。

所谓超静定,就是结构部件所受到的力学约束,远超过稳定所需要的约束。用通俗的话来说,断掉一根梁或者是一根柱子,对整体没有什么危害。

楼房底层的居民逃离危楼的时间,要比顶层的人少很多。从这一点对于砖石混合结构的建筑和钢筋混凝土框架结构的建筑里的居民,是相同的。

最后把上面的分析汇总一下,地震过程中到底是顶楼安全还是底楼安全,取决于建筑物的破坏方式,可以分成以下几种情况。

第1种,砖石混合结构的建筑物,地震中突然垮塌,居民没有逃离时间,顶楼和底楼是一样危险的。

第2种,钢筋混凝土框架结构建筑,地震中突然倒塌,居民没有逃离时间,大概率底楼比顶楼安全。

第3种,主承重结构剪切破坏,在破坏部位会呈45度的斜角裂缝,破坏大多发生在框架结构建筑物的中低层。在这种情况下,剪切破坏发生的楼层受损最严重,其次是顶层建筑,最后是底层建筑。

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