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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇建筑隔震技術,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞: 結構隔震,隔震系統,隔震方案
中圖分類號:TU3文獻標識碼: A 文章編號:
引言
我國的經濟水平不斷發展的今天,建筑業的發展也是非常的快,并且很多新的技術不斷地應用到實際的施工項目中,從而保證了建筑物的質量,提升使用的安全性。地震存在著許多的不確定因素,在汶川地震中,房屋的受損數量之多是眾所周知的,因此將建筑結構隔震技術應用到實際的建筑工程中是很有必要的,對于我國的建筑業的健康發展以及人們的生命財產安全具有重要的意義。
一、隔震技術的發展
其實隔震技術的萌發和應用很早,如我國著名的故宮博物院,城內有數百個大小不等的建筑組成一個旁大的建筑群,雖然處于地震區內并經受了數百年的洗禮,但是受到的地震災害卻很少,這主要是因為故宮的主要建筑都建在大理石高臺之上,下面有一層柔軟的糯米加石灰的柔性減震支座層,這樣就能有效的阻止地震動的傳遞,使故宮免受震害。
現代的基礎隔震理論和實踐開始于上世紀70 年代。1891 年河合浩藏提出“地震時不受大震動的結構”。其隔震思路是在地基上并排鋪設數層原木,并把建筑物周圍挖空,從而在地震時對上部建筑起到隔震。J. A. Calantarients于1909 年提出的隔震方案是在建筑物結構與基礎之間用滑石層隔開,地震時建筑物可以滑動。中村太郎于1927 年提出的隔震結構方案中以使用阻尼泵來耗散地震動的能量,并且在該建筑地下層柱的上下端采用鉸接構造,建筑物可以水平自由移動。此后科學家和工程師們又提出了柔性層隔震結構以及滾動支撐類隔震系統等諸多方案,并在此基礎上逐漸形成了當代的隔震系統技術。
二、隔震技術與作用機理
隔震技術尚屬新興學科,它能有效地吸收地震能量,減少結構的水平地震作用,從而消除或減輕結構和非結構的地震損壞,增強建筑物及內部設施和人員的地震安全性,提高建筑物的抗震能力。與以往的建筑結構抗震設計,采用隔震技術的建筑物具有以下優點:提高地震時結構的安全性;設計自由度增大;防止內部物品的振動移動和翻到;防止非結構構件的破壞;抑制振動的不適感;可以保證機械器具的使用功能;
隔震主要分為:積極隔震(對動力設備采取隔振措施)、消極隔震(對建筑結構采取隔震措施)。無論積極隔震還是消極隔震,采取隔震措施就是在基底和結構之間設置減振器或減振材料。在隔震設計時,要經過計算,進行多方案比較選擇最佳方案。不經過計算而直接采取隔震措施,不僅無益還會加大震害。
從隔震結構原理分析得知:彈簧的剛度越大,振子的周期就越短;彈簧的剛度越弱,振子的周期就越長。當彈簧的剛度特別大,則建筑物就不能滾動,只有自身的往復變形運動,即建筑物的自身振動,隔震措施就沒有發揮出隔震作用;當彈簧的剛度特別小時,建筑物就不能往復運動,即不能成為振子。當滾珠的摩擦力特別小時,建筑物的往復運動就不會停止;當滾珠的摩擦力特別大時,建筑物就會立刻停止。因此,建筑物的運動特性取決于自振周期和阻尼兩個因素,而自振周期又取決于建筑物的質量和彈簧的剛度。可知,對建筑物采取的隔震措施,其效果取決于隔震器和阻尼器的特性。
三、隔震設計應注意有待解決的問題
1、對高寬比大、不符合《規范》要求的結構,在進行隔震設計時需進行整體抗傾覆驗算,防止支座壓屈并控制支座拉應力不超過1 MPa。驗算隔震支座拉、壓力時,應按罕遇地震作用計算并留有適當余地。
2、地震波在軟弱( 夾層) 場地的傳播特性尚不明確,軟弱場地、場地有軟弱夾層、下部結構變形過大的情況下應慎用隔震技術。
3、計算隔震上部結構水平地震作用時,隔震系統力學性能與水平向減震系數兩者之間變化規律有待深入研究。
4、目前的隔震系統對豎向地震作用無隔離效果,隔震裝置在豎向地震作用下的反應還有待進一步探討。
四、建筑結構隔震設計
1、隔震層的位置
設置在建筑物最小層的基礎隔震和設置在建筑物中間層的中間層隔震。在實際工程中, 主要根據建筑物的用途、性能、造價等因素來進行綜合判斷確定合適的隔震層位置。隔震層水平剛度的結構方案: 為了提高隔震效果, 隔震層的水平剛度應十分低, 使建筑物的自振周期增大。在實際中, 可以采用大間距、大直徑多層橡膠的結構方案, 使得每個隔震器的受荷面積增大, 而總數減少。
2、多層橡膠層不產生拉力的結構方案
多層橡膠受拉剪的試驗資料比受壓剪的少, 應保證其受力可靠。因此, 多層橡膠與上部結構不采用螺栓連接而采用鉸接連接, 使多層橡膠層不產生拉力。凈空間距: 在遭遇特大地震作用時, 建筑物的變形不能導致碰撞。因此, 在水平方向上, 應保證具有上部結構地震變形的1.5倍~ 2.1倍的凈空間距。
3、隔震構件的置換
隔震建筑中, 變形和能量吸收都集中在隔震層, 因此隔震層構件有可以置換隔震結構的優點。特別是與隔震器獨立的阻尼器置換一般較為方便。由于隔震器承受建筑物的重量, 不如阻尼器置換容易。一般采用在建筑物或局部設置千斤頂來置換隔震器或對其加固。
4、隔震層水平剛度的結構方案
為了提高隔震效果,隔震層的水平剛度應十分低,使建筑物的自振周期增大。在實際中,可以采用大間距、大直徑多層橡膠的結構方案,使得每個隔震器的受荷面積增大,而總數減少。
5、凈空間距
在遭遇特大地震作用時,建筑物的變形不能導致碰撞。因此,水平方向上,應保證具有上部結構的地震變形的1.5~2.1 倍的凈空間距。
五、隔震結構的應用與造價
1、隔震結構的應用
一般來說,隔震結構可以適合各種用途的建筑,并都能獲得較好的隔震效果。出于結構的安全性、房屋內部物品的振動翻到、防止構件二次損壞等因素,更適合用隔震措施的建筑物有:住宅(居民住宅、養老院、療養院)、公共建筑(劇院、醫院、旅館)、防災中心建筑(學校、消防局)、核電設施(核電站、倉庫)、尖端產業設施(研究所、超精密加工廠)、紀念性建筑物(紀念建筑、寺廟)等等。
2、隔震結構的造價
隔震建筑在振動性能和抗震安全性方面提高了建筑物的附加價值,因此與以往建筑物比較時,應考慮附加價值進行綜合評價。在考慮隔震建筑的造價時,不僅要考慮初始造價,如果從包括建筑物在使用階段的維修、重建、內部物品的損壞和經濟損失來考慮,隔震建筑具有很好的經濟性。從國內外建筑的實例來看,全部工程費用可能增加,但隔震效果好,上部結構和基礎結構部分的造價減少很多。如果能有效的利用隔震層作為設備層或停車場就可以抵制隔震層的費用增加。因此,總造價可能就會降低。
結束語
建筑結構隔震技術在我國雖然起步,但是經過近幾年的發展,已經取得了較好的成績,并且在實際的應用中變得越來越廣泛。但是相對于一些發達國家而言,我國的建筑結構隔震技術還存在著一定的不足,因此還需要人們不斷地去進行探究,掌握好建筑隔震技術,并將其應用到實際的施工項目中,從而保證我國建筑房屋的抗震隔震等級,提高建筑物的建筑使用安全,從而保證人民的生命財產安全。
參考文獻
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【摘要】地震依然是目前世界上能夠造成大量傷亡的地質災害,建筑如何防震一直是建筑研究的一個重要方向。大量的案例證實,采用隔震橡膠支座設計的建筑物一方面能夠提升建筑物結構的可靠性,盡量避免建筑非結構的毀損,從而降低由于室內裝修物體以及各類設備的破壞而導致的次生災害,另一方面這種技術在設計和施工上均較為方便、能夠起到明顯的隔震效果。
【關鍵~】疊層橡膠支座 隔震 建筑震害
隨著建筑技術的發展,如何能夠使建筑盡量在地震中遭受最小破壞,盡量降低人員傷亡和財產損失,是建筑研究的一個重要方向。地震目前依舊是難以預測和完全避免的自然災害,近年來發生在世界各地的震級較高的地震,均被記載導致了大批人員的傷亡,造成很多建筑破壞毀損。如何能夠使建筑物在地震發生時盡量起到隔震的效果,是一個亟待解決的問題。特別是在多震地區,地震災害頻繁發生,一些公益性建筑采取減震技術設計已經成為一個普遍抗震減災的可行措施。目前在建筑界已經出現了不少相關的技術,其中尤以疊層橡膠支座的隔震技術應用最為廣泛。這種技術能夠在建筑的上部和下部間通過增加合理的隔震層,來達到緩釋強震巨大能量傳導,進而降低建筑物對地震的反應,盡可能避免建筑物在地震中遭受破壞,目前這項技術已經在不少國家取得了越來越多的研究成果。
疊層橡膠隔震支座的技術原理,是為建筑物配置合理的橡膠支座,從而讓建筑物在遭受地震的時候能夠減少自振的頻率,從而降低建筑物上部由于地震而導致的可能的破壞。疊層橡膠隔震支座隔震技術的核心裝置便是橡膠支座,可以僅安裝配置橡膠支座,也可以和阻尼器一起配合,從而使建筑物擁有一個隔震層。疊層橡膠隔震支座在豎直的方向具有很大的承載力,而在水平的方向則剛度不大,所以在水平側能夠允許較大幅度的位移量。這個特點使其一方面能夠盡可能緩解震害在水平方向的破壞,另一方面還可以承受垂直方向的地震破壞,屬于當前很多發達國家均使用的一種有效的隔震模式。
一般情況下,疊層支座是通過鋼板和橡膠板以交替的方式構成,在高溫高壓環境下壓制而成。結合制作材料的不同,可以有三種類別,包括天然橡膠疊層隔震支座、鉛芯疊層隔震支座、以及高阻尼疊層隔震支座。而第一種支座由于缺乏耗能的單元,必須和阻尼器一起安裝,從而擁有必要的彈塑性,起到隔震的效果。而第二種和第三種則由于已經具備足夠的耗能性質,因此可以不必與阻尼器一起使用,可以直接安裝在建筑物。
疊層橡膠支座與其他的防震措施相比,有不少先進性:首先是這種結構能夠在豎直方向擁有較好的承載剛度,在受力壓縮的情況下不易明顯變形,十分便于將建筑體支撐起來,從而保證建筑的可靠性;其次是在水平方向上,疊層橡膠支座十分便于承受水平的變形,當發生剪切變形的情況下甚至能夠完全不被毀損,可以顯著降低配置了此種結構的建筑在地震中受到的破壞度,尤其是降低建筑物上部在地震中的水平方向位移;第三是疊層橡膠支座在變形復位方面擁有高彈性,當地震發生之后能夠迅速讓其所承載的建筑物恢復原來的位置;第四是疊層橡膠支座的使用壽命較長,不易老化,在建筑物的生命周期中不必更換;第五是疊層橡膠支座在結構方面并不復雜、施工起來較為方便,也能夠保證施工的質量達標。
而在工程的成本造價方面,當建筑物使用了疊層橡膠支座隔震模式,如前文所述,建筑物上部的抗震性顯著增強,因此在構造方面的標準可以適當降低,建筑截面的配筋使用量可以降低,為控制建筑上部造價起到了關鍵作用;并且,結合我國對于建筑物抗震設計的國家標準:在建筑抗震方面的地基抗震驗算依舊是基于本地區烈度的。所以在一些地震頻發的地區,進行抗震驗算并將其作為建筑物設計必須遵循的標準時,能夠顯著降低建筑造價。由于采用疊層橡膠隔震技術而新增的成本包括:首先是建筑必須設置隔震檢修層,所以在施工時會導致土方工程的上升,由此而產生更多的成本;其次是如果建筑隔震層設計了地下室,結合抗震國家標準,應該對所有的地下室進行抗震驗算,而在驗算時還應結合發生地震的各類情況來計算,所以會導致相關成本的上升;建筑在設計階段時,由于為了盡可能減少地震破壞,而在設計方案中體現出的保守性,同樣能夠使工程項目的成本上升。但是即便如此,綜合起來看,以我國目前的建筑施工水平和建筑材料造價標準,傳統的隔震設計和疊層橡膠支座的隔震結構相比較,后者更為經濟。
從現實使用的情況來看,不少的工程實踐案例均能夠證明,基于疊層橡膠支座的建筑物能夠在地震發生時充分發揮其豎向承載的優勢,能夠有效而穩定地支撐建筑結構,避免地震的破壞。以我國當前的類似結構建筑工程來說,大部分使用的疊層橡膠支座均產自國內,其實際承載力一般能夠超過千噸級別,而一些性能更優異的產品承載力目前甚至已經超過了萬噸級別。疊層橡膠支座在構造上并不復雜,也能夠靈活地配置在建筑物不同高度,如果建筑物存在地基不均勻沉降的情況,疊層橡膠支座不會受到較大的影響;無論是在剛度的指標上還是在阻尼指標上表現均十分穩定。在對這種結構進行仿真分析時,其仿真結果和實地測量值十分接近,因此在建筑設計階段便能夠通過合理的運算分析而得到建筑完工時的抗震性能。疊層橡膠支座還擁有較為良好的彈性復位特性,因此在發生地震時可以自動從移位狀態中回復正常;尤其是疊層橡膠支座擁有其他結構難以比擬的水平剛度可變性。如果所在地區發生臺風或者小型的地震,則疊層橡膠支座一開始呈現出比較大的剛度,能夠顯著減少建筑物的結構位移。而在發生中級地震甚至強震的情況下,疊層橡膠支座的水平剛度迅速減少,其阻尼值依舊維持原值,從而起到隔震的作用。而如果疊層橡膠支座在水平方面出現了較大的位移,此時恰好水平剛度增強,能夠有效抑制疊層橡膠支座平側,保護建筑安全。實踐能夠證明,這種隔震技術最適合的使用范圍是6度至9度地震的建筑物,可以顯著降低建筑在地震中受到的破壞,當地面發生震動的時候,建筑物的上部依舊可以保持彈性的狀態,從而使建筑物受到的震害降至最低限度,最大程度地確保建筑物本身的安全以及人身安全。
參考文獻:
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關鍵詞:框架隔震;建筑設計;方法;應用
1前言
我國是個多地震國家,隨著地震頻發現象的日益突出,人們的防震減災意識不斷提高,建筑隔震技術受到了人們的高度重視。與傳統框架結構的抗震設計相比,隔震設計主要是通過隔震層的設置來吸收地震能量,延長結構體系的自震周期,從而降低上部結構的地震響應。目前,隨著社會的發展以及科技的進步,建筑隔震技術已經在一些地震頻發的高烈度區得到了廣泛應用。
2 基礎隔震結構的應用
范圍隔震體系通過延長上部結構的自振周期來減小結構水平地震作用,即減小上部結構的損壞,從而達到減震效果,保證建筑物的安全可靠使用,其隔震效果與結構的高度、體型、剛度、變形情況、場地條件等因素有關.因此,從減震效果考慮,采用隔震建筑時最好滿足以下的幾個條件:盡量選在場地土比較堅硬的場地上,因為軟弱地基對于隔震建筑來說,輸入地震動時會使上部結構的振動周期較長,增加上部結構的破壞,不利于結構減震;隔震建筑的結構不宜過高,過高會使得結構在隔震前周期較短,而隔震后周期較長,隔震效果就會非常明顯,一般要求建筑物的結構高度不超過40 m;由于過大的高寬比易造成上部結構轉動,引起隔震支座受拉,因此要求對于鋼筋混凝土結構和鋼結構高寬比不大于2.5;為保證隔震建筑在地震作用能夠有來回移動空間,隔震建筑與其他建筑物之間至少要有20 cm的距離;隔震裝置應設置在基礎和上部結構之間,以確保將地震作用最大限度的隔離在結構的外部.
3框架隔震技術的前期咨詢工作
建筑工程在尚未進行隔震設計之前,還處于建筑方案階段時,建設單位可組織有經驗的專家或委托專門的咨詢機構展開框架隔震技術的前期咨詢工作。主要針對當地抗震設防烈度、結構高度、高寬比、結構形式以及有無地下室等情況,就框架隔震結構設計的相關問題展開詳細的咨詢,對該項目采用框架隔震方案技術上的可行性和經濟上的合理性進行評估,指出建筑、結構、水電等各個專業在設計中的注意事項,并對構造措施提出相應的意見和建議。
3.1前期咨詢工作中,應注意以下問題
(1)框架隔震建筑的經濟性問題。對業主來說采用框架隔震技術是否經濟是非常重要的問題,采用隔震技術,增加了隔震支座費用、隔震構造措施的費用,但是減小了上部結構梁柱截面,節約了鋼材和混凝土用量,同時增加了房屋的使用面積,在前期工作中盡可能的對隔震建筑的經濟性進行合理分析。根據大量的工程經驗,在抗震設防烈度高的地區采用隔震技術具有比較明顯的經濟性。
(2)隔震建筑的適用性問題。隔震技術目前在我國主要應用于使用功能有特殊要求的建筑,例如安全性要求較高的學校、銀行、高檔住宅等,使用功能不能間斷的醫院、通訊、消防等建筑,以及存放存放珍貴物品的建筑或珍貴建筑,如博物館、檔案館、紀念性建筑等。由于隔震裝置僅對抵抗地震作用有效,在風荷載或其他水平荷載的作用下,隔震建筑更宜傾覆,因此隔震技術的應用還應滿足我國規范規定的非地震作用水平荷載產生的總水平力不超過總重力10%的要求。同時,隔震建筑宜建在場地類別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類場地,且選用穩定性較好的基礎類型。
(3)隔震建筑的高寬比問題。在方案確定之初,應考慮結構體型的規則性,鑒于我國目前的技術條件,對于隔震結構的抗傾覆問題,限制其高寬比是一種有效的方法。根據橡膠隔震支座抗拉屈服屈服強度低的特點,結構的變形特點需符合剪切變形為主且房屋高寬比小于4或有關規范、規程對非隔震結構的高寬比限制要求。因此,在建筑方案階段,需請教專家或委托相關咨詢機構進行前期咨詢,對框架隔震方案設計進行合理評估,指出問題,提供解決措施。
3.2框架隔震設計思路
咨詢工作結束以后,在進行隔震設計時,需要對建筑工程的抗震設防烈度、場地條件、使用功能及建筑、結構方案,從安全和經濟兩方面進行綜合分析。若該工程宜采用隔震技術,應先進行初步設計,除應滿足規范的相關條文外,還應合理確定隔震支座的類型和布置位置。目前,國內的框架隔震設計多采用分部設計的方法,即整個框架隔震設計分為四步:上部結構設計、隔震層設計、下部結構設計和基礎部分設計。
4框架隔震建筑設計要點
4.1框架隔震層的設置位置
確定隔震層的位置是隔震設計的第一步。對于沒有地下室的建筑,需要增加一層作為隔震層,隔震層的層高不宜過高,過高對結構不利也不經濟,但也不能過低,過低不便于日后隔震層的維護和檢修。對于有地下室的建筑,框架隔震層可以設置在地下室這一層,框架隔震支座放置在地下室柱頂或墻頂、柱中或墻中、柱底或墻底均可,可根據地下室的實際使用功能來確定框架隔震支座放置的位置。根據工程經驗,大部分是放置在地下室柱頂或墻頂,這樣避免了單獨設置支座造成的費用增加,保證框架隔震建筑的經濟性。然而,隔震支座設置在柱頂,必然會導致下支柱很粗大,不利于地下室的使用,因此可以將下支填做成牛腿,也可以在下柱頂部設置拉梁。
4.2隔震支座的數量、規格和布置
隔震層隔震支座的布置應使隔震層剛度中心與上部結構的質量重心重合,減少系統的扭轉效應;其規格、數量應根據豎向承載力、側向剛度和阻尼的要求通過計算確定。選用多種規格的隔震支座時,應注意充分發揮每個隔震支座的承載能力和水平變形能力;設置在隔震層的抗風裝置宜對稱、分散地布置在建筑物的周邊。
4.3框架隔震結構的計算
建筑結構隔震設計的計算分析,包含計算模型、地震波選取、地震作用計算等內容。對于框架結構,其隔震體系的計算簡圖采用剪切型結構模型,一般情況下,宜采用時程分析法進行計算,輸入地震波的反應譜特性和數量,按建筑場地類別和設計地震分組分別選用人工模擬的加速度時程曲線和不少于總數2/3的實際強震記錄,多組時程曲線的平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符,計算結果宜取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大者。求水平向減震系數時,多層框架隔震結構的層間剪力按多遇地震作用下用時程分析法計算求得。水平向減震系數應根據結構隔震與非隔震兩種情況下各層層間剪力的最大比值。
5框架隔震建筑設計應用的目標
框架隔震設計的關鍵是確定初步的隔震設計目標。需要說明的是:第一,進行上部結構設計時,抗震設計方法還沿用傳統抗震設計的方法,只是水平地震作用應采用降低后的值,當地的抗震設防烈度并沒有降低;第二,疊層橡膠支座不能隔離豎向地震作用,所以上部結構設計時豎向地震作用仍保持不變,特別是對于高烈度地區,隔震建筑設計中考慮的豎向地震作用比傳統抗震建筑大得多。
依據以往大量隔震工程項目的經驗,場地條件好,屬于I、II類場地,上部結構規則、質量和剛度分布均匆,層數在6層以下時,多采用框架結構,可以初步確定隔震目標為降低一度半;6~12層時,位于高烈度區,一般會采用框剪結構或者剪力墻結構,可以確定隔震目標降低一度或者一度以上。總的來說,隔震建筑的抗震設防目標要高于非隔震建筑,也只有高于非隔震建筑的設防目標才能體現隔震建筑的安全性。
關鍵詞: 建筑; 隔震工程技術; 施工要點
在建筑施工中,隔震和減震技術在外國已經有了非常廣泛應用和發展,而在我國的研究和發展還是比較晚的,但是經過近年來的不斷發展和積累,現在也已經得到了推廣和使用。在2006年統計時候,我國大有約450萬平方的隔震建筑,基本上覆蓋了我國大部分的高烈度地震區,但是就其應用率方面與發達國家的差距還是很大的。下面為了讓大家對對建筑隔震技術有更深的了解,我們就做進一步的分析。
一、建筑隔震支座在施工中所存在的問題
因為隔震技術在我們國家才開始發展沒多久,所以存在一些問題也是非常合情合理的事情,現在隔震技術在實際中,是理論研究在前發展,而實際施工和理論研究滯后,針對這個問題,暫時還沒有別的一些好辦法。除了這個方面的問題,還有一個問題就是,我們在現有的隔震支座安裝技術上,在實際的施工技術交底和各類施工方法中,大多數的施工單位都只重視隔震支座技術中對預埋板的安裝,但是對設計圖紙中,在施工前對鋼筋和混凝土的強度等級,缺乏從施工角度上的審查,這是個非常嚴重的問題,在解決問題的順序上也是本末倒置的。
二、 建筑隔震支座的施工要點
2.1建筑隔震支座的特點
建筑隔震支座在施工中,不僅有簡易安全的優點,而且對人員,還有施工環境的要求都樸實非常低的,在安裝中,一定要注意支座預埋件的安裝情況,因為操作不當的話,是很容易發生鋼筋結構打架的問題。在安裝中,隔震的橡膠支座要和軸線的高度要保證,要在合理的公差范圍內,有的時候,在隔震橡膠支座上下的部分結構,混凝土的澆筑質量會有問題,這是在工作中要注意的。同時我們還要解決隔震橡膠支座,其在結構施工中的成品保護的問題。
三、施工工藝流程及操作要點
3.1施工的工藝流程
先是下支墩的鋼筋綁扎,其次是隔震支座的下預埋鋼板的安裝,然后是下支座模板的安裝,還有下支墩混凝土的澆筑,和隔震支座的安裝以及上預埋鋼板的安裝,還有上墩座的鋼筋及相交處的梁鋼筋的綁扎,接著是上支墩模板的安裝,上支墩部分的混凝土的澆筑,最后是模板拆除和對成品的保護工作。
3.2下支墩鋼筋綁扎操作要點
我們在對下支墩的鋼筋進行綁扎的時候,除了要滿足普對通鋼筋的綁扎設計,同時還要保證捆扎鋼筋的質量要求,除此之外,我們還要依據隔震支座的預埋板的錨固件的所在位置,對支墩鋼筋進行有效的調整,這樣才能確保隔震支座預埋板中的錨固件,可以非常順利的和支墩產生垂直的效果,并且保證準確無誤的插入里面。同時為了保證安裝時候的質量,我們還要求其四周要有一定的水平移動量。如果我們在施工中,發現設計的圖紙中下支墩鋼筋安排的非常緊密,進而直接影響了支座的預埋板的錨固件,對錨固的插入安裝,那么就需要建議設計人員,對下支墩的鋼筋密度做一定程度的調整,以保證施工安裝能夠保持有效的進行。在實際的調節中,我們對下支墩鋼筋可以可采用兩種方式進行調節: 其一就是增大鋼筋的截面積,然后減少鋼筋的根數,第二種方法就是通過增大下支墩的結構的截面積。在調整的時候,絕對不可以用蠻力進行強行的彎曲,通過截斷下支墩鋼筋。進而來適應支座預埋板錨固件的插入,這都是不可取的方法。在對支墩鋼筋所安裝的高度的設計,我們一定要依據隔震支座的當初設計的標高進行有效的調整。通過對實踐的總結,一般情況下,我都建議支墩鋼筋的實際安裝高度,一定要和隔震墩的設計導讀有 40毫米的預留調整量,必備不時之需,具體如圖 1 所示。
3.3隔震支座下的預埋鋼板的安裝要點
(1) 測量定位
我們在安裝隔震裝置的梁,還有柱的基礎結構的時候,要先把這些位置標注出來,標注在預埋鋼板的“十字”中心線內,然后通過預埋鋼板的標高,對實際對應“十字”的碼線和中心線進行設定。
(2) 隔震支座下預埋鋼板安裝
我們可以依據標識中的十字中心線,對安裝隔震支座下的預埋鋼板的位置進行設定,而且還可以利用綁扎絲把它臨時的固定在支座的鋼筋上。通過用預埋在鋼板底下部的標高,就可以將其引測到架臺的立柱上,最后就根據這個標高來進行安裝架臺。有一點是值得注意的,那就是隔震支座下的預埋板,我們在加工這個隔震支座下的預埋板方時候,通常都是建議廠家一定要在預埋板的中心位置開一個直徑 > 300毫米的混凝土灌注孔。這樣可以非常方便落實混凝土的澆筑工作,同時還可以避免預埋的鋼板的下方,其混凝土有澆筑不密實的問題。
(3) 隔震支座下預埋鋼板的固定要求
我們可以通過短鋼筋,讓下預埋的鋼板四角和支墩的鋼筋焊接到一起。
但是焊接點一定要牢固,在焊接完成后,我們再把木楔子拆除,最后通過精密的水準儀,還有經緯儀,以及水準尺進行斗氣的復核工作,保證預埋鋼板的軸線,還有標高以及水平度保持要求。還有一點是值得注意的,在用電焊焊接固定的支座鋼筋和支墩的鋼筋的時候,焊接方式要求一定是點焊,同時還要非常好的控制電焊的電流,以此來避免因電焊的電流過大而出現筋“咬肉”的問題(見圖 2)。這幾點就是隔震技術在建筑施工中的重點,因為篇幅的問題,我們今天就說到這,這些都是我們在落實隔震建筑的重點,只有按照上面所說的順序和注意事項進行施工處理,才會保證工程項目的質量。
總結: 通過以上對隔震技術的現有問題的闡述,以及對這些問題在具體施工中的措施的闡述,我想大家一定對這個技術會有更深的理解,隨著隔震技術的不斷在實踐中的應用,在以后的施工安裝,還有后期的維護中,其實際的操作一定還會有進一步的歸納和總結,進而其施工的技術會不斷的進步,那么隔震技術在我們國家就會得到進一步的發展。
參考文獻:
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【關鍵詞】超高層;建筑物;地震
1 耐震建筑物、隔震建筑物與消能建筑物
中國大部分地區地處環太平洋地震帶上,每年發生大地震機率甚高,因此建筑物之耐震設計非常重要。傳統建筑物采用耐震設計規范設計建筑結構物,主要考慮強度與韌性,5.12地震后,由業界引進兩種耐震新技術,一為隔震,另一為消能。其技術由研究階段邁入實際應用階段。此兩種耐震新技術在日本阪神地震發生后,蓬勃發展;中國大部分地區與其它世界各主要受強震侵襲國家也不例外。
1.1 耐震建筑物
耐震建筑物耐震設計之基本原則,系使建筑物結構體在中小度地震時保持在彈性限度內,設計地震時容許產生塑性變形,但韌性需求不得超過容許韌性容量,最大考慮地震時則使用之韌性可以達規定之韌性容量。
1.1.1 中小度地震:為回歸期約30年之地震,其50年超越機率約為80%左右,所以在建筑物使用年限中發生的機率相當高,因此要求建筑物于此中小度地震下結構體保持在彈性限度內,使地震過后,建筑物結構體沒有任何損壞,以避免建筑物需在中小度地震后修補之麻煩。一般而言,對高韌性容量的建筑物而言,此一目標常控制其耐震設計。
1.1.2 設計地震:為回歸期475年之地震,其50年超越機率約為10 %左右。于此地震水平下建筑物不得產生嚴重損壞,以避免造成嚴重的人命及財產損失。對重要建筑物而言,其對應的回歸期更長。于設計地震下若限制建筑物仍須保持彈性,殊不經濟,因此容許建筑物在一些特定位置如梁之端部產生塑鉸,藉以消耗地震能量,并降低建筑物所受之地震反應,乃對付地震的經濟做法。為防止過于嚴重之不可修護的損壞,建筑物產生的韌性比不得超過容許韌性容量。
1.1.3 最大考慮地震:為回歸期2500年之地震,其50年超越機率約為2%左右。設計目標在使建筑物于此罕見之烈震下不產生崩塌,以避免造成嚴重之損失或造成二次災害。因為地震之水平已經為最大考慮地震,若還限制其韌性容量之使用,殊不經濟,所以允許結構物使用之韌性可以達到其韌性容量。
1.2 隔震建筑物
隔震建筑物系在建筑物基面設置隔震層。該隔震層系由側向勁度很低的隔震組件構成,讓整體隔震建筑物之周期大幅拉長,藉以降低作用在結構物上之地震力。然因周期增加后,建筑物之位移增加很多,因此再配合消能組件,提高系統的阻尼比,進而降低位移量。最常用的隔震組件為鉛心橡膠支承墊(lead rubber bearing,簡稱lrb),中間所加之鉛心,就是來提供消能的,而拉長周期就靠橡膠層受水平剪力作用時具有低勁度的特性來達成。lrb消能的特性很穩定,雖經過多周次之作用,其強度、勁度及消能之能力并沒有明顯的衰減。
隔震建筑物另有一個特性,就是因為隔震層相對于上部結構軟了許多,因此當其受地震水平力作用時,隔震層的相對變位很大,而上部結構的相對變位很小。因此有時為簡單計,可以將上部結構視為剛體。
1.3 消能建筑物
消能建筑物就是加上一些阻尼器,藉增加建筑物的阻尼比來達到耐震的目的。依據耐震設計規范10.2節之定義,消能組件概分為位移型、速度型與其它型式。位移型消能組件顯現剛塑性(摩擦組件)、雙線性(金屬降伏組件)或三線性遲滯行為,且其反應需與速度及激振頻率無關。速度型消能組件因不同的阻尼比、勁度及材料可分為:包含固態與液態之黏彈性組件及液態黏滯性組件。第三類(其它)則含括所有不屬于位移型與速度型的消能組件,其典型范例包括形狀記憶合金(超彈性效應)、摩擦.彈簧組件,以及兼具回復力與阻尼的液態消能組件。 2 世界各國隔震建筑物發展現況
各國推展隔震建筑物數量不一,不過有一共通點,即大地震來臨,往往成為催生者。如美國北嶺地震(1994),日本阪神地震(1995),中國大部分地區集集地震(2008)等,雖然地震造成工程產官學界痛定思痛之痛楚,但經由其它建筑物損壞情形,終于肯定隔震建筑物在地震中的優越性。
3 耐震建筑與隔震建筑造價比較
由日本統計數據顯示,隔震建筑物與耐震建筑物造價比較,建筑物高度在25m以下,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之105%-109%;建筑物高度在25m-31m,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之102%-104%;建筑物高度在31m以上,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之99%-103%。
另比較隔震建筑物結構造價比較,辦公室隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之18%,旅館建筑隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之13%,醫院隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之8%。顯示越重要之建筑物,采用隔震建筑物設計,結構費用相對最經濟。
4 隔震建筑新趨勢
高層與超高層隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城之西梅田超高層計劃,地下1層,地上50層,屋突2層(src+rc),基礎隔震,樓高177.4m,高寬比5.8:1,隔震型式有滑動支承,積層橡膠墊,及u型鋼板消能器+fluid damper。
5 超高層隔震建筑物設計技術
超高層隔震建筑物設計技術主要有下列關鍵因素:
5.1 長周期建筑物之隔震效果
隔震建筑物之最優越抗震效果即在延長建筑物基本振動周期,但高層建筑物基本振動周期往往超過3秒,隔震后即使將建筑物基本振動周期拉長至5秒以上,由反應譜顯示,兩者加速度反應相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應,則有其貢獻。
5.2 傾覆作用造成隔震組件受拉力
隔震組件設計時必須考慮拉力作用,因此拉力試驗成為規范修訂之首要任務。
5.3 風力作用
隔震層設計時必須考慮地震力作用,但是小地震或風力作用,隔震組件是否發揮功能?仍有待深入探討。
關鍵詞:建筑結構;隔震技術;減震技術
地震對建筑物的破壞作用,是由于地面運動激發建筑物強烈振動所造成的,也就是說,破壞的能量來自地面,通過基礎向上部結構傳遞。人們總結地震經驗發現,地震時結構底部的有限滑動能大幅度地減輕上部結構的破壞程度,因此在建筑物上部結構與基礎之間以及上部建筑層間設置隔震層,利用軟弱隔震層的大變形來減少地震能量的輸入,減少地震地面運動對上部結構的影響,從根本上減少地震對人身安全、建筑物及其室內重要設備的破壞,以達到防震的目的。
1 隔震技術的簡要概述
隔震主要是指通過某種媒介,將建筑結構層與震源相隔開來,以達到削減地震能量、加大建筑結構穩固性的一種減震方式。隔震技術的類型有很多,下面就從地基隔震、基礎隔震這兩種隔震方法來進行探討。
1.1 地基隔震
地基隔震可以分為絕緣和屏蔽兩種,絕緣是通過地基層來降低輸入波能量的方法來達到隔震的目的。屏蔽是指在建筑物的周圍利用挖深溝或者埋入屏蔽板的方式來阻斷震源的一種方法,這種方法可以很有效的阻斷從偏斜方向傳來的震波,但是不能屏蔽從地下直接傳播上來的直入型震波。
1.2 基礎隔震
基礎隔震是通過在上部結構與基礎層之間設置隔震層來減小水平地面向建筑物上部結構的傳遞的震波能量來達到減震目的的。基礎隔震也有很多技術分類法,比如,能量吸收法、延長周期法等。
2 減震技術的簡要概述
減震技術主要是依據建筑結構的地震反應,運用自動控制系統的執行機來給建筑結構施加控制力而達到減小震波能量震動的方式。有兩種主要的減震方式:第一種方式是被動控制法方式,這種方式沒有外部能源的供給,例如,抗震消能技術。第二種方式是主動控制法方式,這種方式是以外部能源的供給來對震波能量進行能動性控制。
3 隔震減震技術的應用設計步驟
3.1 建筑結構中隔震技術的應用步驟
首先,要依據建筑物的樓層高度和樓層數、以及建筑結構的結構類型與周邊場地環境來綜合確定其隔震結構方案。一般來說,隔震技術通常是應用在建筑體型比較有規則的低層建筑物中,由于隔震技術本身特點的限制,使得其在高層建筑物中的運用效果不太理想。在分析建筑結構確定隔震方案的選用時,要選擇穩定性較好的建筑場地,另外,要保證建筑結構的隔震體系具備良好的抗傾覆能力就必須將風荷載標準值與其他非地震體系的水平荷載標準值所結合而產生的總水平力小于建筑結構總重力的十分之一。
其次,要精確的確定隔層的位置。隔震層通常是設立在建筑物結構第一層以下的部位,而橡膠隔震支座應設立在受力比較大的位置上,其規格尺寸、數量的多少、以及在建筑中的分布情況等都應該依據建筑的垂直承載力度、旁側受力剛度、以及側向阻尼的要求來計算確定。另外,隔震層在突發性較強較烈的罕遇地震中應該保持其穩定性能,盡量避免出現過大的變形,導致隔震層的永久變形;同時,也要避免隔震層橡膠支座的拉應力情況,保證支座的正常應用狀態。
第三,要對隔震支座進行精確的布置和選型。先以隔震層的上部結構為基點測算每個建筑隔震支座的軸向力,然后測量出每個隔震支座的直徑,進而對其進行合理的平面布置,而在平面布置時要將支座的質量中心與剛度中心點重合在一個核心點上。
第四,要準確測算建筑結構的水平減震系數以及在進行隔層設置后各層所承載的地震力。這個過程要依據減震系數來進行可行性的設計,再通過隔震層以上的水平結構地震作用以及抗震系數進行驗算,其中,對構件承載力的測算要具備0.5以上的安全儲備空間。
第五,要準確的驗算隔震層的水平位移以及其下部支座承載力的計算,其中,支座的水平剪力要按照其剛度的適配標準來分配。
第六,完成隔震層的橡膠支座設置工作后,要及時驗算豎向地震的作用力。除此之外,隔震層頂部的構建設置剛度要充分的滿足梁板體系,同時隔震支座周圍的梁柱等都應經過箍筋的加密,必要時,還需在隔震層的拐角處設置網狀鋼筋來確保隔震層的可靠牢固性。
3.2 建筑結構中減震技術的應用步驟
能否有效確定建筑結構的總剛度以及總阻尼是算建筑結構體系中消能減震力度的關鍵。分為五個基本步驟來設計:首先,要依據建筑物的建筑標準原則、所需要的設防烈度、場地周邊條件以及突發性過強過烈地震作用下的結構位移控制情況來綜合確定此建筑物的減震要求。第二,要依據所用建筑結構材料來分析確定材料構件的斷面尺寸大小。第三,要依據建筑結構的類型特征來合理的選擇消能器,同時確定其消防器材的分布形式與所需數量。第四,要縱觀建筑物整體格局來分析減震抗震的消能設計。最后,在建筑物構建基本完成后,要及時采取必要的構造措施,來保證建筑結構的使用質量。
4 結語
相比于傳統的抗震結構來說,隔震減震技術的應用為建筑結構的牢固性帶來了極大的優越性。它不僅能在突發性震烈度超強的地震中保證建筑物結構本身的完好,還能保護建筑結構內部設備以及居住人員的安全。同時也有研究表明,減震控制下的建筑結構體系是傳統抗震結構體系性能的兩倍以上,由此可見,隔震減震技術在建筑結構中的大力推廣將刻不容緩。
參考文獻
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建筑物的阻尼大小對于消耗地震能量有著重要的作用。減震措施正是利用這一點,通過增加建筑的阻尼來消耗地震來時的地震能量,從而保護了主體結構免受震害或減輕震害。而消能部件如何布置,個數及具置都需經分析計算而定。一般來說,消能構件應設在結構的兩個主軸方向,這樣可使兩個方向的阻尼和剛度都有附加。除此以外,還可將消能構件設置在結構變形較大的位置,從而能夠均衡整個建筑物的阻尼,更好地耗散地震能量,保證整個建筑物的抗震安全。隔震措施在使用上是有時間限制的,一定要對使用隔震措施的建筑在動工以前進行相關的隔震設計。最遲也要在建筑的施工過程中在某些關鍵部位進行布置。隔震措施使用的部位也是有選擇的,一般在建筑物的地基或基礎進行隔震設計,或是建筑物的關鍵部位。
與隔震措施不同,減震措施在使用時間上沒有限制。它既可以用于新建結構,如對建筑物的基礎部分進行特殊處理,對建筑物的局部設置消能減震措施。它也可應用于建筑物建成以后,作為抗震加固的措施,對建筑物進行增加阻尼從而達到減震的效果。從適用部位上說,減震措施的適應范圍很廣。從建筑物的上部結構到建筑物設隔震夾層,它都是適用的。消能減震技術通過在建筑物的結構上增加消能減震裝置,即設置特別的機構和元件,增加結構的阻尼比,來控制預期的結構變形,從而讓這些附加裝置吸收和消耗地震能量,達到保護主體結構安全,使主體結構在罕遇地震作用下不會發生嚴重的破壞。據大量數據顯示,使用消能減震的結構的抗震性能明顯提高。此時,主體結構的抗震構造措施可以按照沒有設置消能減震前的結構進行相應的降低。以兩者的地震影響系數之比來確定降低程度,但不能超過1度。常見的減震結構有很多,本文將著重介紹無粘結支撐體系減震技術和蹺動振動控制技術。建筑結構減震技術中對地震反應最機敏的減震體系即是無粘結支撐體系。它是在內鋼支撐和外包混凝土之間涂抹無粘結漆,這樣可以形成滑移界面。主要是通過內外鋼之間的配合來消耗地震能量,內鋼作為承擔建筑物重要的主要構件,外鋼則作為輔助。這種減震技術最大的缺點就在于,相關部件和各個減震結構的設計計算都必須非常精確。蹺動減震技術是將整個結構或結構中地震力較大的柱、豎向連續墻等與下部基礎豎向不堅固。這樣可以使相對薄弱的構件或結構在強烈地震作用下避免較大的損壞。
2建筑結構隔震減震的方法措施
隔震技術的使用與建筑物場地的類別有很大關系。國內外大量工程顯示,隔震房屋更適用于硬土場地。如果使用于弱土場地,地震波的中高頻分量將由于場地的特點被過濾掉,使得結構的周期延長,地震效應反而增大。所以,當隔震結構應用于IV類場地時,應進行專門的調查和研究。
2.1地基材料隔震建筑物地基材料的使用對于地震波的反應有著很大的區別。對建筑物的基礎部分使用特殊的材料,通過這種特殊處理來削弱地震波,減小建筑物地震中的震感和反應。傳統上,建筑物的基礎部分會使用粘土和砂子墊層,也曾有人以糯米為原材料設置墊層,來進行相關的研究。到目前,關于這部分特殊材料的發展已經有了新的突破,研究發現,使用瀝青作為原料的新型特殊材料來設置隔震層,隔震效果更好。
2.2基礎隔震基礎隔震的初衷是讓地震波在基礎部分被消耗掉,難以向上部結構傳遞,這樣就可在定程度上的隔斷地震對于上部結構的影響。隔震裝置設置在基礎與上部結構之間。體形規則的低多層建筑使用隔震技術比高層建筑效果要好的多。這是因為對于高層建筑結構,隔震結構延長了結構的自振周期,使得隔震效果較差。目前基礎隔震和隔震裝置都有多種形式,發展的都比較完善。
2.3層間隔震層間隔震是指在原結構上安裝耗能減震裝置,這種耗能減震裝置是由質量和隔震支座組成。在地震時,隔震裝置和減震質量一并指揮作業,能夠吸收和消耗地震能量,減小整個建筑結構的地震作用。整體來說,層間隔震結合了抗震技術和隔震技術。但與基礎隔震技術相比,層間隔震帶來的減震效果稍差,降低約10%~30%。雖然層間隔震技術的效果不是非常明顯,但應用范圍很廣,即可應于新建建筑物,也可用于既有建筑物的加固。隔震裝置可以采用橡膠支座,利用結構的夾層或原結構的隔熱層做簡單的改建,就可以達到減震的效果。
2.4懸掛隔震懸掛隔震結構的初衷是使地面的地震波傳遞不到主體上,這樣就可以避免主體結構受到地震的損害。因此,懸掛隔震技術將結構的大部分或全部質量懸掛于地面之上,地震來時,上部結構與地震波分離,產生不了慣性力,隔震效果明顯。懸掛隔震技術主要應用于鋼結構。大型鋼結構包括主框架和子結構,將子結構懸掛,主體的框架結構便可有效地與子結構隔離。當地震的能量傳到懸掛部位的時候,地震作用大大削弱,就可以減小和控制地震的傳遞和反應。
2.5建筑走向大量震害表明,房屋在震中的受損程度與震向有很大的關系。相比與地震震向垂直的建筑物,與地震震向平行的建筑物受到的破壞更大。這是因為,當建筑物與地震震向,即地震波運動的方向一致時,隨著地震運動的幅度更大,因此受到的震害越慘重。在建筑物的設計過程中,應當充分地考慮這一點,地震與地質結構是息息相關的,即應該充分地考慮當地地質條件。搞清和分析建筑物所在地的地震震向,設計時使建筑物的走向與地震震向保持垂直,從源頭上減輕建筑物的地震反應。
3結束語
【關鍵詞】隔震;橡膠;支座;阻尼;結構
中圖分類號: TU761 文獻標識碼: A 文章編號:
1、工程結構防震減震技術的歷史
從20世紀出開始,靜力理論逐漸得到發展,減小了結構體系的剛度,并形成柔性結構體系,工程抗震防災技術的發展,使上部結構剛度得到增加,并在柔性底層結構體系中減少了結構底層剛度,一直到現在,工程抗震防災技術已經基本發展到全國普及的地步,而且延性結構體系的傳統抗震方法也得到了廣泛的應用。
“設防烈度”一般情況下會做為傳統抗震方法的設計依據,此方法以“抗”為核心,通過控制構件的剛度以及非彈性狀態下的延性,來達到抗震目的,這個方法能有效的消耗地震波能量以及減輕地震反應,達到使建筑物“裂而不倒”的效果。
2、建筑結構防震技術
2.1 防震方法
現在城市建筑物防震方法可分為兩大類:一,建筑物的結構抗震方法。其中包括底部剪力法、振型分解法、時程分析法、頻譜法、隨機振動法等。二,建筑物的結構減隔震方法。其中包括輥軸隔震、滾珠隔震、橡膠墊塊隔震、懸掛基礎隔震、搖擺支座隔震、滑動支座隔震、懸掛結構隔震、耗能減震、沖擊減震、主動控制減震等。
2.2彈性建筑
彈性建筑是一種防震效果最佳的新型防震建筑,其特點是以柔克剛。最常見的彈性建筑是建在隔離體上的防震大樓,隔離體由分層橡膠、硬鋼板組和阻尼器組成,建筑結構不直接與地面接觸。阻尼器由螺旋體鋼板組成,以減緩上下的顛簸。此外,在滾珠和彈簧上建造大樓是抗震新法,其共同特點是通過隔離或吸收地震能量,減少到達建筑物的振動,防止地震破壞。
3、建筑隔震技術
3.1 隔震結構體系
為保留柔性底層結構體系的特性、避免底層結構構件的損壞,可采用隔震結構體系。根據隔震裝置所處的位置,將隔震結構特性分為地基隔震、基礎隔震和層間隔震三大類。
地基隔震可分為絕緣和屏蔽。絕緣是利用軟弱地基或象人工地基那樣較軟的地基有降低輸入加速度的性質,在地基自身中降低輸入波的方法,但設計時首先必須保證地基對建筑物的支承強度和基礎沉降量不超過允許值。屏蔽是在建筑物周圍挖深溝或埋入屏蔽板等將卓越長周期的剪切波(S波)隔斷的方法。這兩種方法都是以地基為對象,用以減少地震波輸入,實際工程設計中應用較少。
基礎隔震是目前應用最為廣泛最為成熟的一項技術,它是在建筑物基底設置控制機構(隔震裝置)來隔離地震能量向上部結構傳輸,使上部結構的振動減輕,防止地震破壞。一些研究和應用較廣泛的基礎隔震方案有:①橡膠墊隔震裝置。包括天然橡膠墊,標準多層橡膠墊,高阻尼橡膠墊,加鉛多層橡膠墊等。②滑移隔震。在房屋基礎底面處設置鋼摩擦滑板、石墨、砂料、涂層墊層及聚四氟乙烯等材料形成滑移層,使建筑物遭遇地震時,通過該處不連續介面的滑移錯動,部分地切斷地震波的傳播,限制上部結構的地震反應。③滾珠及滾軸隔震。用高強合金制成的滾珠(滾軸)涂以防銹或層后置于上部結構與基礎之間,地震作用下,通過滾珠及滾軸滾動而達到隔震的目的,此外還有擺動隔震、懸吊隔震、螺栓鋼彈簧隔震、混合隔震等裝置。
隔震裝置除了可以設在建筑物基底,還可視需要設置在建筑物層與層之間,即形成層間隔震體系。一種是將隔震層設置在結構一層、中間層的隔震結構;一種是將MD系統中的彈簧一阻尼器用疊層橡膠支座代替、用頂層樓板或隔熱層作為質量塊的屋頂隔震。由于這類結構的隔震裝置都是最初用來隔震的橡膠支座,只是隔震層的位置不同,故統稱為層間隔震結構。
3.2橡膠支座
根據“基礎隔震”理論研究開發的建筑隔震橡膠支座是當今世界上應用最多、技術最成熟的隔震元件。橡膠支座的隔震原理是在建筑物或構筑物基底或某個位置上設置橡膠支座,利用橡膠支座的水平柔性形成一道柔性的隔震層,通過此層吸收和耗散地震能量,以集中發生在隔震層的較大相對位移為代價,阻止或減輕地震能量向上部結構傳遞,并使整個建筑物的自振周期得以延長,以減輕上部結構地震反應,最終達到減輕上部結構地震破壞目的。據有關資料報道,裝用橡膠支座后,建筑物受地震沖擊破壞的能量可減輕1/3~1/5。
目前常用的建筑隔震橡膠支座有三種:①天然橡膠支座,是由多層天然橡膠板與多層鋼板相互疊合而成。天然橡膠耐老化、耐蠕變性能好,但減震(阻尼能力)差,作為隔震用途時,往往與其它阻尼裝置配合使用,其外部用耐侯性、耐臭氧性好的合成橡膠做保護層。②高阻尼橡膠疊層支座,由于采用高阻尼橡膠,具有隔震橡膠所需要的穩定支承、彈性復位和阻尼功能,可單獨作為隔震裝置使用。其橡膠材料為天然橡膠和合成橡膠并用,或用氯丁橡膠、硅橡膠,由于其本身具有較好的阻尼性能,不需與其它阻尼裝置配合,可單獨使用。③鉛芯疊層橡膠支座,在普通天然橡膠支座的中孔灌入鉛芯而成,其目的一是提高橡膠支座的阻尼,二是增加支座的早期剛度。近年為保護環境,改用錫代替鉛。
4、建筑結構減震技術
4.1消能減震設計原理
消能減震設計指在抗側力結構中設置消能裝置,通過其局部變形提供附加阻尼,以消耗輸入上部結構的地震能量,從而使主體結構構件在罕遇地震下不發生嚴重破壞。消能裝置通常由阻尼器、耗能支撐等組成。消能裝置不改變結構的基本形式,房屋的抗震構造與普通房屋相比不降低,其抗震安全性可有明顯的提高。
4.2技術要求
需要減少地震水平位移的鋼和鋼筋混凝土等結構類型的房屋宜采用消能減震設計。減震設計應根據罕遇地震下的預期結構位移控制要求,設置適當的消能部件。消能部件應對結構提供足夠的附加阻尼。目前減震部件較多有:橡膠墊隔震減震器、空氣阻尼式減震器、不銹鋼絲繩減震器、封閉形減震器等等,石墨也是較理想的助滑劑材料。
消能部件可由消能器及斜撐、墻體、梁或節點等支承構件組成,消能器與斜撐、墻體、梁或節點等支承構件的連接,應符合鋼構件連接或鋼與鋼筋混凝土構件連接的構造要求,并能承擔消能器施加給連接節點的最大作用力。消能器可采用速度相關型、位移相關型或其他類型。速度相關型消能器指粘滯消能器和粘彈性消能器等;位移相關型消能器指金屬屈服消能器和摩擦消能器等。消能部件可根據需要沿結構的兩個主軸方向分別設置。消能部件宜設置在層間變形較大的位置,其數量和分布應通過綜合分析合理確定,并有利于提高整個結構的消能減震能力,形成均勻合理的受力體系。與消能部件相連的結構構件,應計入消能部件傳遞的附加內力,并將其傳遞到基礎。
消能器和連接構件應具有耐久性和良好的易維護性。設置隔震部件和減震部件的部位,除按計算確定外,應采取便于檢查和替換的措施。
參考文獻:
[1]祁皚.層間隔震技術評述.地震工程與工程振動,2004(6)
【關鍵詞】隔震結構;基礎隔震;隔震支座;結構設計
隨著我國經濟的飛速發展,工程建設的規模之大、發展之迅速也前所未有。作為一個幅員遼闊、人口密集的國家,高層建筑、大跨橋梁、超長隧道等一系列大型工程結構的建造如火如荼。我國作為世界地震多發地之一,建筑結構抗震的研究也一直沒有停止[1-2]。傳統抗震結構的抗震設防目標為“小震不壞”、“中震可修”、“大震不倒”,這要求結構應具有相當的承載力和塑性變形能力,從而抵抗地震作用和吸收地震能量。
1.結構隔震原理及應用特點
所謂隔震,是在結構的基礎或其它部位設計隔震層來隔離或消耗地震能。由于隔震層水平剛度較小,延長了結構的自振周期,避開了地震動的卓越周期,使結構的加速度反應明顯降低,而結構的位移反而增大;同時,由于隔震層具有較大的阻尼,使結構的加速度反應進一步減小,而結構的位移反應也有所減小;并且,結構的位移主要集中在隔震層,上部結構類似整體的水平運動,上部結構的層間位移較小,從而起到保護上部結構及其內部設施的作用。
國內外大量的理論與實驗及結構的實際地震記錄表明:隔震技術一般可使結構的水平地震加速度反應降低60%左右[3],從而消除或有效減輕結構和設施的地震損害,不但提高結構及其內部設施和人員的安全性,也提高了震后建筑物繼續使用的能力。隔震結構以其優良的減震效果、安全性、耐久性、經濟性、適用性,得到地震工程界的認可。
隔震技術可用于對抗震安全性和使用功能要求較高或特定要求的建筑,如城市生命線工程及重要建筑(核電站、醫院、消防、電力、通信、指揮中心、機場航站樓等)和各類一般工業與民用建筑。此外,隔震結構還可用于舊有工程結構的抗震加固。根據隔震結構的特點,《抗震規范》將隔震結構分為隔震層以上結構、隔震層和隔震層以下結構和基礎等幾部分分別進行抗震設計。
2.常見隔震技術分類
隔震系統一般由隔震支座、阻尼器、地基微震動與風反應控制裝置等部分構成。應用較為廣泛的隔震系統主要包括橡膠支座隔震系統、滑移支座隔震系統和擺動隔震系統[4],另外還有比較新的混合控制隔震系統。
2.1 疊層橡膠支座隔震系統
疊層橡膠支座是由薄橡膠板和薄鋼板分層交替疊合,經高溫高壓硫化粘接而成。在豎向荷載的作用下,橡膠層的橫向變形受到上下鋼板的約束,從而使支座具有較大的豎向承載力和剛度。在水平荷載作用下,薄鋼板不影響橡膠板的剪切變形,使支座具有較小的水平剛度,并使橡膠層的相對位移大大減小,從而使橡膠支座在較大水平變形狀態下不會發生失穩。疊層橡膠支座根據使用的橡膠材料和是否加鉛芯可以分成低阻尼天然及合成橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。
疊層橡膠支座抗老化能力強,具有很好的耐久性,主要適合于隔離一定高度的砌體或鋼筋混凝土結構,在一般情況下,這類結構不會出現豎向提離問題,風載問題也不占動載荷的主要地位。由于采用了抗拉拔力的高強度橡膠支座和巧妙的設計方法,隔震技術已能用于高寬比3~5,高度60~120m的超高層建筑上[5]。據統計,國內使用疊層橡膠支座的房屋的建筑面積在(1.50×l06)m2以上[6],日本、美國、新西蘭、法國、意大利、智利等國家建造了大量的這類隔震建筑和橋梁。
2.2 滑移支座隔震系統
滑移支座隔震系統也是一種應用廣泛的隔震體系,包括摩擦擺系統、Electricite-de-France系統(EDF)、恢復力-摩擦支座隔震系統等[l].基礎滑移隔震的基本原理是把建筑物上部結構做成一個整體,在房屋上部結構與基礎之間設置滑移隔震裝置及限位裝置組成的隔震層;當發生一定強度的地震時,上部結構相對于基礎作整體水平滑動,通過控制隔震裝置的大小隔震層的滑動錯動隔離了傳向上部結構的地震力,限制基礎傳給建筑物底部的摩擦力及輸入建筑物的能量,并將已輸入結構的能量反饋到隔震縫處,使得變形及能量耗散主要在隔震縫處,從而大大減少了上部結構的地震反應。我國較早對該技術進行應用,1997年太原建成一棟九層摩擦滑移隔震房屋,并于1998年成功進行了側推滑移試驗。
2.3 混合控制隔震系統
混合控制隔震系統是將疊層橡膠支座與電、磁流變阻尼器等半主動控制裝置(或稱智能阻尼器)或主動控制裝置混合在一起使用,發揮被動控制和主動控制(半主動控制)的綜合優勢,既能控制隔震系統上部結構的地震加速度反應和層間變形,又保證隔震層不會發生大位移。該隔震系統的主動作動器需要的能量小,適應性強,控制效果好,被認為是有發展潛力的新一代隔震系統。
3.結構隔震技術的應用和展望
早在1千年前,中國人就開始應用各種隔震技術建造房屋。如柱基“鉸接”隔震和墻基設滑移層等。這些采用了隔震技術的古代文物建筑,歷經多次大震而至今屹立不倒。近20年來,現代隔震技術在土木工程中得到了較大規模的應用。在美國,第一幢采用基礎隔震技術的4層結構于1984年初開始建造,并于1985年中期完成。在日本,目前采用基礎隔震技術的結構己經超過1000幢。目前隔震結構發展所面臨的問題也是未來一段時間需要研究解決的重點問題,主要集中在以下幾個方面:首先,隔震支座是隔震系統的重要部件,它的安全性、耐久性、經濟性決定著隔震技術的應用與推廣程度。對所有隔震系統來說,未來研究最重要的領域是隔震器及其組成材料的力學性質的長期穩定性。其次,隔震技術已發展得較為成熟,但在推廣應用方面,仍存在不少問題。為了推動隔震結構的廣泛使用,在降低隔震系統造價的同時,必須能對隔震結構的經濟性能進行準確的定量評估,綜合考慮隔震結構的功能、安全、經濟因素之間的平衡。過去隔震結構的優化設計大多是僅針對隔震器、阻尼器參數進行優化,但是上部結構與控制器是整體協調作用的,應該將上部結構與控制器組成的隔震系統進行一體化優化設計,以避免出現“顧此失彼”的優化設計[6]。
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【關鍵詞】高層隔震結構;組成;原理;設計方法
中圖分類號:S611文獻標識碼: A 文章編號:
高層建筑的安全問題是現代建筑在設計和施工時面臨的一個難題,特別是在地震多發的區域,必須要提高高層建筑的抗震能力,保護建筑的安全。而高層建筑結構隔震技術作為一種新型的抗震防災技術,能夠大大提高高層建筑的抗震能力,這一事實已經在1994年美國圣費南爾多地震、1995 年日本阪神地震中得到了驗證,并且表現出了良好的減震效果。近年來, 這一技術被廣泛地推廣和應用到高層建筑之中。本文對目前高層建筑隔震技術的設計進行了總結,并對此展開研究,希望能夠為高層建筑的隔震結構設計做出自己的貢獻。
一、高層隔震系統的組成
基礎隔震建筑體系通過在建筑物的基礎和上部結構之間設置隔震層,將建筑物分為上部結構、隔震層和下部結構3 部分。地震能量經由下部分結構傳到隔震層,大部分被隔震層的隔震裝置吸收,僅有少部分傳到上部結構,從而大大減輕地震作用,提高隔震建筑的安全性。經過人們不斷的探索,如今基礎隔震技術已經系統化、實用化,它包括摩擦滑移系統、疊層橡膠支座系統、摩擦擺系統等。目前工程最常用的是疊層像膠支座隔震系統。這種隔震系統,性能穩定可靠,采用專門的疊層橡膠支座作為隔震元件,該支座是由一層層的薄鋼板和橡膠相互放置,經過專門的硫化工藝粘合而成,其結構、配方、工藝需要特殊的設計,屬于一種橡膠厚制品。目前常用的橡膠隔震支座有:天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。
二、高層基礎隔震技術原理
傳統的抗震結構是通過結構和構件來抵抗并消耗地震能量的,設計時將地震作用力作為一種外加荷載,與作用在結構上的其他荷載進行組合來設計和驗算結構是否滿足設計和使用要求。隔震建筑則增加了專門的變形和耗能裝置:橡膠隔震支座和阻尼器(如鉛阻尼器、油阻尼器、鋼棒阻尼器、粘彈性阻尼器、滑板支座等)橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性得位能力、良好的變形能力等特性,此外鉛芯橡膠隔震支座同時還具有消耗地震能量的耗能特性。另一方面,傳統的抗震結構體系中,低層抗震建筑的周期延長到2-5秒,有效地降低了結構的地震加速度反應。
疊層橡膠支座簡化剪切剛度
采用隔震技術,上部結構的地震作用一般可減小3-6倍,地震時建筑物上部結構的反應以第一振型為主,類似于剛體平動,基本無反應放大作用,通過隔震層的相對大位移來降低上部結構所受的地震荷載。按照較高標準設計和采用基礎隔震措施后,地震時上部結構的地震反應很小,結構構件和內部設備都不會發生破壞或喪失正常的使用功能,在房屋內部工作和生活的人員不僅不會遭受傷害,也不會感受到強烈的搖晃,強震發生后人員無需疏散,房屋無需修理或僅需一般修理。從而保證建筑物的安全甚至避免非結構構件如設備、裝修破壞等次生災害的發生。
三、高層隔震體系的特殊性
高層、超高層隕震體系與常規的隔震體系相比,具有特殊性。首先對高層隔震建筑,上部結構不能滿足剛體運動的假定,高振型反應分量的影響不能忽視,不能簡單地以結構第一振型為主確定上部結構反應;二是由于高層、超高層結構的水平地震力產生的傾覆力矩比較大,在較大地震和強風作用下,隔震支座可能會有拉應力的出現,如何避免和控制隔震支座的拉應力是一個問題。三是高層、超高層的自振周期都比較長,所以必須進一步延長高層、超高層隔震建筑的基本周期,以達到更好的隔震效果。低彈性、大變形能力的隔震支座的開發和性能研究是在強震和強風作用下的各種分析,具有較高的研究價值和重大的工程意義。
四、高層隔震結構的設計
地震對建筑物的破壞作用,是由于地面運動激發建筑物強烈振動所造成的,也就是說,破壞的能量來自地面,通過基礎向上部結構傳遞。人們總結地震經驗發現,地震時結構底部的有限滑動能大幅度地減輕上部結構的破壞程度,因此在建筑物上部結構與基礎之間以及上部建筑層間設置隔震層, 利用軟弱隔震層的大變形來減少地震能量的輸入,減少地震地面運動對上部結構的影響(隔震一般可使結構的水平地震加速度反應降低60% 左右), 從根本上減少地震對人身安全、建筑物及其室內重要設備的破壞,以達到防震的目的。隔震措施主要包括基礎隔震和層間隔震。基于可動概念的基礎隔震方案主要有以下幾種:
(一)軟墊式隔震
軟墊式隔震是在房屋底部設置若干個帶鉛芯的鋼板橡膠塊隔震裝置,使整個房屋坐落在軟墊上。與傳統結構相比,在結構底部設置軟墊式隔震裝置的樓房在遭遇地震時,樓房底面和地面之間產生相對水平位移,房屋自振周期加長,主要變形都發生在軟墊處,上部結構層間側移變得很小,從而保護結構免遭破壞。
(二)滑移式隔震
滑移隔震體系是指在上部結構和建筑物基礎之間設置一個滑移面,并在滑移面上使用摩擦系數較小的摩擦材料(鋼珠、石墨等),允許建筑物在發生地震時相對基礎作整體水平滑動,使結構與基礎解鎖,起到隔離地面運動的作用。同時建筑物在滑動過程中通過摩擦耗散了地震能量,有效限制能量向上傳遞和向下反饋,從而達到減震的效果。
(三)擺動式隔震
擺動式隔震是將基礎支撐在可擺動的短柱群或樁基上,或者將基礎設計成底部呈球狀的整體,并在基礎側面采用圓形彈簧作為阻尼器。在地震作用下,基礎可產生一定的傾向和擺動,即以低的剛度控制結構的反應,延長自振周期,從而減輕地震作用。此種擺動隔震方式實際上是柔性底層概念的改進和引伸。
(四)懸吊式隔震
懸吊式隔震是將整個結構物懸掛在巨型鋼架或鋼筋混凝土內筒上,地震時,懸掛物和支撐協同工作,從而大幅度減少建筑物所受到的地震慣力。其中應用最廣泛的是多層懸掛樓板結構,主要用于公共和生活建筑。層間隔震是結構隔震與抗震相結合的一種方法,它是在原結構上安裝由質量和隔震支座組成的耗能減震裝置,地震時,耗能減震機構吸收并消耗地震能量,從而減小原結構的地震反應。上部隔震部分結構對下部抗震部分也具有反作用。它的減震效果一般在10 %~40%之間,顯然它的減震效果不及基礎隔震結構,但它可利用結構的加層或原結構的隔熱層,做適當的改建,從而達到減震目的。所以這是一種簡單、容易實現的方法,在增加少量投資的同時,大大提高結構的抗震能力,適用于舊房加層和抗震加固結構。層間隔震常用的支座是橡膠支座,可提高彈性回復力。
五、結語
目前,國內有關高層隔震建筑物在設計和施工方面的研究仍然相當欠缺,在這一領域存在較大的技術空白,一定程度上阻礙了高層隔震建筑的發展。而對于已經完成的研究報告仍有待各有關部門的探討和評估,并且接受生產實際的檢驗,使研究的成果得以展現,最終能應用于高層隔震建筑物結構的設計審查、隔震消能材料的認證與認證機制以及評定機構的指定工作中來。如何有效的結合各有關部門和機構,研究高層結構隔震技術,是我們技術工作者的共同任務。
參考文獻
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【關鍵詞】建筑結構;隔震;減振;振動控制
我國建筑行業有著悠久的發展歷史,在建筑行業不斷發展過程中很多新技術和新材料和不斷涌現,建筑工程施工技術也取得了很大進步。現階段,西方發達國家以及開始著手研究高層建筑物的振動控制技術。我國高層建筑工程項目建設數量不斷提升,高層建筑工程項目與傳統建筑工程項目建設有著較大的差異性,對建筑工程項目的耐久性和穩定性要求更為嚴格。我國想要促進建筑行業的進一步發展,使得我國建筑水平不斷發展到一個新的高度,也需要加強建筑結構隔震、減振和振動控制的研究力度。
1被動控制與主動控制隔震技術分析
隔震技術發展速度很快,屬于一種比較典型的建筑結構振動控制就是。但是需要注重的是,現階段我國建筑領域中對高層建筑工程項目的減振機理還沒有形成統一性的認知,相關研究理論還不夠豐富,導致高層建筑工程項目隔震結構設計工作開展中缺乏有力的依據,高層隔震結構不能發揮出應用的作用,甚至還會導致高層建筑工程項目應用存在一些不良安全隱患。對于建筑隔震結構而言,高階振型反應譜加速度的減少量在一定高度反應譜加速度減少量中會超出很多,但是在多層建筑工程項目中,高階振型的減少量與低層振型并沒有存在較大的差異性。(1)被動隔震控制技術。被動隔震控制技術應用中,最為關鍵的就是基層隔震處理。建筑結構設計人員會在建筑結構的基礎部門與上部結構之間進行隔震層的建設,從而有效實現建筑基礎與上部結構的有效隔離,降低地震能量的傳播成效,提升建筑工程項目的抗震性能,縮減地震能量對建筑主體結構的破壞作用。與傳統類型的抗震結構進行綜合比較,被動隔震技術的優越性更強,可以使得建筑工程主體結構在地震自然災害的影響下仍然保持良好的應用安全性,建筑內部中的非結構構件也可以得到保護,還能加強建筑內部眾多物品振動的控制力度。地震自然災害過后建筑工程項目不需要進行大規模的修復工作,只需要對建筑隔震裝置進行更換就可以了,加強了建筑工程項目維護檢修的便捷性。(2)主動隔震技術分析。主動隔震技術與被動隔震技術相比較要復雜很多,其中需要應用傳感器、信號處理器等眾多先進設備。在建筑物本身發生振動后,對建筑物施加一定與建筑物振動方向相反的控制力,從而降低振動對建筑結構造成的損害。傳感器設備運行會檢測建筑物本身的動力響應情況,同時還會對建筑外部的激勵作用進行分析,將采集到的信息以數字信號的方式傳輸到計算機控制中心,計算機控制中心會根據編程輸入的算法確定施加力的程度,在能源驅動設備的支持下輸出一定的反向力,自動化的對建筑振動反應進行調節,強化建筑的抗震性能。(3)半主動和混合控制技術。半主動隔震控制體系主要是以被動控制技術為主的,通過較小功率的輸出,轉變被動控制系統的運行參數和實際運行轉狀態,輸出一定的振動控制力,保證建筑結構可以一直處于健康穩定運行狀態中,也可以將其稱之為參數控制裝置。此過程中主要是利用了建筑結構的反應信息,以及建筑結構外部的干擾信息對振動進行有效調控的。
2減振與振動阻尼器控制技術
即將原本施加在建筑結構上的地震能量轉移到其它結構和構件中去,實現地震能量的轉移和消耗,加強建筑主體結構的保護力度。該項技術實際應用中,地震能量消耗元件與建筑主體結構之間存在著非常緊密聯系,可以將地震能量消耗元件看做是建筑主體結構中的重要構成內容,可以將其看作是建筑主體結構的延伸,具體有以下幾種操作方式。第一種就是摩擦阻尼設備的應用,將摩擦阻尼設備與建筑主體結構進行有效連接,達到類似于雙線性滯回特性的阻尼耗能成效,應用比較廣泛的有鋼絲繩、螺旋圈阻尼設備等。摩擦阻尼設備自身性能比較優越,可以自動化的進行復位,復位處理時會根據結構本身的剛度性能進行操作。
3結束語
對建筑結構的隔震、減振、振動控制進行探究是具有重要意義的,對促進我國建筑領域發展有著積極影響。建筑結構設計人員還需要不斷加強研究力度,豐富相關的理論研究成果,找尋更多有效的建筑結構隔震、減振、振動控制技術,為我國建筑領域實現可持續發展提供良好的技術保障。
作者:孔源 單位:中國煙草總公司合肥設計院
參考文獻
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關鍵詞:建筑物 結構 減震控制
中圖分類號:TU3文獻標識碼:A
地震是人類所面臨的最嚴重自然災害之一,隨著近年來相繼發生的汶川地震、玉樹地震和雅安地震,對整個中國而言都是重大的打擊,也不得不讓人們去反思我國在抗震、減震措施中所存在的不足。傳統的建筑物結構抗震采用的是彈塑性設計方法,通過增強結構自身在延性、強度以及剛度方面的抗震性能來抵抗地震產生時的作用。然而這屬于被動消極的抗震對策,由于抗震設計的建筑結構不具備自我調節的功能,在地震出現時很可能無法滿足安全性的需要。隨著現代控制理論被逐漸應用于建筑工程領域當中,并通過幾十年的不斷發展與完善,結構減震控制在減震效果上明顯優于傳統的抗震設計方法,在當前世界各國的建筑工程領域中都得到了廣泛發展和應用。
一、建筑物結構減震控制的發展概述與分類
1、發展概述
在1972年,美國學者J.T.P.YAO首次提出了結構控制的概念,通過幾十年的發展與完善,世界各國都相繼開展了建筑結構建筑控制在技術和理論方面的研究,并積極致力于在建筑領域中的推廣和應用。我國在《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)中也將結構減震控制中的隔震和消震方面的內容納入其中,并制定了《疊層橡膠支座隔震技術規程》和《建筑隔震橡膠支座標準》這兩個相關技術標準規范。
2、建筑物結構減震控制的分類
建筑物結構減震控制可根據是否需要外部能源的輸入進行分類,主要分為被動控制(Passive Control)、主動控制(Active Control)與混合控制(Hybrid Control)三類。
(1)被動控制
被動控制是指在建筑物結構的某些部位裝設耗能裝置,或對結構本身某些構件進行動力特性的改變,控制過程中既不依賴于結構反應的信息也不需要外部能量提供控制力,具有構造簡單、易于維護和造價低等方面的特點。被動控制主要包括了基礎隔震技術、耗能減震技術和吸震減震技術,其中以改變建筑物結構頻率為主的隔震技術是在我國減震控制中應用和研究最多以及最成熟的技術,并在大量工程實際中得到了應用,本文也將著重就基礎隔震技術和耗能減震技術方面的問題進行研究和探討。
(2)主動控制
主動控制是指利用現代控制技術,對建筑物結構的輸入外部激勵條件和結構反應進行聯機實時監測,并根據計算分析結果采用加力裝置對建筑結構施加一定的控制力,實現結構的自動調節,使建筑結構在地震或其它作用力下的響應能控制在允許的范圍內。主動控制的特點是通過外部能量輸入的控制力,能有效起到保護建筑結構避免損傷的目的,然而主動控制系統結構復雜且造價昂貴,所需能量在強烈地震作用下難以實現。當前較常使用的主動控制系統有主動拉鎖系統、主動質量阻尼器等等。
(3)混合控制
混合控制是指被動控制與主動控制的協調使用,可兼具被動控制與主動控制的優點,既能大量消耗地震產生時的振動能量,也能確保控制效果的良好,具有較為良好的發展前景和使用價值。當前建筑物結構中較常使用的混合控制為主動控制與基礎隔震技術相結合的混合控制。
二、基礎隔震技術的應用
基礎隔震技術的基本原理是在建筑物結構的上部和基礎之間設置隔震消能裝置,以降低地震發生時能量向建筑結構上部的傳輸,從而實現減少上部結構振動的作用。對所設置的隔震消能裝置要求具有較大的變形能力、有足夠的初始強度和剛度而且能夠提供較大的阻尼消耗。隨著現代疊層橡膠墊在建筑領域中的應用,使基礎隔震技術進入了實用化的階段,我國于上世紀90年代也分別在云南、廣東等地建造了一些使用疊層橡膠墊進行隔震的建筑項目。
1、疊層橡膠墊支座的應用
由于現代建筑物結構減震控制中的橡膠墊支座主要采用橡膠片與薄片增強銅板進行粘合疏化的方式而加工制成。疊層橡膠墊支座的垂直向剛度很高,而水平向剛度較低,在地震荷載作用下疊層橡膠墊支座能夠隔離建筑結構的水平方向運動分量,并保持垂直方向的穩定,因而能隔離公共交通對建筑結構所產生的高頻振動,并保護結構免受地震或者其它振動所造成的傷害。
2、鉛芯橡膠墊支座的應用
鉛芯橡膠墊支座是在原有疊層橡膠墊的基礎上,在其中部圓形孔中灌入鉛而制成的,也是對疊層橡膠墊技術的發展與改進。由于鉛具有良好的塑性變形能力以及較低的屈服點,從而使橡膠支座在阻尼比上得到提高,普遍能達到20%~30%。而且鉛芯還能有效提高橡膠墊支座的耗能和吸能能力,增加了支座的初始剛度又確保了支座具有適宜阻尼,能起到抵抗微震與控制風反應的作用。
由于鉛芯橡膠墊支座具有良好的阻尼作用和隔震作用,因此在建筑物的設置中可以單獨使用,不用再另外設置阻尼器,節省了建筑空間而且施工方便,使建筑基礎隔震系統的組成相對簡單,因此在我國建筑領域得到了較為廣泛的應用。
三、耗能減震技術的應用
耗能減震技術的基本原理是在建筑物結構的某些部位設置耗能裝置,并通過耗能裝置因摩擦或彈塑性變形所產生的能耗以吸收在地震產生時輸入到建筑結構中的能量,從而達到減震控制的主要目的。耗能減震技術具有減震效果明顯、安全可靠以及經濟合理等特點,常用的耗能減震裝置主要有摩擦耗能裝置、金屬彈塑性耗能裝置等等。
1、摩擦耗能裝置
摩擦耗能裝置是按照摩擦做功而消耗能量的原理進行設計和制造的,其基本組成是金屬或其它固體材料元件,通過元件之間的相互滑動而產生摩擦力。當前我國已存在較多種不同構造的摩擦耗能裝置,例如摩擦筒制震器、摩擦剪切鉸耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦滑動螺栓節點等等。摩擦耗能裝置的種類雖多,但普遍具有良好的滯回特性和耗能能力。
2、金屬彈塑性耗能裝置
金屬彈塑性耗能裝置是通過軟鋼或者其它軟金屬材料所制成,其減震控制的原理是將建筑結構振動的部分能量利用金屬的屈服滯回進行吸收和消耗,從而達到減震控制的作用。我國在金屬彈塑性耗能裝置中也有較大的開發與研究,常見的有低屈服點鋼耗能器、錐形鋼耗能器、加勁圓環耗能器等等。這類耗能裝置普遍具有滯回性能和工作性能穩定以及耗能能力大的特點。
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