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建筑隔震技术

时间:2023-11-08 11:04:02

开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇建筑隔震技术,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。

建筑隔震技术

第1篇

关键词: 结构隔震,隔震系统,隔震方案

中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:

引言

我国的经济水平不断发展的今天,建筑业的发展也是非常的快,并且很多新的技术不断地应用到实际的施工项目中,从而保证了建筑物的质量,提升使用的安全性。地震存在着许多的不确定因素,在汶川地震中,房屋的受损数量之多是众所周知的,因此将建筑结构隔震技术应用到实际的建筑工程中是很有必要的,对于我国的建筑业的健康发展以及人们的生命财产安全具有重要的意义。

一、隔震技术的发展

其实隔震技术的萌发和应用很早,如我国著名的故宫博物院,城内有数百个大小不等的建筑组成一个旁大的建筑群,虽然处于地震区内并经受了数百年的洗礼,但是受到的地震灾害却很少,这主要是因为故宫的主要建筑都建在大理石高台之上,下面有一层柔软的糯米加石灰的柔性减震支座层,这样就能有效的阻止地震动的传递,使故宫免受震害。

现代的基础隔震理论和实践开始于上世纪70 年代。1891 年河合浩藏提出“地震时不受大震动的结构”。其隔震思路是在地基上并排铺设数层原木,并把建筑物周围挖空,从而在地震时对上部建筑起到隔震。J. A. Calantarients于1909 年提出的隔震方案是在建筑物结构与基础之间用滑石层隔开,地震时建筑物可以滑动。中村太郎于1927 年提出的隔震结构方案中以使用阻尼泵来耗散地震动的能量,并且在该建筑地下层柱的上下端采用铰接构造,建筑物可以水平自由移动。此后科学家和工程师们又提出了柔性层隔震结构以及滚动支撑类隔震系统等诸多方案,并在此基础上逐渐形成了当代的隔震系统技术。

二、隔震技术与作用机理

隔震技术尚属新兴学科,它能有效地吸收地震能量,减少结构的水平地震作用,从而消除或减轻结构和非结构的地震损坏,增强建筑物及内部设施和人员的地震安全性,提高建筑物的抗震能力。与以往的建筑结构抗震设计,采用隔震技术的建筑物具有以下优点:提高地震时结构的安全性;设计自由度增大;防止内部物品的振动移动和翻到;防止非结构构件的破坏;抑制振动的不适感;可以保证机械器具的使用功能;

隔震主要分为:积极隔震(对动力设备采取隔振措施)、消极隔震(对建筑结构采取隔震措施)。无论积极隔震还是消极隔震,采取隔震措施就是在基底和结构之间设置减振器或减振材料。在隔震设计时,要经过计算,进行多方案比较选择最佳方案。不经过计算而直接采取隔震措施,不仅无益还会加大震害。

从隔震结构原理分析得知:弹簧的刚度越大,振子的周期就越短;弹簧的刚度越弱,振子的周期就越长。当弹簧的刚度特别大,则建筑物就不能滚动,只有自身的往复变形运动,即建筑物的自身振动,隔震措施就没有发挥出隔震作用;当弹簧的刚度特别小时,建筑物就不能往复运动,即不能成为振子。当滚珠的摩擦力特别小时,建筑物的往复运动就不会停止;当滚珠的摩擦力特别大时,建筑物就会立刻停止。因此,建筑物的运动特性取决于自振周期和阻尼两个因素,而自振周期又取决于建筑物的质量和弹簧的刚度。可知,对建筑物采取的隔震措施,其效果取决于隔震器和阻尼器的特性。

三、隔震设计应注意有待解决的问题

1、对高宽比大、不符合《规范》要求的结构,在进行隔震设计时需进行整体抗倾覆验算,防止支座压屈并控制支座拉应力不超过1 MPa。验算隔震支座拉、压力时,应按罕遇地震作用计算并留有适当余地。

2、地震波在软弱( 夹层) 场地的传播特性尚不明确,软弱场地、场地有软弱夹层、下部结构变形过大的情况下应慎用隔震技术。

3、计算隔震上部结构水平地震作用时,隔震系统力学性能与水平向减震系数两者之间变化规律有待深入研究。

4、目前的隔震系统对竖向地震作用无隔离效果,隔震装置在竖向地震作用下的反应还有待进一步探讨。

四、建筑结构隔震设计

1、隔震层的位置

设置在建筑物最小层的基础隔震和设置在建筑物中间层的中间层隔震。在实际工程中, 主要根据建筑物的用途、性能、造价等因素来进行综合判断确定合适的隔震层位置。隔震层水平刚度的结构方案: 为了提高隔震效果, 隔震层的水平刚度应十分低, 使建筑物的自振周期增大。在实际中, 可以采用大间距、大直径多层橡胶的结构方案, 使得每个隔震器的受荷面积增大, 而总数减少。

2、多层橡胶层不产生拉力的结构方案

多层橡胶受拉剪的试验资料比受压剪的少, 应保证其受力可靠。因此, 多层橡胶与上部结构不采用螺栓连接而采用铰接连接, 使多层橡胶层不产生拉力。净空间距: 在遭遇特大地震作用时, 建筑物的变形不能导致碰撞。因此, 在水平方向上, 应保证具有上部结构地震变形的1.5倍~ 2.1倍的净空间距。

3、隔震构件的置换

隔震建筑中, 变形和能量吸收都集中在隔震层, 因此隔震层构件有可以置换隔震结构的优点。特别是与隔震器独立的阻尼器置换一般较为方便。由于隔震器承受建筑物的重量, 不如阻尼器置换容易。一般采用在建筑物或局部设置千斤顶来置换隔震器或对其加固。

4、隔震层水平刚度的结构方案

为了提高隔震效果,隔震层的水平刚度应十分低,使建筑物的自振周期增大。在实际中,可以采用大间距、大直径多层橡胶的结构方案,使得每个隔震器的受荷面积增大,而总数减少。

5、净空间距

在遭遇特大地震作用时,建筑物的变形不能导致碰撞。因此,水平方向上,应保证具有上部结构的地震变形的1.5~2.1 倍的净空间距。

五、隔震结构的应用与造价

1、隔震结构的应用

一般来说,隔震结构可以适合各种用途的建筑,并都能获得较好的隔震效果。出于结构的安全性、房屋内部物品的振动翻到、防止构件二次损坏等因素,更适合用隔震措施的建筑物有:住宅(居民住宅、养老院、疗养院)、公共建筑(剧院、医院、旅馆)、防灾中心建筑(学校、消防局)、核电设施(核电站、仓库)、尖端产业设施(研究所、超精密加工厂)、纪念性建筑物(纪念建筑、寺庙)等等。

2、隔震结构的造价

隔震建筑在振动性能和抗震安全性方面提高了建筑物的附加价值,因此与以往建筑物比较时,应考虑附加价值进行综合评价。在考虑隔震建筑的造价时,不仅要考虑初始造价,如果从包括建筑物在使用阶段的维修、重建、内部物品的损坏和经济损失来考虑,隔震建筑具有很好的经济性。从国内外建筑的实例来看,全部工程费用可能增加,但隔震效果好,上部结构和基础结构部分的造价减少很多。如果能有效的利用隔震层作为设备层或停车场就可以抵制隔震层的费用增加。因此,总造价可能就会降低。

结束语

建筑结构隔震技术在我国虽然起步,但是经过近几年的发展,已经取得了较好的成绩,并且在实际的应用中变得越来越广泛。但是相对于一些发达国家而言,我国的建筑结构隔震技术还存在着一定的不足,因此还需要人们不断地去进行探究,掌握好建筑隔震技术,并将其应用到实际的施工项目中,从而保证我国建筑房屋的抗震隔震等级,提高建筑物的建筑使用安全,从而保证人民的生命财产安全。

参考文献

[1]王社良. 抗震结构设计[M]. 第4 版. 武汉: 武汉理工大学出版社,2011: 221-231.

[2]朱炳寅. 建筑抗震设计规范应用与分析[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2012: 504-508.

[3]庄俊.浅谈房屋隔震结构设计[J].中小企业管理与科技,2010,(27).

第2篇

【摘要】地震依然是目前世界上能够造成大量伤亡的地质灾害,建筑如何防震一直是建筑研究的一个重要方向。大量的案例证实,采用隔震橡胶支座设计的建筑物一方面能够提升建筑物结构的可靠性,尽量避免建筑非结构的毁损,从而降低由于室内装修物体以及各类设备的破坏而导致的次生灾害,另一方面这种技术在设计和施工上均较为方便、能够起到明显的隔震效果。

【关键~】叠层橡胶支座 隔震 建筑震害

随着建筑技术的发展,如何能够使建筑尽量在地震中遭受最小破坏,尽量降低人员伤亡和财产损失,是建筑研究的一个重要方向。地震目前依旧是难以预测和完全避免的自然灾害,近年来发生在世界各地的震级较高的地震,均被记载导致了大批人员的伤亡,造成很多建筑破坏毁损。如何能够使建筑物在地震发生时尽量起到隔震的效果,是一个亟待解决的问题。特别是在多震地区,地震灾害频繁发生,一些公益性建筑采取减震技术设计已经成为一个普遍抗震减灾的可行措施。目前在建筑界已经出现了不少相关的技术,其中尤以叠层橡胶支座的隔震技术应用最为广泛。这种技术能够在建筑的上部和下部间通过增加合理的隔震层,来达到缓释强震巨大能量传导,进而降低建筑物对地震的反应,尽可能避免建筑物在地震中遭受破坏,目前这项技术已经在不少国家取得了越来越多的研究成果。

叠层橡胶隔震支座的技术原理,是为建筑物配置合理的橡胶支座,从而让建筑物在遭受地震的时候能够减少自振的频率,从而降低建筑物上部由于地震而导致的可能的破坏。叠层橡胶隔震支座隔震技术的核心装置便是橡胶支座,可以仅安装配置橡胶支座,也可以和阻尼器一起配合,从而使建筑物拥有一个隔震层。叠层橡胶隔震支座在竖直的方向具有很大的承载力,而在水平的方向则刚度不大,所以在水平侧能够允许较大幅度的位移量。这个特点使其一方面能够尽可能缓解震害在水平方向的破坏,另一方面还可以承受垂直方向的地震破坏,属于当前很多发达国家均使用的一种有效的隔震模式。

一般情况下,叠层支座是通过钢板和橡胶板以交替的方式构成,在高温高压环境下压制而成。结合制作材料的不同,可以有三种类别,包括天然橡胶叠层隔震支座、铅芯叠层隔震支座、以及高阻尼叠层隔震支座。而第一种支座由于缺乏耗能的单元,必须和阻尼器一起安装,从而拥有必要的弹塑性,起到隔震的效果。而第二种和第三种则由于已经具备足够的耗能性质,因此可以不必与阻尼器一起使用,可以直接安装在建筑物。

叠层橡胶支座与其他的防震措施相比,有不少先进性:首先是这种结构能够在竖直方向拥有较好的承载刚度,在受力压缩的情况下不易明显变形,十分便于将建筑体支撑起来,从而保证建筑的可靠性;其次是在水平方向上,叠层橡胶支座十分便于承受水平的变形,当发生剪切变形的情况下甚至能够完全不被毁损,可以显著降低配置了此种结构的建筑在地震中受到的破坏度,尤其是降低建筑物上部在地震中的水平方向位移;第三是叠层橡胶支座在变形复位方面拥有高弹性,当地震发生之后能够迅速让其所承载的建筑物恢复原来的位置;第四是叠层橡胶支座的使用寿命较长,不易老化,在建筑物的生命周期中不必更换;第五是叠层橡胶支座在结构方面并不复杂、施工起来较为方便,也能够保证施工的质量达标。

而在工程的成本造价方面,当建筑物使用了叠层橡胶支座隔震模式,如前文所述,建筑物上部的抗震性显著增强,因此在构造方面的标准可以适当降低,建筑截面的配筋使用量可以降低,为控制建筑上部造价起到了关键作用;并且,结合我国对于建筑物抗震设计的国家标准:在建筑抗震方面的地基抗震验算依旧是基于本地区烈度的。所以在一些地震频发的地区,进行抗震验算并将其作为建筑物设计必须遵循的标准时,能够显著降低建筑造价。由于采用叠层橡胶隔震技术而新增的成本包括:首先是建筑必须设置隔震检修层,所以在施工时会导致土方工程的上升,由此而产生更多的成本;其次是如果建筑隔震层设计了地下室,结合抗震国家标准,应该对所有的地下室进行抗震验算,而在验算时还应结合发生地震的各类情况来计算,所以会导致相关成本的上升;建筑在设计阶段时,由于为了尽可能减少地震破坏,而在设计方案中体现出的保守性,同样能够使工程项目的成本上升。但是即便如此,综合起来看,以我国目前的建筑施工水平和建筑材料造价标准,传统的隔震设计和叠层橡胶支座的隔震结构相比较,后者更为经济。

从现实使用的情况来看,不少的工程实践案例均能够证明,基于叠层橡胶支座的建筑物能够在地震发生时充分发挥其竖向承载的优势,能够有效而稳定地支撑建筑结构,避免地震的破坏。以我国当前的类似结构建筑工程来说,大部分使用的叠层橡胶支座均产自国内,其实际承载力一般能够超过千吨级别,而一些性能更优异的产品承载力目前甚至已经超过了万吨级别。叠层橡胶支座在构造上并不复杂,也能够灵活地配置在建筑物不同高度,如果建筑物存在地基不均匀沉降的情况,叠层橡胶支座不会受到较大的影响;无论是在刚度的指标上还是在阻尼指标上表现均十分稳定。在对这种结构进行仿真分析时,其仿真结果和实地测量值十分接近,因此在建筑设计阶段便能够通过合理的运算分析而得到建筑完工时的抗震性能。叠层橡胶支座还拥有较为良好的弹性复位特性,因此在发生地震时可以自动从移位状态中回复正常;尤其是叠层橡胶支座拥有其他结构难以比拟的水平刚度可变性。如果所在地区发生台风或者小型的地震,则叠层橡胶支座一开始呈现出比较大的刚度,能够显著减少建筑物的结构位移。而在发生中级地震甚至强震的情况下,叠层橡胶支座的水平刚度迅速减少,其阻尼值依旧维持原值,从而起到隔震的作用。而如果叠层橡胶支座在水平方面出现了较大的位移,此时恰好水平刚度增强,能够有效抑制叠层橡胶支座平侧,保护建筑安全。实践能够证明,这种隔震技术最适合的使用范围是6度至9度地震的建筑物,可以显著降低建筑在地震中受到的破坏,当地面发生震动的时候,建筑物的上部依旧可以保持弹性的状态,从而使建筑物受到的震害降至最低限度,最大程度地确保建筑物本身的安全以及人身安全。

参考文献:

[1]廖述江.叠层橡胶隔震支座与SRC柱脚连接研究与应用[J].建筑结构,2016,(22).

[2]占三萍.叠层橡胶支座隔震建筑工程结构分析与设计[J].四川建材,2015,(03).

第3篇

关键词:框架隔震;建筑设计;方法;应用

1前言

我国是个多地震国家,随着地震频发现象的日益突出,人们的防震减灾意识不断提高,建筑隔震技术受到了人们的高度重视。与传统框架结构的抗震设计相比,隔震设计主要是通过隔震层的设置来吸收地震能量,延长结构体系的自震周期,从而降低上部结构的地震响应。目前,随着社会的发展以及科技的进步,建筑隔震技术已经在一些地震频发的高烈度区得到了广泛应用。

2 基础隔震结构的应用

范围隔震体系通过延长上部结构的自振周期来减小结构水平地震作用,即减小上部结构的损坏,从而达到减震效果,保证建筑物的安全可靠使用,其隔震效果与结构的高度、体型、刚度、变形情况、场地条件等因素有关.因此,从减震效果考虑,采用隔震建筑时最好满足以下的几个条件:尽量选在场地土比较坚硬的场地上,因为软弱地基对于隔震建筑来说,输入地震动时会使上部结构的振动周期较长,增加上部结构的破坏,不利于结构减震;隔震建筑的结构不宜过高,过高会使得结构在隔震前周期较短,而隔震后周期较长,隔震效果就会非常明显,一般要求建筑物的结构高度不超过40 m;由于过大的高宽比易造成上部结构转动,引起隔震支座受拉,因此要求对于钢筋混凝土结构和钢结构高宽比不大于2.5;为保证隔震建筑在地震作用能够有来回移动空间,隔震建筑与其他建筑物之间至少要有20 cm的距离;隔震装置应设置在基础和上部结构之间,以确保将地震作用最大限度的隔离在结构的外部.

3框架隔震技术的前期咨询工作

建筑工程在尚未进行隔震设计之前,还处于建筑方案阶段时,建设单位可组织有经验的专家或委托专门的咨询机构展开框架隔震技术的前期咨询工作。主要针对当地抗震设防烈度、结构高度、高宽比、结构形式以及有无地下室等情况,就框架隔震结构设计的相关问题展开详细的咨询,对该项目采用框架隔震方案技术上的可行性和经济上的合理性进行评估,指出建筑、结构、水电等各个专业在设计中的注意事项,并对构造措施提出相应的意见和建议。

3.1前期咨询工作中,应注意以下问题

(1)框架隔震建筑的经济性问题。对业主来说采用框架隔震技术是否经济是非常重要的问题,采用隔震技术,增加了隔震支座费用、隔震构造措施的费用,但是减小了上部结构梁柱截面,节约了钢材和混凝土用量,同时增加了房屋的使用面积,在前期工作中尽可能的对隔震建筑的经济性进行合理分析。根据大量的工程经验,在抗震设防烈度高的地区采用隔震技术具有比较明显的经济性。

(2)隔震建筑的适用性问题。隔震技术目前在我国主要应用于使用功能有特殊要求的建筑,例如安全性要求较高的学校、银行、高档住宅等,使用功能不能间断的医院、通讯、消防等建筑,以及存放存放珍贵物品的建筑或珍贵建筑,如博物馆、档案馆、纪念性建筑等。由于隔震装置仅对抵抗地震作用有效,在风荷载或其他水平荷载的作用下,隔震建筑更宜倾覆,因此隔震技术的应用还应满足我国规范规定的非地震作用水平荷载产生的总水平力不超过总重力10%的要求。同时,隔震建筑宜建在场地类别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地,且选用稳定性较好的基础类型。

(3)隔震建筑的高宽比问题。在方案确定之初,应考虑结构体型的规则性,鉴于我国目前的技术条件,对于隔震结构的抗倾覆问题,限制其高宽比是一种有效的方法。根据橡胶隔震支座抗拉屈服屈服强度低的特点,结构的变形特点需符合剪切变形为主且房屋高宽比小于4或有关规范、规程对非隔震结构的高宽比限制要求。因此,在建筑方案阶段,需请教专家或委托相关咨询机构进行前期咨询,对框架隔震方案设计进行合理评估,指出问题,提供解决措施。

3.2框架隔震设计思路

咨询工作结束以后,在进行隔震设计时,需要对建筑工程的抗震设防烈度、场地条件、使用功能及建筑、结构方案,从安全和经济两方面进行综合分析。若该工程宜采用隔震技术,应先进行初步设计,除应满足规范的相关条文外,还应合理确定隔震支座的类型和布置位置。目前,国内的框架隔震设计多采用分部设计的方法,即整个框架隔震设计分为四步:上部结构设计、隔震层设计、下部结构设计和基础部分设计。

4框架隔震建筑设计要点

4.1框架隔震层的设置位置

确定隔震层的位置是隔震设计的第一步。对于没有地下室的建筑,需要增加一层作为隔震层,隔震层的层高不宜过高,过高对结构不利也不经济,但也不能过低,过低不便于日后隔震层的维护和检修。对于有地下室的建筑,框架隔震层可以设置在地下室这一层,框架隔震支座放置在地下室柱顶或墙顶、柱中或墙中、柱底或墙底均可,可根据地下室的实际使用功能来确定框架隔震支座放置的位置。根据工程经验,大部分是放置在地下室柱顶或墙顶,这样避免了单独设置支座造成的费用增加,保证框架隔震建筑的经济性。然而,隔震支座设置在柱顶,必然会导致下支柱很粗大,不利于地下室的使用,因此可以将下支填做成牛腿,也可以在下柱顶部设置拉梁。

4.2隔震支座的数量、规格和布置

隔震层隔震支座的布置应使隔震层刚度中心与上部结构的质量重心重合,减少系统的扭转效应;其规格、数量应根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。选用多种规格的隔震支座时,应注意充分发挥每个隔震支座的承载能力和水平变形能力;设置在隔震层的抗风装置宜对称、分散地布置在建筑物的周边。

4.3框架隔震结构的计算

建筑结构隔震设计的计算分析,包含计算模型、地震波选取、地震作用计算等内容。对于框架结构,其隔震体系的计算简图采用剪切型结构模型,一般情况下,宜采用时程分析法进行计算,输入地震波的反应谱特性和数量,按建筑场地类别和设计地震分组分别选用人工模拟的加速度时程曲线和不少于总数2/3的实际强震记录,多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,计算结果宜取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大者。求水平向减震系数时,多层框架隔震结构的层间剪力按多遇地震作用下用时程分析法计算求得。水平向减震系数应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值。

5框架隔震建筑设计应用的目标

框架隔震设计的关键是确定初步的隔震设计目标。需要说明的是:第一,进行上部结构设计时,抗震设计方法还沿用传统抗震设计的方法,只是水平地震作用应采用降低后的值,当地的抗震设防烈度并没有降低;第二,叠层橡胶支座不能隔离竖向地震作用,所以上部结构设计时竖向地震作用仍保持不变,特别是对于高烈度地区,隔震建筑设计中考虑的竖向地震作用比传统抗震建筑大得多。

依据以往大量隔震工程项目的经验,场地条件好,属于I、II类场地,上部结构规则、质量和刚度分布均匆,层数在6层以下时,多采用框架结构,可以初步确定隔震目标为降低一度半;6~12层时,位于高烈度区,一般会采用框剪结构或者剪力墙结构,可以确定隔震目标降低一度或者一度以上。总的来说,隔震建筑的抗震设防目标要高于非隔震建筑,也只有高于非隔震建筑的设防目标才能体现隔震建筑的安全性。

第4篇

关键词: 建筑; 隔震工程技术; 施工要点

在建筑施工中,隔震和减震技术在外国已经有了非常广泛应用和发展,而在我国的研究和发展还是比较晚的,但是经过近年来的不断发展和积累,现在也已经得到了推广和使用。在2006年统计时候,我国大有约450万平方的隔震建筑,基本上覆盖了我国大部分的高烈度地震区,但是就其应用率方面与发达国家的差距还是很大的。下面为了让大家对对建筑隔震技术有更深的了解,我们就做进一步的分析。

一、建筑隔震支座在施工中所存在的问题

因为隔震技术在我们国家才开始发展没多久,所以存在一些问题也是非常合情合理的事情,现在隔震技术在实际中,是理论研究在前发展,而实际施工和理论研究滞后,针对这个问题,暂时还没有别的一些好办法。除了这个方面的问题,还有一个问题就是,我们在现有的隔震支座安装技术上,在实际的施工技术交底和各类施工方法中,大多数的施工单位都只重视隔震支座技术中对预埋板的安装,但是对设计图纸中,在施工前对钢筋和混凝土的强度等级,缺乏从施工角度上的审查,这是个非常严重的问题,在解决问题的顺序上也是本末倒置的。

二、 建筑隔震支座的施工要点

2.1建筑隔震支座的特点

建筑隔震支座在施工中,不仅有简易安全的优点,而且对人员,还有施工环境的要求都朴实非常低的,在安装中,一定要注意支座预埋件的安装情况,因为操作不当的话,是很容易发生钢筋结构打架的问题。在安装中,隔震的橡胶支座要和轴线的高度要保证,要在合理的公差范围内,有的时候,在隔震橡胶支座上下的部分结构,混凝土的浇筑质量会有问题,这是在工作中要注意的。同时我们还要解决隔震橡胶支座,其在结构施工中的成品保护的问题。

三、施工工艺流程及操作要点

3.1施工的工艺流程

先是下支墩的钢筋绑扎,其次是隔震支座的下预埋钢板的安装,然后是下支座模板的安装,还有下支墩混凝土的浇筑,和隔震支座的安装以及上预埋钢板的安装,还有上墩座的钢筋及相交处的梁钢筋的绑扎,接着是上支墩模板的安装,上支墩部分的混凝土的浇筑,最后是模板拆除和对成品的保护工作。

3.2下支墩钢筋绑扎操作要点

我们在对下支墩的钢筋进行绑扎的时候,除了要满足普对通钢筋的绑扎设计,同时还要保证捆扎钢筋的质量要求,除此之外,我们还要依据隔震支座的预埋板的锚固件的所在位置,对支墩钢筋进行有效的调整,这样才能确保隔震支座预埋板中的锚固件,可以非常顺利的和支墩产生垂直的效果,并且保证准确无误的插入里面。同时为了保证安装时候的质量,我们还要求其四周要有一定的水平移动量。如果我们在施工中,发现设计的图纸中下支墩钢筋安排的非常紧密,进而直接影响了支座的预埋板的锚固件,对锚固的插入安装,那么就需要建议设计人员,对下支墩的钢筋密度做一定程度的调整,以保证施工安装能够保持有效的进行。在实际的调节中,我们对下支墩钢筋可以可采用两种方式进行调节: 其一就是增大钢筋的截面积,然后减少钢筋的根数,第二种方法就是通过增大下支墩的结构的截面积。在调整的时候,绝对不可以用蛮力进行强行的弯曲,通过截断下支墩钢筋。进而来适应支座预埋板锚固件的插入,这都是不可取的方法。在对支墩钢筋所安装的高度的设计,我们一定要依据隔震支座的当初设计的标高进行有效的调整。通过对实践的总结,一般情况下,我都建议支墩钢筋的实际安装高度,一定要和隔震墩的设计导读有 40毫米的预留调整量,必备不时之需,具体如图 1 所示。

3.3隔震支座下的预埋钢板的安装要点

(1) 测量定位

我们在安装隔震装置的梁,还有柱的基础结构的时候,要先把这些位置标注出来,标注在预埋钢板的“十字”中心线内,然后通过预埋钢板的标高,对实际对应“十字”的码线和中心线进行设定。

(2) 隔震支座下预埋钢板安装

我们可以依据标识中的十字中心线,对安装隔震支座下的预埋钢板的位置进行设定,而且还可以利用绑扎丝把它临时的固定在支座的钢筋上。通过用预埋在钢板底下部的标高,就可以将其引测到架台的立柱上,最后就根据这个标高来进行安装架台。有一点是值得注意的,那就是隔震支座下的预埋板,我们在加工这个隔震支座下的预埋板方时候,通常都是建议厂家一定要在预埋板的中心位置开一个直径 > 300毫米的混凝土灌注孔。这样可以非常方便落实混凝土的浇筑工作,同时还可以避免预埋的钢板的下方,其混凝土有浇筑不密实的问题。

(3) 隔震支座下预埋钢板的固定要求

我们可以通过短钢筋,让下预埋的钢板四角和支墩的钢筋焊接到一起。

但是焊接点一定要牢固,在焊接完成后,我们再把木楔子拆除,最后通过精密的水准仪,还有经纬仪,以及水准尺进行斗气的复核工作,保证预埋钢板的轴线,还有标高以及水平度保持要求。还有一点是值得注意的,在用电焊焊接固定的支座钢筋和支墩的钢筋的时候,焊接方式要求一定是点焊,同时还要非常好的控制电焊的电流,以此来避免因电焊的电流过大而出现筋“咬肉”的问题(见图 2)。这几点就是隔震技术在建筑施工中的重点,因为篇幅的问题,我们今天就说到这,这些都是我们在落实隔震建筑的重点,只有按照上面所说的顺序和注意事项进行施工处理,才会保证工程项目的质量。

总结: 通过以上对隔震技术的现有问题的阐述,以及对这些问题在具体施工中的措施的阐述,我想大家一定对这个技术会有更深的理解,随着隔震技术的不断在实践中的应用,在以后的施工安装,还有后期的维护中,其实际的操作一定还会有进一步的归纳和总结,进而其施工的技术会不断的进步,那么隔震技术在我们国家就会得到进一步的发展。

参考文献:

[1] GB50011―2010 建筑抗震设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社2010.

第5篇

【关键词】超高层;建筑物;地震

1 耐震建筑物、隔震建筑物与消能建筑物

中国大部分地区地处环太平洋地震带上,每年发生大地震机率甚高,因此建筑物之耐震设计非常重要。传统建筑物采用耐震设计规范设计建筑结构物,主要考虑强度与韧性,5.12地震后,由业界引进两种耐震新技术,一为隔震,另一为消能。其技术由研究阶段迈入实际应用阶段。此两种耐震新技术在日本阪神地震发生后,蓬勃发展;中国大部分地区与其它世界各主要受强震侵袭国家也不例外。

1.1 耐震建筑物

耐震建筑物耐震设计之基本原则,系使建筑物结构体在中小度地震时保持在弹性限度内,设计地震时容许产生塑性变形,但韧性需求不得超过容许韧性容量,最大考虑地震时则使用之韧性可以达规定之韧性容量。

1.1.1 中小度地震:为回归期约30年之地震,其50年超越机率约为80%左右,所以在建筑物使用年限中发生的机率相当高,因此要求建筑物于此中小度地震下结构体保持在弹性限度内,使地震过后,建筑物结构体没有任何损坏,以避免建筑物需在中小度地震后修补之麻烦。一般而言,对高韧性容量的建筑物而言,此一目标常控制其耐震设计。

1.1.2 设计地震:为回归期475年之地震,其50年超越机率约为10 %左右。于此地震水平下建筑物不得产生严重损坏,以避免造成严重的人命及财产损失。对重要建筑物而言,其对应的回归期更长。于设计地震下若限制建筑物仍须保持弹性,殊不经济,因此容许建筑物在一些特定位置如梁之端部产生塑铰,藉以消耗地震能量,并降低建筑物所受之地震反应,乃对付地震的经济做法。为防止过于严重之不可修护的损坏,建筑物产生的韧性比不得超过容许韧性容量。

1.1.3 最大考虑地震:为回归期2500年之地震,其50年超越机率约为2%左右。设计目标在使建筑物于此罕见之烈震下不产生崩塌,以避免造成严重之损失或造成二次灾害。因为地震之水平已经为最大考虑地震,若还限制其韧性容量之使用,殊不经济,所以允许结构物使用之韧性可以达到其韧性容量。

1.2 隔震建筑物

隔震建筑物系在建筑物基面设置隔震层。该隔震层系由侧向劲度很低的隔震组件构成,让整体隔震建筑物之周期大幅拉长,藉以降低作用在结构物上之地震力。然因周期增加后,建筑物之位移增加很多,因此再配合消能组件,提高系统的阻尼比,进而降低位移量。最常用的隔震组件为铅心橡胶支承垫(lead rubber bearing,简称lrb),中间所加之铅心,就是来提供消能的,而拉长周期就靠橡胶层受水平剪力作用时具有低劲度的特性来达成。lrb消能的特性很稳定,虽经过多周次之作用,其强度、劲度及消能之能力并没有明显的衰减。

隔震建筑物另有一个特性,就是因为隔震层相对于上部结构软了许多,因此当其受地震水平力作用时,隔震层的相对变位很大,而上部结构的相对变位很小。因此有时为简单计,可以将上部结构视为刚体。

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来达到耐震的目的。依据耐震设计规范10.2节之定义,消能组件概分为位移型、速度型与其它型式。位移型消能组件显现刚塑性(摩擦组件)、双线性(金属降伏组件)或三线性迟滞行为,且其反应需与速度及激振频率无关。速度型消能组件因不同的阻尼比、劲度及材料可分为:包含固态与液态之黏弹性组件及液态黏滞性组件。第三类(其它)则含括所有不属于位移型与速度型的消能组件,其典型范例包括形状记忆合金(超弹性效应)、摩擦.弹簧组件,以及兼具回复力与阻尼的液态消能组件。 2 世界各国隔震建筑物发展现况

各国推展隔震建筑物数量不一,不过有一共通点,即大地震来临,往往成为催生者。如美国北岭地震(1994),日本阪神地震(1995),中国大部分地区集集地震(2008)等,虽然地震造成工程产官学界痛定思痛之痛楚,但经由其它建筑物损坏情形,终于肯定隔震建筑物在地震中的优越性。

3 耐震建筑与隔震建筑造价比较

由日本统计数据显示,隔震建筑物与耐震建筑物造价比较,建筑物高度在25m以下,隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之105%-109%;建筑物高度在25m-31m,隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之102%-104%;建筑物高度在31m以上,隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之99%-103%。

另比较隔震建筑物结构造价比较,办公室隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之18%,旅馆建筑隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之13%,医院隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之8%。显示越重要之建筑物,采用隔震建筑物设计,结构费用相对最经济。

4 隔震建筑新趋势

高层与超高层隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物为位于大阪城之西梅田超高层计划,地下1层,地上50层,屋突2层(src+rc),基础隔震,楼高177.4m,高宽比5.8:1,隔震型式有滑动支承,积层橡胶垫,及u型钢板消能器+fluid damper。

5 超高层隔震建筑物设计技术

超高层隔震建筑物设计技术主要有下列关键因素:

5.1 长周期建筑物之隔震效果

隔震建筑物之最优越抗震效果即在延长建筑物基本振动周期,但高层建筑物基本振动周期往往超过3秒,隔震后即使将建筑物基本振动周期拉长至5秒以上,由反应谱显示,两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应,则有其贡献。

5.2 倾覆作用造成隔震组件受拉力

隔震组件设计时必须考虑拉力作用,因此拉力试验成为规范修订之首要任务。

5.3 风力作用

隔震层设计时必须考虑地震力作用,但是小地震或风力作用,隔震组件是否发挥功能?仍有待深入探讨。

第6篇

关键词:建筑结构;隔震技术;减震技术

地震对建筑物的破坏作用,是由于地面运动激发建筑物强烈振动所造成的,也就是说,破坏的能量来自地面,通过基础向上部结构传递。人们总结地震经验发现,地震时结构底部的有限滑动能大幅度地减轻上部结构的破坏程度,因此在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层,利用软弱隔震层的大变形来减少地震能量的输入,减少地震地面运动对上部结构的影响,从根本上减少地震对人身安全、建筑物及其室内重要设备的破坏,以达到防震的目的。

1 隔震技术的简要概述

隔震主要是指通过某种媒介,将建筑结构层与震源相隔开来,以达到削减地震能量、加大建筑结构稳固性的一种减震方式。隔震技术的类型有很多,下面就从地基隔震、基础隔震这两种隔震方法来进行探讨。

1.1 地基隔震

地基隔震可以分为绝缘和屏蔽两种,绝缘是通过地基层来降低输入波能量的方法来达到隔震的目的。屏蔽是指在建筑物的周围利用挖深沟或者埋入屏蔽板的方式来阻断震源的一种方法,这种方法可以很有效的阻断从偏斜方向传来的震波,但是不能屏蔽从地下直接传播上来的直入型震波。

1.2 基础隔震

基础隔震是通过在上部结构与基础层之间设置隔震层来减小水平地面向建筑物上部结构的传递的震波能量来达到减震目的的。基础隔震也有很多技术分类法,比如,能量吸收法、延长周期法等。

2 减震技术的简要概述

减震技术主要是依据建筑结构的地震反应,运用自动控制系统的执行机来给建筑结构施加控制力而达到减小震波能量震动的方式。有两种主要的减震方式:第一种方式是被动控制法方式,这种方式没有外部能源的供给,例如,抗震消能技术。第二种方式是主动控制法方式,这种方式是以外部能源的供给来对震波能量进行能动性控制。

3 隔震减震技术的应用设计步骤

3.1 建筑结构中隔震技术的应用步骤

首先,要依据建筑物的楼层高度和楼层数、以及建筑结构的结构类型与周边场地环境来综合确定其隔震结构方案。一般来说,隔震技术通常是应用在建筑体型比较有规则的低层建筑物中,由于隔震技术本身特点的限制,使得其在高层建筑物中的运用效果不太理想。在分析建筑结构确定隔震方案的选用时,要选择稳定性较好的建筑场地,另外,要保证建筑结构的隔震体系具备良好的抗倾覆能力就必须将风荷载标准值与其他非地震体系的水平荷载标准值所结合而产生的总水平力小于建筑结构总重力的十分之一。

其次,要精确的确定隔层的位置。隔震层通常是设立在建筑物结构第一层以下的部位,而橡胶隔震支座应设立在受力比较大的位置上,其规格尺寸、数量的多少、以及在建筑中的分布情况等都应该依据建筑的垂直承载力度、旁侧受力刚度、以及侧向阻尼的要求来计算确定。另外,隔震层在突发性较强较烈的罕遇地震中应该保持其稳定性能,尽量避免出现过大的变形,导致隔震层的永久变形;同时,也要避免隔震层橡胶支座的拉应力情况,保证支座的正常应用状态。

第三,要对隔震支座进行精确的布置和选型。先以隔震层的上部结构为基点测算每个建筑隔震支座的轴向力,然后测量出每个隔震支座的直径,进而对其进行合理的平面布置,而在平面布置时要将支座的质量中心与刚度中心点重合在一个核心点上。

第四,要准确测算建筑结构的水平减震系数以及在进行隔层设置后各层所承载的地震力。这个过程要依据减震系数来进行可行性的设计,再通过隔震层以上的水平结构地震作用以及抗震系数进行验算,其中,对构件承载力的测算要具备0.5以上的安全储备空间。

第五,要准确的验算隔震层的水平位移以及其下部支座承载力的计算,其中,支座的水平剪力要按照其刚度的适配标准来分配。

第六,完成隔震层的橡胶支座设置工作后,要及时验算竖向地震的作用力。除此之外,隔震层顶部的构建设置刚度要充分的满足梁板体系,同时隔震支座周围的梁柱等都应经过箍筋的加密,必要时,还需在隔震层的拐角处设置网状钢筋来确保隔震层的可靠牢固性。

3.2 建筑结构中减震技术的应用步骤

能否有效确定建筑结构的总刚度以及总阻尼是算建筑结构体系中消能减震力度的关键。分为五个基本步骤来设计:首先,要依据建筑物的建筑标准原则、所需要的设防烈度、场地周边条件以及突发性过强过烈地震作用下的结构位移控制情况来综合确定此建筑物的减震要求。第二,要依据所用建筑结构材料来分析确定材料构件的断面尺寸大小。第三,要依据建筑结构的类型特征来合理的选择消能器,同时确定其消防器材的分布形式与所需数量。第四,要纵观建筑物整体格局来分析减震抗震的消能设计。最后,在建筑物构建基本完成后,要及时采取必要的构造措施,来保证建筑结构的使用质量。

4 结语

相比于传统的抗震结构来说,隔震减震技术的应用为建筑结构的牢固性带来了极大的优越性。它不仅能在突发性震烈度超强的地震中保证建筑物结构本身的完好,还能保护建筑结构内部设备以及居住人员的安全。同时也有研究表明,减震控制下的建筑结构体系是传统抗震结构体系性能的两倍以上,由此可见,隔震减震技术在建筑结构中的大力推广将刻不容缓。

参考文献

[1] 洪鑫.建筑结构隔震减震技术研究[J].山西建筑,2011,37(11).

[2] 徐立成,钟心,刘晓群,郑东华.建筑结构隔震减震技术的发展与应用[J].辽宁建材,2008(04).

第7篇

建筑物的阻尼大小对于消耗地震能量有着重要的作用。减震措施正是利用这一点,通过增加建筑的阻尼来消耗地震来时的地震能量,从而保护了主体结构免受震害或减轻震害。而消能部件如何布置,个数及具置都需经分析计算而定。一般来说,消能构件应设在结构的两个主轴方向,这样可使两个方向的阻尼和刚度都有附加。除此以外,还可将消能构件设置在结构变形较大的位置,从而能够均衡整个建筑物的阻尼,更好地耗散地震能量,保证整个建筑物的抗震安全。隔震措施在使用上是有时间限制的,一定要对使用隔震措施的建筑在动工以前进行相关的隔震设计。最迟也要在建筑的施工过程中在某些关键部位进行布置。隔震措施使用的部位也是有选择的,一般在建筑物的地基或基础进行隔震设计,或是建筑物的关键部位。

与隔震措施不同,减震措施在使用时间上没有限制。它既可以用于新建结构,如对建筑物的基础部分进行特殊处理,对建筑物的局部设置消能减震措施。它也可应用于建筑物建成以后,作为抗震加固的措施,对建筑物进行增加阻尼从而达到减震的效果。从适用部位上说,减震措施的适应范围很广。从建筑物的上部结构到建筑物设隔震夹层,它都是适用的。消能减震技术通过在建筑物的结构上增加消能减震装置,即设置特别的机构和元件,增加结构的阻尼比,来控制预期的结构变形,从而让这些附加装置吸收和消耗地震能量,达到保护主体结构安全,使主体结构在罕遇地震作用下不会发生严重的破坏。据大量数据显示,使用消能减震的结构的抗震性能明显提高。此时,主体结构的抗震构造措施可以按照没有设置消能减震前的结构进行相应的降低。以两者的地震影响系数之比来确定降低程度,但不能超过1度。常见的减震结构有很多,本文将着重介绍无粘结支撑体系减震技术和跷动振动控制技术。建筑结构减震技术中对地震反应最机敏的减震体系即是无粘结支撑体系。它是在内钢支撑和外包混凝土之间涂抹无粘结漆,这样可以形成滑移界面。主要是通过内外钢之间的配合来消耗地震能量,内钢作为承担建筑物重要的主要构件,外钢则作为辅助。这种减震技术最大的缺点就在于,相关部件和各个减震结构的设计计算都必须非常精确。跷动减震技术是将整个结构或结构中地震力较大的柱、竖向连续墙等与下部基础竖向不坚固。这样可以使相对薄弱的构件或结构在强烈地震作用下避免较大的损坏。

2建筑结构隔震减震的方法措施

隔震技术的使用与建筑物场地的类别有很大关系。国内外大量工程显示,隔震房屋更适用于硬土场地。如果使用于弱土场地,地震波的中高频分量将由于场地的特点被过滤掉,使得结构的周期延长,地震效应反而增大。所以,当隔震结构应用于IV类场地时,应进行专门的调查和研究。

2.1地基材料隔震建筑物地基材料的使用对于地震波的反应有着很大的区别。对建筑物的基础部分使用特殊的材料,通过这种特殊处理来削弱地震波,减小建筑物地震中的震感和反应。传统上,建筑物的基础部分会使用粘土和砂子垫层,也曾有人以糯米为原材料设置垫层,来进行相关的研究。到目前,关于这部分特殊材料的发展已经有了新的突破,研究发现,使用沥青作为原料的新型特殊材料来设置隔震层,隔震效果更好。

2.2基础隔震基础隔震的初衷是让地震波在基础部分被消耗掉,难以向上部结构传递,这样就可在定程度上的隔断地震对于上部结构的影响。隔震装置设置在基础与上部结构之间。体形规则的低多层建筑使用隔震技术比高层建筑效果要好的多。这是因为对于高层建筑结构,隔震结构延长了结构的自振周期,使得隔震效果较差。目前基础隔震和隔震装置都有多种形式,发展的都比较完善。

2.3层间隔震层间隔震是指在原结构上安装耗能减震装置,这种耗能减震装置是由质量和隔震支座组成。在地震时,隔震装置和减震质量一并指挥作业,能够吸收和消耗地震能量,减小整个建筑结构的地震作用。整体来说,层间隔震结合了抗震技术和隔震技术。但与基础隔震技术相比,层间隔震带来的减震效果稍差,降低约10%~30%。虽然层间隔震技术的效果不是非常明显,但应用范围很广,即可应于新建建筑物,也可用于既有建筑物的加固。隔震装置可以采用橡胶支座,利用结构的夹层或原结构的隔热层做简单的改建,就可以达到减震的效果。

2.4悬挂隔震悬挂隔震结构的初衷是使地面的地震波传递不到主体上,这样就可以避免主体结构受到地震的损害。因此,悬挂隔震技术将结构的大部分或全部质量悬挂于地面之上,地震来时,上部结构与地震波分离,产生不了惯性力,隔震效果明显。悬挂隔震技术主要应用于钢结构。大型钢结构包括主框架和子结构,将子结构悬挂,主体的框架结构便可有效地与子结构隔离。当地震的能量传到悬挂部位的时候,地震作用大大削弱,就可以减小和控制地震的传递和反应。

2.5建筑走向大量震害表明,房屋在震中的受损程度与震向有很大的关系。相比与地震震向垂直的建筑物,与地震震向平行的建筑物受到的破坏更大。这是因为,当建筑物与地震震向,即地震波运动的方向一致时,随着地震运动的幅度更大,因此受到的震害越惨重。在建筑物的设计过程中,应当充分地考虑这一点,地震与地质结构是息息相关的,即应该充分地考虑当地地质条件。搞清和分析建筑物所在地的地震震向,设计时使建筑物的走向与地震震向保持垂直,从源头上减轻建筑物的地震反应。

3结束语

第8篇

【关键词】隔震;橡胶;支座;阻尼;结构

中图分类号: TU761 文献标识码: A 文章编号:

1、工程结构防震减震技术的历史

从20世纪出开始,静力理论逐渐得到发展,减小了结构体系的刚度,并形成柔性结构体系,工程抗震防灾技术的发展,使上部结构刚度得到增加,并在柔性底层结构体系中减少了结构底层刚度,一直到现在,工程抗震防灾技术已经基本发展到全国普及的地步,而且延性结构体系的传统抗震方法也得到了广泛的应用。

“设防烈度”一般情况下会做为传统抗震方法的设计依据,此方法以“抗”为核心,通过控制构件的刚度以及非弹性状态下的延性,来达到抗震目的,这个方法能有效的消耗地震波能量以及减轻地震反应,达到使建筑物“裂而不倒”的效果。

2、建筑结构防震技术

2.1 防震方法

现在城市建筑物防震方法可分为两大类:一,建筑物的结构抗震方法。其中包括底部剪力法、振型分解法、时程分析法、频谱法、随机振动法等。二,建筑物的结构减隔震方法。其中包括辊轴隔震、滚珠隔震、橡胶垫块隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震、滑动支座隔震、悬挂结构隔震、耗能减震、冲击减震、主动控制减震等。

2.2弹性建筑

弹性建筑是一种防震效果最佳的新型防震建筑,其特点是以柔克刚。最常见的弹性建筑是建在隔离体上的防震大楼,隔离体由分层橡胶、硬钢板组和阻尼器组成,建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋体钢板组成,以减缓上下的颠簸。此外,在滚珠和弹簧上建造大楼是抗震新法,其共同特点是通过隔离或吸收地震能量,减少到达建筑物的振动,防止地震破坏。

3、建筑隔震技术

3.1 隔震结构体系

为保留柔性底层结构体系的特性、避免底层结构构件的损坏,可采用隔震结构体系。根据隔震装置所处的位置,将隔震结构特性分为地基隔震、基础隔震和层间隔震三大类。

地基隔震可分为绝缘和屏蔽。绝缘是利用软弱地基或象人工地基那样较软的地基有降低输入加速度的性质,在地基自身中降低输入波的方法,但设计时首先必须保证地基对建筑物的支承强度和基础沉降量不超过允许值。屏蔽是在建筑物周围挖深沟或埋入屏蔽板等将卓越长周期的剪切波(S波)隔断的方法。这两种方法都是以地基为对象,用以减少地震波输入,实际工程设计中应用较少。

基础隔震是目前应用最为广泛最为成熟的一项技术,它是在建筑物基底设置控制机构(隔震装置)来隔离地震能量向上部结构传输,使上部结构的振动减轻,防止地震破坏。一些研究和应用较广泛的基础隔震方案有:①橡胶垫隔震装置。包括天然橡胶垫,标准多层橡胶垫,高阻尼橡胶垫,加铅多层橡胶垫等。②滑移隔震。在房屋基础底面处设置钢摩擦滑板、石墨、砂料、涂层垫层及聚四氟乙烯等材料形成滑移层,使建筑物遭遇地震时,通过该处不连续介面的滑移错动,部分地切断地震波的传播,限制上部结构的地震反应。③滚珠及滚轴隔震。用高强合金制成的滚珠(滚轴)涂以防锈或层后置于上部结构与基础之间,地震作用下,通过滚珠及滚轴滚动而达到隔震的目的,此外还有摆动隔震、悬吊隔震、螺栓钢弹簧隔震、混合隔震等装置。

隔震装置除了可以设在建筑物基底,还可视需要设置在建筑物层与层之间,即形成层间隔震体系。一种是将隔震层设置在结构一层、中间层的隔震结构;一种是将MD系统中的弹簧一阻尼器用叠层橡胶支座代替、用顶层楼板或隔热层作为质量块的屋顶隔震。由于这类结构的隔震装置都是最初用来隔震的橡胶支座,只是隔震层的位置不同,故统称为层间隔震结构。

3.2橡胶支座

根据“基础隔震”理论研究开发的建筑隔震橡胶支座是当今世界上应用最多、技术最成熟的隔震元件。橡胶支座的隔震原理是在建筑物或构筑物基底或某个位置上设置橡胶支座,利用橡胶支座的水平柔性形成一道柔性的隔震层,通过此层吸收和耗散地震能量,以集中发生在隔震层的较大相对位移为代价,阻止或减轻地震能量向上部结构传递,并使整个建筑物的自振周期得以延长,以减轻上部结构地震反应,最终达到减轻上部结构地震破坏目的。据有关资料报道,装用橡胶支座后,建筑物受地震冲击破坏的能量可减轻1/3~1/5。

目前常用的建筑隔震橡胶支座有三种:①天然橡胶支座,是由多层天然橡胶板与多层钢板相互叠合而成。天然橡胶耐老化、耐蠕变性能好,但减震(阻尼能力)差,作为隔震用途时,往往与其它阻尼装置配合使用,其外部用耐侯性、耐臭氧性好的合成橡胶做保护层。②高阻尼橡胶叠层支座,由于采用高阻尼橡胶,具有隔震橡胶所需要的稳定支承、弹性复位和阻尼功能,可单独作为隔震装置使用。其橡胶材料为天然橡胶和合成橡胶并用,或用氯丁橡胶、硅橡胶,由于其本身具有较好的阻尼性能,不需与其它阻尼装置配合,可单独使用。③铅芯叠层橡胶支座,在普通天然橡胶支座的中孔灌入铅芯而成,其目的一是提高橡胶支座的阻尼,二是增加支座的早期刚度。近年为保护环境,改用锡代替铅。

4、建筑结构减震技术

4.1消能减震设计原理

消能减震设计指在抗侧力结构中设置消能装置,通过其局部变形提供附加阻尼,以消耗输入上部结构的地震能量,从而使主体结构构件在罕遇地震下不发生严重破坏。消能装置通常由阻尼器、耗能支撑等组成。消能装置不改变结构的基本形式,房屋的抗震构造与普通房屋相比不降低,其抗震安全性可有明显的提高。

4.2技术要求

需要减少地震水平位移的钢和钢筋混凝土等结构类型的房屋宜采用消能减震设计。减震设计应根据罕遇地震下的预期结构位移控制要求,设置适当的消能部件。消能部件应对结构提供足够的附加阻尼。目前减震部件较多有:橡胶垫隔震减震器、空气阻尼式减震器、不锈钢丝绳减震器、封闭形减震器等等,石墨也是较理想的助滑剂材料。

消能部件可由消能器及斜撑、墙体、梁或节点等支承构件组成,消能器与斜撑、墙体、梁或节点等支承构件的连接,应符合钢构件连接或钢与钢筋混凝土构件连接的构造要求,并能承担消能器施加给连接节点的最大作用力。消能器可采用速度相关型、位移相关型或其他类型。速度相关型消能器指粘滞消能器和粘弹性消能器等;位移相关型消能器指金属屈服消能器和摩擦消能器等。消能部件可根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置。消能部件宜设置在层间变形较大的位置,其数量和分布应通过综合分析合理确定,并有利于提高整个结构的消能减震能力,形成均匀合理的受力体系。与消能部件相连的结构构件,应计入消能部件传递的附加内力,并将其传递到基础。

消能器和连接构件应具有耐久性和良好的易维护性。设置隔震部件和减震部件的部位,除按计算确定外,应采取便于检查和替换的措施。

参考文献:

[1]祁皑.层间隔震技术评述.地震工程与工程振动,2004(6)

第9篇

【关键词】隔震结构;基础隔震;隔震支座;结构设计

随着我国经济的飞速发展,工程建设的规模之大、发展之迅速也前所未有。作为一个幅员辽阔、人口密集的国家,高层建筑、大跨桥梁、超长隧道等一系列大型工程结构的建造如火如荼。我国作为世界地震多发地之一,建筑结构抗震的研究也一直没有停止[1-2]。传统抗震结构的抗震设防目标为“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”,这要求结构应具有相当的承载力和塑性变形能力,从而抵抗地震作用和吸收地震能量。

1.结构隔震原理及应用特点

所谓隔震,是在结构的基础或其它部位设计隔震层来隔离或消耗地震能。由于隔震层水平刚度较小,延长了结构的自振周期,避开了地震动的卓越周期,使结构的加速度反应明显降低,而结构的位移反而增大;同时,由于隔震层具有较大的阻尼,使结构的加速度反应进一步减小,而结构的位移反应也有所减小;并且,结构的位移主要集中在隔震层,上部结构类似整体的水平运动,上部结构的层间位移较小,从而起到保护上部结构及其内部设施的作用。

国内外大量的理论与实验及结构的实际地震记录表明:隔震技术一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右[3],从而消除或有效减轻结构和设施的地震损害,不但提高结构及其内部设施和人员的安全性,也提高了震后建筑物继续使用的能力。隔震结构以其优良的减震效果、安全性、耐久性、经济性、适用性,得到地震工程界的认可。

隔震技术可用于对抗震安全性和使用功能要求较高或特定要求的建筑,如城市生命线工程及重要建筑(核电站、医院、消防、电力、通信、指挥中心、机场航站楼等)和各类一般工业与民用建筑。此外,隔震结构还可用于旧有工程结构的抗震加固。根据隔震结构的特点,《抗震规范》将隔震结构分为隔震层以上结构、隔震层和隔震层以下结构和基础等几部分分别进行抗震设计。

2.常见隔震技术分类

隔震系统一般由隔震支座、阻尼器、地基微震动与风反应控制装置等部分构成。应用较为广泛的隔震系统主要包括橡胶支座隔震系统、滑移支座隔震系统和摆动隔震系统[4],另外还有比较新的混合控制隔震系统。

2.1 叠层橡胶支座隔震系统

叠层橡胶支座是由薄橡胶板和薄钢板分层交替叠合,经高温高压硫化粘接而成。在竖向荷载的作用下,橡胶层的横向变形受到上下钢板的约束,从而使支座具有较大的竖向承载力和刚度。在水平荷载作用下,薄钢板不影响橡胶板的剪切变形,使支座具有较小的水平刚度,并使橡胶层的相对位移大大减小,从而使橡胶支座在较大水平变形状态下不会发生失稳。叠层橡胶支座根据使用的橡胶材料和是否加铅芯可以分成低阻尼天然及合成橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。

叠层橡胶支座抗老化能力强,具有很好的耐久性,主要适合于隔离一定高度的砌体或钢筋混凝土结构,在一般情况下,这类结构不会出现竖向提离问题,风载问题也不占动载荷的主要地位。由于采用了抗拉拔力的高强度橡胶支座和巧妙的设计方法,隔震技术已能用于高宽比3~5,高度60~120m的超高层建筑上[5]。据统计,国内使用叠层橡胶支座的房屋的建筑面积在(1.50×l06)m2以上[6],日本、美国、新西兰、法国、意大利、智利等国家建造了大量的这类隔震建筑和桥梁。

2.2 滑移支座隔震系统

滑移支座隔震系统也是一种应用广泛的隔震体系,包括摩擦摆系统、Electricite-de-France系统(EDF)、恢复力-摩擦支座隔震系统等[l].基础滑移隔震的基本原理是把建筑物上部结构做成一个整体,在房屋上部结构与基础之间设置滑移隔震装置及限位装置组成的隔震层;当发生一定强度的地震时,上部结构相对于基础作整体水平滑动,通过控制隔震装置的大小隔震层的滑动错动隔离了传向上部结构的地震力,限制基础传给建筑物底部的摩擦力及输入建筑物的能量,并将已输入结构的能量反馈到隔震缝处,使得变形及能量耗散主要在隔震缝处,从而大大减少了上部结构的地震反应。我国较早对该技术进行应用,1997年太原建成一栋九层摩擦滑移隔震房屋,并于1998年成功进行了侧推滑移试验。

2.3 混合控制隔震系统

混合控制隔震系统是将叠层橡胶支座与电、磁流变阻尼器等半主动控制装置(或称智能阻尼器)或主动控制装置混合在一起使用,发挥被动控制和主动控制(半主动控制)的综合优势,既能控制隔震系统上部结构的地震加速度反应和层间变形,又保证隔震层不会发生大位移。该隔震系统的主动作动器需要的能量小,适应性强,控制效果好,被认为是有发展潜力的新一代隔震系统。

3.结构隔震技术的应用和展望

早在1千年前,中国人就开始应用各种隔震技术建造房屋。如柱基“铰接”隔震和墙基设滑移层等。这些采用了隔震技术的古代文物建筑,历经多次大震而至今屹立不倒。近20年来,现代隔震技术在土木工程中得到了较大规模的应用。在美国,第一幢采用基础隔震技术的4层结构于1984年初开始建造,并于1985年中期完成。在日本,目前采用基础隔震技术的结构己经超过1000幢。目前隔震结构发展所面临的问题也是未来一段时间需要研究解决的重点问题,主要集中在以下几个方面:首先,隔震支座是隔震系统的重要部件,它的安全性、耐久性、经济性决定着隔震技术的应用与推广程度。对所有隔震系统来说,未来研究最重要的领域是隔震器及其组成材料的力学性质的长期稳定性。其次,隔震技术已发展得较为成熟,但在推广应用方面,仍存在不少问题。为了推动隔震结构的广泛使用,在降低隔震系统造价的同时,必须能对隔震结构的经济性能进行准确的定量评估,综合考虑隔震结构的功能、安全、经济因素之间的平衡。过去隔震结构的优化设计大多是仅针对隔震器、阻尼器参数进行优化,但是上部结构与控制器是整体协调作用的,应该将上部结构与控制器组成的隔震系统进行一体化优化设计,以避免出现“顾此失彼”的优化设计[6]。

参考文献

[1] 周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社, 1977.

[2] 苏经宇,曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究与应用[J].地震工程与工程振动[J], 2001, 21(4): 94-101.

[3] 王建强.建筑结构抗震设计[M].中国电力出版社,2011,9.

[4] Naeim F,Kelly J M.Design of Seismic Isolated Struetures:from Theory to Practiee.New York:John Wiley and SonsInc,1999.

[5] 侯宝隆.日本隔震技术的新发展与控震技术的实际应用[J].工业建筑,2000,30(11):74-78 .

第10篇

【关键词】高层隔震结构;组成;原理;设计方法

中图分类号:S611文献标识码: A 文章编号:

高层建筑的安全问题是现代建筑在设计和施工时面临的一个难题,特别是在地震多发的区域,必须要提高高层建筑的抗震能力,保护建筑的安全。而高层建筑结构隔震技术作为一种新型的抗震防灾技术,能够大大提高高层建筑的抗震能力,这一事实已经在1994年美国圣费南尔多地震、1995 年日本阪神地震中得到了验证,并且表现出了良好的减震效果。近年来, 这一技术被广泛地推广和应用到高层建筑之中。本文对目前高层建筑隔震技术的设计进行了总结,并对此展开研究,希望能够为高层建筑的隔震结构设计做出自己的贡献。

一、高层隔震系统的组成

基础隔震建筑体系通过在建筑物的基础和上部结构之间设置隔震层,将建筑物分为上部结构、隔震层和下部结构3 部分。地震能量经由下部分结构传到隔震层,大部分被隔震层的隔震装置吸收,仅有少部分传到上部结构,从而大大减轻地震作用,提高隔震建筑的安全性。经过人们不断的探索,如今基础隔震技术已经系统化、实用化,它包括摩擦滑移系统、叠层橡胶支座系统、摩擦摆系统等。目前工程最常用的是叠层像胶支座隔震系统。这种隔震系统,性能稳定可靠,采用专门的叠层橡胶支座作为隔震元件,该支座是由一层层的薄钢板和橡胶相互放置,经过专门的硫化工艺粘合而成,其结构、配方、工艺需要特殊的设计,属于一种橡胶厚制品。目前常用的橡胶隔震支座有:天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。

二、高层基础隔震技术原理

传统的抗震结构是通过结构和构件来抵抗并消耗地震能量的,设计时将地震作用力作为一种外加荷载,与作用在结构上的其他荷载进行组合来设计和验算结构是否满足设计和使用要求。隔震建筑则增加了专门的变形和耗能装置:橡胶隔震支座和阻尼器(如铅阻尼器、油阻尼器、钢棒阻尼器、粘弹性阻尼器、滑板支座等)橡胶隔震支座具有提供竖向承载能力、弹性得位能力、良好的变形能力等特性,此外铅芯橡胶隔震支座同时还具有消耗地震能量的耗能特性。另一方面,传统的抗震结构体系中,低层抗震建筑的周期延长到2-5秒,有效地降低了结构的地震加速度反应。

叠层橡胶支座简化剪切刚度

采用隔震技术,上部结构的地震作用一般可减小3-6倍,地震时建筑物上部结构的反应以第一振型为主,类似于刚体平动,基本无反应放大作用,通过隔震层的相对大位移来降低上部结构所受的地震荷载。按照较高标准设计和采用基础隔震措施后,地震时上部结构的地震反应很小,结构构件和内部设备都不会发生破坏或丧失正常的使用功能,在房屋内部工作和生活的人员不仅不会遭受伤害,也不会感受到强烈的摇晃,强震发生后人员无需疏散,房屋无需修理或仅需一般修理。从而保证建筑物的安全甚至避免非结构构件如设备、装修破坏等次生灾害的发生。

三、高层隔震体系的特殊性

高层、超高层陨震体系与常规的隔震体系相比,具有特殊性。首先对高层隔震建筑,上部结构不能满足刚体运动的假定,高振型反应分量的影响不能忽视,不能简单地以结构第一振型为主确定上部结构反应;二是由于高层、超高层结构的水平地震力产生的倾覆力矩比较大,在较大地震和强风作用下,隔震支座可能会有拉应力的出现,如何避免和控制隔震支座的拉应力是一个问题。三是高层、超高层的自振周期都比较长,所以必须进一步延长高层、超高层隔震建筑的基本周期,以达到更好的隔震效果。低弹性、大变形能力的隔震支座的开发和性能研究是在强震和强风作用下的各种分析,具有较高的研究价值和重大的工程意义。

四、高层隔震结构的设计

地震对建筑物的破坏作用,是由于地面运动激发建筑物强烈振动所造成的,也就是说,破坏的能量来自地面,通过基础向上部结构传递。人们总结地震经验发现,地震时结构底部的有限滑动能大幅度地减轻上部结构的破坏程度,因此在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层, 利用软弱隔震层的大变形来减少地震能量的输入,减少地震地面运动对上部结构的影响(隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60% 左右), 从根本上减少地震对人身安全、建筑物及其室内重要设备的破坏,以达到防震的目的。隔震措施主要包括基础隔震和层间隔震。基于可动概念的基础隔震方案主要有以下几种:

(一)软垫式隔震

软垫式隔震是在房屋底部设置若干个带铅芯的钢板橡胶块隔震装置,使整个房屋坐落在软垫上。与传统结构相比,在结构底部设置软垫式隔震装置的楼房在遭遇地震时,楼房底面和地面之间产生相对水平位移,房屋自振周期加长,主要变形都发生在软垫处,上部结构层间侧移变得很小,从而保护结构免遭破坏。

(二)滑移式隔震

滑移隔震体系是指在上部结构和建筑物基础之间设置一个滑移面,并在滑移面上使用摩擦系数较小的摩擦材料(钢珠、石墨等),允许建筑物在发生地震时相对基础作整体水平滑动,使结构与基础解锁,起到隔离地面运动的作用。同时建筑物在滑动过程中通过摩擦耗散了地震能量,有效限制能量向上传递和向下反馈,从而达到减震的效果。

(三)摆动式隔震

摆动式隔震是将基础支撑在可摆动的短柱群或桩基上,或者将基础设计成底部呈球状的整体,并在基础侧面采用圆形弹簧作为阻尼器。在地震作用下,基础可产生一定的倾向和摆动,即以低的刚度控制结构的反应,延长自振周期,从而减轻地震作用。此种摆动隔震方式实际上是柔性底层概念的改进和引伸。

(四)悬吊式隔震

悬吊式隔震是将整个结构物悬挂在巨型钢架或钢筋混凝土内筒上,地震时,悬挂物和支撑协同工作,从而大幅度减少建筑物所受到的地震惯力。其中应用最广泛的是多层悬挂楼板结构,主要用于公共和生活建筑。层间隔震是结构隔震与抗震相结合的一种方法,它是在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置,地震时,耗能减震机构吸收并消耗地震能量,从而减小原结构的地震反应。上部隔震部分结构对下部抗震部分也具有反作用。它的减震效果一般在10 %~40%之间,显然它的减震效果不及基础隔震结构,但它可利用结构的加层或原结构的隔热层,做适当的改建,从而达到减震目的。所以这是一种简单、容易实现的方法,在增加少量投资的同时,大大提高结构的抗震能力,适用于旧房加层和抗震加固结构。层间隔震常用的支座是橡胶支座,可提高弹性回复力。

五、结语

目前,国内有关高层隔震建筑物在设计和施工方面的研究仍然相当欠缺,在这一领域存在较大的技术空白,一定程度上阻碍了高层隔震建筑的发展。而对于已经完成的研究报告仍有待各有关部门的探讨和评估,并且接受生产实际的检验,使研究的成果得以展现,最终能应用于高层隔震建筑物结构的设计审查、隔震消能材料的认证与认证机制以及评定机构的指定工作中来。如何有效的结合各有关部门和机构,研究高层结构隔震技术,是我们技术工作者的共同任务。

参考文献

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[3]徐天水,崔俊山. 高层建筑创作中的结构表现.山西建筑.2008,07.

[4]何文福.高层隔震结构地震反应振动台试验分析.[J].振动与冲击.2008.08

[5]王学庆. 高层分段隔震结构的动力响应分析.[J].地震工程与工程振动.2008.1.

第11篇

【关键词】建筑结构;隔震;减振;振动控制

我国建筑行业有着悠久的发展历史,在建筑行业不断发展过程中很多新技术和新材料和不断涌现,建筑工程施工技术也取得了很大进步。现阶段,西方发达国家以及开始着手研究高层建筑物的振动控制技术。我国高层建筑工程项目建设数量不断提升,高层建筑工程项目与传统建筑工程项目建设有着较大的差异性,对建筑工程项目的耐久性和稳定性要求更为严格。我国想要促进建筑行业的进一步发展,使得我国建筑水平不断发展到一个新的高度,也需要加强建筑结构隔震、减振和振动控制的研究力度。

1被动控制与主动控制隔震技术分析

隔震技术发展速度很快,属于一种比较典型的建筑结构振动控制就是。但是需要注重的是,现阶段我国建筑领域中对高层建筑工程项目的减振机理还没有形成统一性的认知,相关研究理论还不够丰富,导致高层建筑工程项目隔震结构设计工作开展中缺乏有力的依据,高层隔震结构不能发挥出应用的作用,甚至还会导致高层建筑工程项目应用存在一些不良安全隐患。对于建筑隔震结构而言,高阶振型反应谱加速度的减少量在一定高度反应谱加速度减少量中会超出很多,但是在多层建筑工程项目中,高阶振型的减少量与低层振型并没有存在较大的差异性。(1)被动隔震控制技术。被动隔震控制技术应用中,最为关键的就是基层隔震处理。建筑结构设计人员会在建筑结构的基础部门与上部结构之间进行隔震层的建设,从而有效实现建筑基础与上部结构的有效隔离,降低地震能量的传播成效,提升建筑工程项目的抗震性能,缩减地震能量对建筑主体结构的破坏作用。与传统类型的抗震结构进行综合比较,被动隔震技术的优越性更强,可以使得建筑工程主体结构在地震自然灾害的影响下仍然保持良好的应用安全性,建筑内部中的非结构构件也可以得到保护,还能加强建筑内部众多物品振动的控制力度。地震自然灾害过后建筑工程项目不需要进行大规模的修复工作,只需要对建筑隔震装置进行更换就可以了,加强了建筑工程项目维护检修的便捷性。(2)主动隔震技术分析。主动隔震技术与被动隔震技术相比较要复杂很多,其中需要应用传感器、信号处理器等众多先进设备。在建筑物本身发生振动后,对建筑物施加一定与建筑物振动方向相反的控制力,从而降低振动对建筑结构造成的损害。传感器设备运行会检测建筑物本身的动力响应情况,同时还会对建筑外部的激励作用进行分析,将采集到的信息以数字信号的方式传输到计算机控制中心,计算机控制中心会根据编程输入的算法确定施加力的程度,在能源驱动设备的支持下输出一定的反向力,自动化的对建筑振动反应进行调节,强化建筑的抗震性能。(3)半主动和混合控制技术。半主动隔震控制体系主要是以被动控制技术为主的,通过较小功率的输出,转变被动控制系统的运行参数和实际运行转状态,输出一定的振动控制力,保证建筑结构可以一直处于健康稳定运行状态中,也可以将其称之为参数控制装置。此过程中主要是利用了建筑结构的反应信息,以及建筑结构外部的干扰信息对振动进行有效调控的。

2减振与振动阻尼器控制技术

即将原本施加在建筑结构上的地震能量转移到其它结构和构件中去,实现地震能量的转移和消耗,加强建筑主体结构的保护力度。该项技术实际应用中,地震能量消耗元件与建筑主体结构之间存在着非常紧密联系,可以将地震能量消耗元件看做是建筑主体结构中的重要构成内容,可以将其看作是建筑主体结构的延伸,具体有以下几种操作方式。第一种就是摩擦阻尼设备的应用,将摩擦阻尼设备与建筑主体结构进行有效连接,达到类似于双线性滞回特性的阻尼耗能成效,应用比较广泛的有钢丝绳、螺旋圈阻尼设备等。摩擦阻尼设备自身性能比较优越,可以自动化的进行复位,复位处理时会根据结构本身的刚度性能进行操作。

3结束语

对建筑结构的隔震、减振、振动控制进行探究是具有重要意义的,对促进我国建筑领域发展有着积极影响。建筑结构设计人员还需要不断加强研究力度,丰富相关的理论研究成果,找寻更多有效的建筑结构隔震、减振、振动控制技术,为我国建筑领域实现可持续发展提供良好的技术保障。

作者:孔源 单位:中国烟草总公司合肥设计院

参考文献

[1]莫志刚.建筑结构减隔震技术应用[J].建材发展导向,2015,(11):305-306.

第12篇

关键词:建筑物 结构 减震控制

中图分类号:TU3文献标识码:A 

地震是人类所面临的最严重自然灾害之一,随着近年来相继发生的汶川地震、玉树地震和雅安地震,对整个中国而言都是重大的打击,也不得不让人们去反思我国在抗震、减震措施中所存在的不足。传统的建筑物结构抗震采用的是弹塑性设计方法,通过增强结构自身在延性、强度以及刚度方面的抗震性能来抵抗地震产生时的作用。然而这属于被动消极的抗震对策,由于抗震设计的建筑结构不具备自我调节的功能,在地震出现时很可能无法满足安全性的需要。随着现代控制理论被逐渐应用于建筑工程领域当中,并通过几十年的不断发展与完善,结构减震控制在减震效果上明显优于传统的抗震设计方法,在当前世界各国的建筑工程领域中都得到了广泛发展和应用。

一、建筑物结构减震控制的发展概述与分类

1、发展概述

在1972年,美国学者J.T.P.YAO首次提出了结构控制的概念,通过几十年的发展与完善,世界各国都相继开展了建筑结构建筑控制在技术和理论方面的研究,并积极致力于在建筑领域中的推广和应用。我国在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中也将结构减震控制中的隔震和消震方面的内容纳入其中,并制定了《叠层橡胶支座隔震技术规程》和《建筑隔震橡胶支座标准》这两个相关技术标准规范。

2、建筑物结构减震控制的分类

建筑物结构减震控制可根据是否需要外部能源的输入进行分类,主要分为被动控制(Passive Control)、主动控制(Active Control)与混合控制(Hybrid Control)三类。

(1)被动控制

被动控制是指在建筑物结构的某些部位装设耗能装置,或对结构本身某些构件进行动力特性的改变,控制过程中既不依赖于结构反应的信息也不需要外部能量提供控制力,具有构造简单、易于维护和造价低等方面的特点。被动控制主要包括了基础隔震技术、耗能减震技术和吸震减震技术,其中以改变建筑物结构频率为主的隔震技术是在我国减震控制中应用和研究最多以及最成熟的技术,并在大量工程实际中得到了应用,本文也将着重就基础隔震技术和耗能减震技术方面的问题进行研究和探讨。

(2)主动控制

主动控制是指利用现代控制技术,对建筑物结构的输入外部激励条件和结构反应进行联机实时监测,并根据计算分析结果采用加力装置对建筑结构施加一定的控制力,实现结构的自动调节,使建筑结构在地震或其它作用力下的响应能控制在允许的范围内。主动控制的特点是通过外部能量输入的控制力,能有效起到保护建筑结构避免损伤的目的,然而主动控制系统结构复杂且造价昂贵,所需能量在强烈地震作用下难以实现。当前较常使用的主动控制系统有主动拉锁系统、主动质量阻尼器等等。

(3)混合控制

混合控制是指被动控制与主动控制的协调使用,可兼具被动控制与主动控制的优点,既能大量消耗地震产生时的振动能量,也能确保控制效果的良好,具有较为良好的发展前景和使用价值。当前建筑物结构中较常使用的混合控制为主动控制与基础隔震技术相结合的混合控制。

二、基础隔震技术的应用

基础隔震技术的基本原理是在建筑物结构的上部和基础之间设置隔震消能装置,以降低地震发生时能量向建筑结构上部的传输,从而实现减少上部结构振动的作用。对所设置的隔震消能装置要求具有较大的变形能力、有足够的初始强度和刚度而且能够提供较大的阻尼消耗。随着现代叠层橡胶垫在建筑领域中的应用,使基础隔震技术进入了实用化的阶段,我国于上世纪90年代也分别在云南、广东等地建造了一些使用叠层橡胶垫进行隔震的建筑项目。

1、叠层橡胶垫支座的应用

由于现代建筑物结构减震控制中的橡胶垫支座主要采用橡胶片与薄片增强铜板进行粘合疏化的方式而加工制成。叠层橡胶垫支座的垂直向刚度很高,而水平向刚度较低,在地震荷载作用下叠层橡胶垫支座能够隔离建筑结构的水平方向运动分量,并保持垂直方向的稳定,因而能隔离公共交通对建筑结构所产生的高频振动,并保护结构免受地震或者其它振动所造成的伤害。

2、铅芯橡胶垫支座的应用

铅芯橡胶垫支座是在原有叠层橡胶垫的基础上,在其中部圆形孔中灌入铅而制成的,也是对叠层橡胶垫技术的发展与改进。由于铅具有良好的塑性变形能力以及较低的屈服点,从而使橡胶支座在阻尼比上得到提高,普遍能达到20%~30%。而且铅芯还能有效提高橡胶垫支座的耗能和吸能能力,增加了支座的初始刚度又确保了支座具有适宜阻尼,能起到抵抗微震与控制风反应的作用。

由于铅芯橡胶垫支座具有良好的阻尼作用和隔震作用,因此在建筑物的设置中可以单独使用,不用再另外设置阻尼器,节省了建筑空间而且施工方便,使建筑基础隔震系统的组成相对简单,因此在我国建筑领域得到了较为广泛的应用。

三、耗能减震技术的应用

耗能减震技术的基本原理是在建筑物结构的某些部位设置耗能装置,并通过耗能装置因摩擦或弹塑性变形所产生的能耗以吸收在地震产生时输入到建筑结构中的能量,从而达到减震控制的主要目的。耗能减震技术具有减震效果明显、安全可靠以及经济合理等特点,常用的耗能减震装置主要有摩擦耗能装置、金属弹塑性耗能装置等等。

1、摩擦耗能装置

摩擦耗能装置是按照摩擦做功而消耗能量的原理进行设计和制造的,其基本组成是金属或其它固体材料元件,通过元件之间的相互滑动而产生摩擦力。当前我国已存在较多种不同构造的摩擦耗能装置,例如摩擦筒制震器、摩擦剪切铰耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦滑动螺栓节点等等。摩擦耗能装置的种类虽多,但普遍具有良好的滞回特性和耗能能力。

2、金属弹塑性耗能装置

金属弹塑性耗能装置是通过软钢或者其它软金属材料所制成,其减震控制的原理是将建筑结构振动的部分能量利用金属的屈服滞回进行吸收和消耗,从而达到减震控制的作用。我国在金属弹塑性耗能装置中也有较大的开发与研究,常见的有低屈服点钢耗能器、锥形钢耗能器、加劲圆环耗能器等等。这类耗能装置普遍具有滞回性能和工作性能稳定以及耗能能力大的特点。

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