隔震技術的基本原理范例6篇

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隔震技術的基本原理范文1

論文摘要:筆者經過實踐并進行理論總結后,在本文中就房屋基礎隔震技術的原理和施工技術要點做了詳細和系統的介紹,并且通過比較將房屋基礎隔震技術抗震性能好和節約成本等優越性展現出來。最后筆者還就目前該技術的應用情況做出了總結。

2008年的5·12汶川地震在給我們帶來傷痛的同時也引起了各界對房屋建設的關注,對于每一名房屋設計和建設者來說如何提高房屋的抗震能力成了必須思考和探索的問題。廣木線穿心店站的貨運樓在其周圍房屋基本倒塌的情況下仍然可以保持房屋上部結構的基本完整性這一特殊的現象為我們有效提高房屋抗震性能提供了一種可能。經過調查發現該樓房在修建過程中應用房屋基礎隔震技術,這就提示我們房屋基礎隔震技術能有效提供房屋抗震性能,而這一點在國家現行的GB 50011.2001建筑抗震設計規范中得到證明。下面就介紹一下房屋基礎隔震技術的基本原理和優越性,并且探討一下其應用的方法。

1 房屋基礎隔震技術的基本原理

房屋基礎隔震技術的基本原理就是在房屋的上部結構同地基之間實現柔性連接——一般是在上下結構的中間增加水平剛度低且具有適當的隔震和增加結構系統的柔性,使上部結構得以同可能造成破壞的地面運動分離,以達到降低房屋上部結構的地震能量加速,且提高房屋對于地震的抵抗能力的目的??梢哉f基礎隔震技術通過“以柔克剛”的方式使得房屋的抗震性能大大提高。當地震破壞程度較小時,“隔震裝置的初始剛度足以使房屋屹立不動”[1],在遇到破壞性大的地震時這種設計就可以保持房屋的基本結構讓房屋不至完全倒塌,就像5·12地震中的廣木線穿心店站的貨運樓。

房屋結構應用基礎隔震措施后,其周期是沒有應用基礎隔震結構的2~3倍,依據反應譜理論可知較長的隔震建筑的周期可以使地震對房屋的影響大幅度減小。但就傳統對原理的解釋來看,這種隔震設計一般多用于層數較少的樓房,而目前我國在高層建筑中也開始了基礎隔震技術的使用。雖然,這用傳統的理論很難解釋其合理性,但是從實際運用中來看,我們仍舊可以發現其合理因素所在,即就隔震能力本身而言基礎隔震技術降低房屋上部結構的地震能量加速。

2 房屋基礎隔震設計的優越性

無論是從理論上還是實踐中基礎抗震設計較傳統抗震設計在抗震能力和節約成本方面都有很大的優勢。

2.1 抗震能力更好 明顯有效地提高了地震對房屋結構的影響。基礎隔震技術使得房屋結構的加速度降低60%左右,也就是相當于沒有運用基礎抗震技術結構的1/10~1/4。如此一來房屋上部結構的地震反應也剛體平動十分類似,從而能讓房屋的整體結構得到有效的保護,同時也因結構的震動得以保持在較為輕微的水品內而讓房屋的內部設施。同時在地震時,應用了基礎抗震設計的房屋能夠保持上部結構的彈性工作狀態的正常運作,這可以給某些重要的建筑物以可靠的保護。

2.2 節約成本 從目前國內的房屋建設實例來看,采用了基礎隔震設計的房屋在初始造價上往往較非基礎隔震設計的房屋高,但是我們在計算隔震設計的經濟性時不能只考慮初始的工程費用,而應該從其抗震性能、抗震安全性、震后維護等方面來進行評估。首先,房屋基礎隔震可以有效的保護房屋內部的浮放設備,防止內部物品的破損,減少了受災群眾的經濟損失和次生災害的發生。其次,抗震措施簡單明了,隔震設計僅考慮隔震裝置,“這樣就可以把設計、試驗、制造的注意力集中到這些構件上”[2],因此建筑結構的設計與施工得以簡化。最后,地震后無需對隔震建筑進行過多的維修。

3 房屋基礎隔震設計的應用方法

3.1 隔震裝置的選擇 現階段常用的隔震裝置有:加鉛芯的多層橡膠支座、橡膠隔震支座、摩擦滑動層隔震裝置、阻尼器。這些隔震裝置都各有其優缺點,具體什么選擇還得按照房屋的總體設計需要來,但總的來講要想隔震裝置在地震中發揮作用,保證房屋整體的抗震性能和安全性,就必須就有適當的阻尼及消能能力基礎隔震裝置必須具有一定的阻尼、消能能力和豎向承載能力。下面我們就以疊層橡膠隔震支座為例。疊層橡膠隔震支座一般用天然橡膠或者人工合成橡膠制作,呈圓柱形,直徑在300mm以上1000mm以下,單個可以承重500KN到700KN。其有點是有很好的自復能力。其缺點是“由于上部結構的粱是由疊層橡膠支座為其豎向支座的,為了減小梁的跨度,就需要放置比較多的疊層橡膠支座,那么就提高了整個隔震體系的成本?!盵3]   3.2 確定水平向減震系數 水平向減震系數取值必須大于等于0.25,而且隔震作用發揮后,地震作用的總水平應該是隔震結構相對的減震系數的百分之七十。為了更加合理化水平向減震系數,我們要根據具體情況配合相應的防烈度,具體來說可看下表:

水平向減震系數 防裂度

0.25 6-7

0.38 6-8

0.5 6-8

0.75 7-9

3.3 基礎設計要點 當我們進行抗震設計的基礎設計時可以不考慮隔震產生的減震效果,只需按原設防烈度著手設計即可。

3.4 隔震層設計要點 隔震層能在地震中起到應有作用是設計的根本,因而就必須確保整體隔震結構得以協調工作,這樣一來我們在將具有合適剛度的梁板體系安排在隔震結構的項部的同時要做到讓該層隔震裝置的兩種負荷——永久、可變負荷的“豎向平均壓應力限值不超過相關規范規定,且在罕遇地震下不出現拉應力?!盵4]還有一點需要我們注意,就是雖然在前面已經列出了防烈度的相應系數,但是考慮到在遇到豎向地震是隔震層的相對無力,在上部結構設計是我們有必要把水平向換算烈度提高?;A隔震設計不是單靠哪一個部分就能夠完成的,要想使得隔震設計的性能得到良好的發揮,就必須保證設計的每個部分都不能脫節,要重視連接點的重要性,從全局出發著手設計。

3.5 隔震層設計注意事項 隔震層的抗震性能還收其以下結構的影響,因此我們要注意一下的設計要點:①對于支柱、支墩等地相連且有相當大的承重任務的結構,在設計時要以高標注也就是罕見破壞性地震作為隔震底部相關力如豎向力和水平力的計算依據。②要具體問題具體分析,不同的地區對于隔震建筑地基有這不同的要求和標準,所以我們在作出精確計算和設計時不能忽略相應地區抗震防烈度。

4 房屋基礎隔震設計在我國的應用情況和前景展望

基礎隔震的概念早在1881年就已提出,但其真正開始在工程上運用是到上世紀20年代才開始。而我國卻是到了60年代才開始有學者關注這一技術,所以該技術的應用在我國起步較晚,不過經過不斷的推廣,目前國內已經有包括北京、天津、汕頭、西安、南京、深圳等在內的地方進行了基礎隔震技術工程的試點建設和推廣。但是我們發現在西部,這一技術的應用并不充分,而我國西部一些人口密集的城市地處地震帶,汶川、玉樹的地震給我們提了個醒,我們應該重視推廣該技術的應用輻射地區,特別是西部地區。

參考文獻:

[1]張文福.房屋基礎隔震的概念與設計方法.石油規劃設計.1998年第3期

[2]岑巍.淺述房屋基礎隔震技術的應用.山西建筑.2010年第20期

隔震技術的基本原理范文2

關鍵詞:抗震設計;基本原則;隔震技術

Abstract: At present, a new type of seismic isolation technology -- a killing with kindness, people pay more and more attention. Based on the analysis of the basic principle of seismic structure design, mainly introduced the principle, advantages and application of seismic isolation technology architecture design method in seismic zone.

Key words: seismic design; basic principle; isolation technology

中圖分類號:TU74

1、建筑抗震結構設計的基本原則

1.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能。①結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。②對可能造成結構的相對薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。③承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

1.2 盡可能設置多道抗震防線。①一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架―剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成,雙肢或多肢剪力墻體系組成。②強烈地震之后往往伴隨多次余震,如只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會因損傷積累導致倒塌??拐鸾Y構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度,有意識地建立一系列分布的屈服區,主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度,以使結構能吸收和耗散大量的地震能量,提高結構抗震性能,避免大震時倒塌。③適當處理結構構件的強弱關系,同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后,其他抗側力構件仍處于彈性階段,使“有效屈服”保持較長階段,保證結構的延性和抗倒塌能力。④在抗震設計中某一部分結構設計超強,可能造成結構的其他部位相對薄弱,因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小,改變抗側力構件配筋的做法,都需要慎重考慮。

1.3 對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。①構件在強烈地震下不存在強度安全儲備,構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。②要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化,一旦樓層(部位)的比值有突變時,會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。③要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。④在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移,這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

2、建筑隔震結構設計分析

2.1 結構設計參數。建筑隔震橡膠支座結構設計時的主要參數有:

①形狀系數,第一形狀系數S1主要體現薄鋼板對橡膠板的約束效果,第二形狀系數S2主要反映橡膠支座在受壓時的穩定性。根據國內外研究成果和工程經驗,一般取S1≥15,S2=3~6。

②外形尺寸。已有研究結果表明:橡膠支座發生的水平變形在高達支座平面尺寸的60%時也是安全的,因此推薦的支座直徑為D=DT/O.6(DT為最大水平位移)。實際應用中,一般取D=DT/O.55。橡膠支座的高度日可以根據形狀系數和其他有關參數設定,對于Φ400、Φ500、Φ600的支座,一般H分別采用150mm、175mm和200mm比較合適。

③夾層鋼板厚度。橡膠支座的破壞表現為夾層鋼板的斷裂,鋼板越厚,鋼板發生屈服強度和屈服的位移量越大。鋼板的厚度t。一般為2~4mm。

④膠層厚度及層數。在一定范圍內,橡膠支座夾層鋼板與膠層厚度之比越大,則支座的豎向承載力越大。

⑤鉛芯直徑。鉛芯的大小直接影響到支座的阻尼,可以根據設計的阻尼性能選定。

2.2 性能設計參數。橡膠支座的性能設計指標主要是指承載能力、剛度、阻尼特性等。

①豎向承載力。橡膠支座的S1越大,或者鋼板抗拉強度越高、鋼板與橡膠板的厚度比越大,則豎向承載力越大。

②壓剪承載力與水平位移。壓剪承載力是指橡膠支座在發生某一規定的水平變形下的豎向承載力。在豎向壓應力為10~15MPa情況下,一般要求當支座的極限水平剪切變形達到350%時,橡膠支座也不會出現壓剪破壞。

③水平剛度。橡膠支座的水平剛度KH.受橡膠材料性能、支座形狀系數及壓剪條件等諸多因素的影響。當支座S1≥15,S2≥5,豎向壓應力≥15MPa,設計剪切應變≤350%時,可以按剪切情況計算KH。

④豎向剛度。為確保支座在使用中不產生過大的豎向壓縮變形,必須保證支座有足夠大的豎向剛度Kv,一般由建筑結構設計時提出。影響Kv的主要因素有橡膠的硬度及彈性模量、支座形狀系數(S1、S2),以及豎向壓應力和水平剪切變形。

⑤阻尼特性(阻尼比)。橡膠支座的阻尼比基本上代表了隔震結構體系的阻尼比。MRB、HD-MRB和LRB的阻尼比分別為3%~5%、10%~15%、20%~30%,因此LRB不需匹配阻尼器便可單獨使用。

2.3 橡膠與鋼板的黏合技術。隔震橡膠支座是由薄鋼板和薄橡膠板交互疊合、模壓硫化而成,鋼板與橡膠板的黏合強度關系到支座在承載時鋼板對膠層的約束效果及在發生地震時的變形能力,因此黏合強度極為重要。目前鋼板采用噴砂處理,涂上由含鹵聚合物彈性體、黏合增進劑和偶聯劑等組成的熱硫化膠黏劑。雙涂比單涂更佳,黏合強度一般都在15kN?m-1以上。

3、建筑隔震技術設計要點

3.1 “基礎隔震”的基本原理

現代建筑“基礎隔震”概念的基本原理是在建筑物上部結構與基礎之間設置安全可靠的隔震柔性底層,使建筑物與基礎隔開。這樣,支撐在隔震系統上的整個建筑物在地震時便具有較大的剪切變形能力,使地震的各種破壞力對上部建筑物的直接拉力降至最小,減小上部結構的地震反應(一般可減小至1/5左右),確保建筑物在任何突發強地震中不被破壞和倒塌,是一種立足于“隔”的以柔克剮、以隔減震的積極抗震的方法??梢哉f,從“抗”到“隔”,是抗震設防策略的一次重大改變和飛躍。

3.2 隔震體系的優點。

①明顯有效地減輕結構的地震反應。隔震體系的結構加速度反應只相當于傳統結構(基礎固定)加速度反應的l/3~1/10。這種減震效果是一般傳統抗震結構所望塵莫及的。從而能非常有效地保護結構物或內部設備在強地震沖擊下免遭任何毀壞。

②確保安全。在地面劇烈震動時,上部結構仍能處于正常的彈性工作狀態。這既適用于一般民用建筑結構,確保居民在強地震中的絕對安全,也適用于某些重要結構物和重要設備。

③減低房屋造價。采用隔震技術建造的房屋比傳統抗震房屋節省房屋土建造價:7度區節省3%-6%,8度區節省8%~14%,9度區節省15%~20%。并且安全度大大提高。

④抗震措施簡單明了??拐鹕婕暗膶ο髲目紤]整個結構物的復雜的不明確的抗震措施轉變為只考慮隔震裝置,簡單明了。結構物本身與一般非地震區的做法無疑,設計施工大大簡化。

⑤震后修復方便。地震后,只對隔震裝置進行必要的檢查更換。而無需考慮建筑結構物本身的修復,地震后可很快恢復正常生活或生產,這帶來極明顯的社會效益和經濟效益。

3.3 建筑隔震橡膠支座隔震的基本原理

在眾多基礎隔震構件中,建筑隔震橡膠支座是應用比較廣泛的。隔震橡膠支座是由柔軟的薄橡膠板和堅硬的薄鋼板分層交替疊合、模壓硫化而成。其中橡膠層與鋼板緊密黏結,當橡膠支座承受上部結構的自重和使用荷載時,橡膠層的橫向伸展受到鋼板的約束,豎向剛度增大,使橡膠支座具有足夠的豎向剛度和承載能力,有利于穩定地支承建筑物;當橡膠支座承受水平荷載時,其橡膠層的相對位移大大減小,使橡膠支座可達到很大的位移而不致失穩,并且保持較小的水平剛度。

4、結束語

綜上所述,建筑隔震橡膠支座隔震技術不僅可以保證建筑物結構的整體安全,并且能夠防止非結構部件的破壞,避免建筑物內部裝修、室內設備的損壞及由此引發的次生災害。加快這一技術的推廣應用,特別是在高烈度地震區的應用具有重要意義,市場前景也十分廣闊。

參考文獻:

隔震技術的基本原理范文3

【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??;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]。

參考文獻

[1] 周福霖.工程結構減震控制[M].北京:地震出版社, 1977.

[2] 蘇經宇,曾德民.我國建筑結構隔震技術的研究與應用[J].地震工程與工程振動[J], 2001, 21(4): 94-101.

[3] 王建強.建筑結構抗震設計[M].中國電力出版社,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] 侯寶隆.日本隔震技術的新發展與控震技術的實際應用[J].工業建筑,2000,30(11):74-78 .

隔震技術的基本原理范文4

關鍵詞:滑移隔震;摩擦擺;基本性能;發展前景

中圖分類號:TU834.3+6文獻標識碼:A 文章編號:

1引言

地震作用是一種自然現象,是一種突發性毀滅性的自然災害。世界上破壞性的強地震平均每年約18次,僅上個世紀,由地震引起的傷亡數超過5萬人的強震就多達近20次[1]。1999年8月17日,在土耳其西北部科賈埃利省(KOCAEL)省會伊茲米特市(Izmit)發生7.4級大地震,死亡人數13992人,受傷26400人,倒塌房屋11.5萬間,直接經濟損失100億美元以上[2]。2008年5月12日,四川省汶川縣8.0級特大地震,死亡和失蹤近9萬余人,數百萬人失去住所。2011年日本9級大地震死亡失蹤近2萬,造成損失達3500億美元。

摩擦滑移隔震系統研究概況

摩擦滑移隔震的基本原理是在建筑物的基礎和上部結構之間設置一種可以產生相對滑移的滑板,對滑板之間的滑移摩擦力進行控制,保證建筑物在地震時其上部結構相對于地基基礎作整體的水平滑動。

經過長期研究,摩擦滑移隔震裝置的構造形式也在不斷的變化,如純摩擦隔震系統(P-F)、恢復力摩擦隔震系統(R-FBI)[3][4]、法國EDF摩擦隔震系統[5]、摩擦擺隔震系統(FPS)、滑動恢復力-摩擦隔震系統等。

2.1 純摩擦隔震系統(P-F)

該系統是一種純摩擦型的基底滑移隔震系統,上部結構和基礎之間設有摩擦板或者砂墊層,地震作用下通過滑移摩擦來耗散地震能量,是最簡單的一種隔震措施,該隔震結構有一個缺點,就是地震作用下沒有限位功能,會有一定的殘余位移,由于其形式簡單,工程造價較低,工程施工上比較容易實現,純摩擦基礎隔震系統建筑在我國已經有很多工程實例。其原理簡圖見圖2.1所示。

2.2 恢復力—摩擦隔震系統(R-FBI)

這種隔震系統由橡膠和摩擦板兩部分共同組成,摩擦板通過摩擦消耗地震能量,橡膠受到水平作用變形后具有很好的彈性恢復能力,自動復位能力較強,但是這種隔震技術工程造價很高,不利于隔震技術的向工程實踐推廣,有待進一步的深入研究。該隔震系統的原理簡圖如圖2.2所示。

2.3 法國EDF摩擦隔震系統( EDF)

該隔震系統由摩擦板和橡膠支座兩個部分構成,摩擦板位于上部,橡膠支座在其下部。在遭受地震作用時,如果地震作用較小,該系統的橡膠支座起主要作用,但在強地震作用下,上部的摩擦板開始滑動,摩擦板的滑動可以消耗地震能量,減小上部結構地震作用。橡膠支座和摩擦板共同作用時,摩擦板的滑動摩擦還會對橡膠支座起到保護作用。該隔震系統原理簡圖如圖2.3所示。

2.4 滾軸隔震[6]

滾軸隔震是滾動隔震的一種形式,在建筑物基礎和上部結構之間有兩層相互垂直的滾軸,滾軸在橢圓形的溝槽內滾動、摩擦,消耗地震能量,但是這種隔震結構自身不能提供彈性恢復力,缺少自動復位性能,使得由于滾動所產生的位移無法恢復。為了解決這個問題,西安建筑科技大學的姚謙峰教授等專家學者提出了一種改進的隔震系統,叫做球形基礎隔震系統,該系統具有一定的自動復位能力,他們對該隔震系統進行了較為深入的研究和探討。這兩種隔震系統的原理簡圖如圖2.4、2.5所示。

2.5 摩擦擺隔震系統(FPS)

摩擦擺隔震系統是一種經過改良的摩擦滑移隔震裝置,隔震裝置中滑道和滑塊半徑相同,滑道是一個凹形不銹鋼做的球形表面,滑塊是一個向下凸起滑移塊,表面涂有一層特殊的材料(Teflon 材料),其中凹形球面能夠提供彈性恢復力,是建筑物上部結構能自動復位,地震作用后的殘留位移也可以得到有效控制。摩擦擺隔震裝置的原理簡圖如圖2.6所示。

2.6 滑移復位摩擦系統(SR-F)

這種隔震裝置是將恢復力-摩擦基礎隔震裝置和法國EDF摩擦基礎隔震系統組合起來得到的一種新型隔震裝置,主要是在恢復力-摩擦隔震裝置上面增加一個摩擦板,把兩個隔震裝置的性能綜合起來,使其具有兩個隔震裝置的優點。當遇到小地震作用時,該組合系統的工作性能和恢復力-摩擦隔震系統一樣,當遇到強烈地震作用時,上面的摩擦板受到地震作用就會發生摩擦滑移,吸收地震能量保證結構的安全使用。該系統的原理簡圖如圖2.7所示。

2.7 限位滑移隔震裝置(S-LF)

該隔震系統有滑移支座和限位支座聯合組成,地震作用較小時,該系統具有足夠的初始剛度,當受到較大的地震作用時,它就會有彈性工作狀態轉變為非彈性工作狀態,吸收耗損地震能量。強震作用下限位器也容易進入塑性工作狀態使上部結構產生殘余位移,不能恢復到初始狀態。其原理簡圖如圖2.8所示。

圖2.1 摩擦隔震結構原理簡圖圖2.2 R-FBI 原理簡圖

圖2.3 法國EDF原理簡圖 圖2.4 滾軸隔震原理簡圖

圖2.5 球形基礎隔震結構簡圖圖2.6 摩擦擺原理簡圖

圖2.7 SR-F隔震系統原理簡圖 圖2.8 限位滑移隔震系統簡圖

摩擦擺支座的構成和基本性能

摩擦擺(Friction Pendulum System,FPS)是一種改進的滑移隔震系統,是一種有效的干摩擦滑移隔震體系,其實際上是依靠重力自動復位的摩擦擺滑動機構,1985年由美國的Dr.Victor Zayas首先提出,后來Zayas博士創辦了EPS公司專門做摩擦擺隔震產品。由于其具有良好的性能,受到了國內外學者較為深入的研究,并在國外已成功地應用許多實際工程中。圖3.1為摩擦擺支座的構造示意圖,支座各組成部分的名稱如圖所示。上滑動面FPS支座主要用于層間隔震,下滑道面支座主要用于基底隔震。

(a)上滑動面支座 (b)下滑動面支座

(c)支座的變位情況

圖3.1 摩擦擺支座構造示意圖

摩擦擺隔震支座由滑塊和圓弧形滑道組成,滑塊有一使滑塊在滑道中滑動時能夠保證上部結構整體水平滑動的裝置,滑塊和滑道之間涂有聚四氟乙烯摩擦材料,這種材料有抗壓強度比較大,磨損較小,對溫度的變化也不敏感等優點,所以一般的摩擦型隔震器都使用這種材料。摩擦擺隔震支座由于其特殊的圓弧形構造使其能夠依靠其自身的重力進行自動復位。

當受到地震作用時,摩擦擺支座開始滑動,此時摩擦擺支座能夠使隔震體系的水平剛度中心和上部結構的質量中心保持一致,能夠極大的減小結構扭轉反應。摩擦擺隔震支座將建筑物以地面隔離開,充分利用滑塊和滑動面之間的摩擦來消耗地震能量,大大減小上部結構地震能量的輸入。但是,和橡膠支座一樣,摩擦擺隔震支座也有其缺點,一般的摩擦擺支座沒有豎向抗拔能力,支座受拉力作用時,滑塊和蓋板兩者之間很容易脫離。輕型結構建筑物由于自重較小,結構在風載或者是地震作用下,摩擦擺支座由于拉力其蓋板和滑塊可能就會脫離,使建筑物傾覆,造成嚴重后果,所以在這種情況下就必須對摩擦擺支座加以改進,安裝防傾倒裝置,或者使用一種專門的豎向抗拔摩擦擺支座。

國內外研究和應用現狀

4.1 研究現狀

摩擦擺是一種有效的干摩擦滑移隔震體系,目前國內外學者對其進行了較為深入的研究。其中Mokha、Tsopelas[7]對摩擦擺隔震系統的隔震效果進行了試驗研究,并將其應用到房屋加固改造中; R.S. Jangid[8]對地震作用下最優摩擦擺隔震系統進行了研究; V.R. Panchal、R.S. Jangid[9]對VFPS隔震系統進行了研究,相比普通的摩擦擺隔震系統(FPS),起具有更好的隔震效果。

在國內,周錫元院士等對摩擦擺隔震結構進行了系統分析與論述[10]。李大望[11]推導了摩擦擺隔震結構的二階振動微分方程,計算分析了水平地震作用下FPS 的隔震效果和結構的水平和豎向振動響應規律,并對其非線性振動性態和隔震效應進行了研究。王建強[12]采用空間桿系-層模型對摩擦擺進行了雙向地震反應分析,認為應考慮雙向地震作用對摩擦擺基礎隔震結構地震反應和隔震支座性能的影響。楊林[13]成功地完成了4 層鋼框架模型的振動臺試驗,采用加速度和層間位移主要指標來評價結構的性能,試驗結果表明,FPS 能有效減少上部結構動力反應,隔震效果良好。

4.2 工程應用現狀

FPS主要應用于建筑結構隔震、橋梁結構隔震以及一些工業結構的隔震。FPS在建筑結構方面的應用主要有以下幾個工程實例。

舊金山機場國際航空港

舊金山國際機場終端有廣闊的內部空間,80英尺高柱,700英尺長屋頂精架以及玻璃外墻。該建筑設計抵抗圣安德列斯地區8級地震,共有267個摩擦擺支座用于這個地標性建筑,它是目前世界上最大隔震建筑,有超過2200萬立方英尺的超大內部空間。

② 土耳其阿塔圖爾克國際機場

該機場為250萬平方英尺的建筑結構,位于土耳其伊斯坦布爾,使用摩擦擺支座的主要結構是柱頂有三角天窗的820英尺 x740英尺的錐形屋頂空間框架,摩擦擺支座用于保護屋頂玻璃、玻璃幕墻、及懸臂柱免于8級地震的破壞。

③ 西雅圖美式足球場

該足球場位于華盛頓州西雅圖市,其結構使用摩擦擺支座來保護大跨度桁架屋頂,支座安置于4個屋頂支撐塔上。

④ 舊金山公寓建筑

馬里納公寓位于加州舊金山市,為4層木框架結構,摩擦擺支座置于基礎車庫層鋼結構柱底,使該結構可承受7級的地震。摩擦擺的使用避免了使用剪力墻的需要,能夠保證車庫大空間的需求。

⑤ 美國加州海沃德禮堂

海沃德大會堂為政府建筑,其位于地震帶附近,為4層結構,為保證結構安全,其主要使用摩擦擺和粘滯阻尼器末抵抗該地區強烈的近場地趁動。

⑥ 美國聽證法庭

該聽證法庭位于加州舊金山市,具有悠久的歷史,面積為350,000平方英尺。該聽證法庭結構基礎為摩擦擺支座基礎,外部為花崗巖,內部為大理石,裝飾有石膏和硬木。

5 問題及展望

對滑移隔震技術, 國內外已進行了較多研究, 證實其在強震作用下的有效性。然而,摩擦擺隔震是滑移隔震技術的改進,由于基底和支撐面之間摩擦力的復雜性摩擦擺隔震結構在動荷載作用下的動力響應表現為高度的非線性特征,其理論研究還不夠深入和成熟。在應用方面,仍有大量的技術問題有待解決,如高層建筑隔震措施的研究,摩擦擺隔震結構在滑道半徑、摩擦系數共同影響下的研究,不規則框架結構的研究,以及結構在多維地震作用下的研究等等。隨著人們認識的加深和社會的發展, 走抗震與減震相結合的道路是結構發展的必然趨勢。摩擦擺基礎隔震技術大大提高了大震下結構的可靠性,采用摩擦擺支座的隔震建筑也是越來越多,其發展前景是十分廣闊的。至今我國還沒有正式的技術規范來指導這類隔震建筑的設計,因此對其進行研究有著較大的實際價值。

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[11] 李大望,趙卓等.摩擦擺系統穩態隨機響應預測[J].世界地震工程,2000,16(3): 49~52.

隔震技術的基本原理范文5

關鍵詞:隔震原理 基礎隔震 隔震試用范圍 隔震穩定 經濟性

建筑隔震減震技術是通過在建筑物底部或某高度處設置側向剛度較小且變形能力大的隔震裝置,以減小地震對上部樓層的能量輸入,從而減小上部樓層的地震響應。

1.建筑隔震的原理

建筑隔震就是在建筑物的基礎或下部結構和上部結構之間設置隔震裝置(或系統),形成隔震層,以達到阻隔地震時地面振動向上部結構傳遞地震力(或振動能量),降低結構在地震下的振動反應的目的。

建筑結構采用隔震措施后,與相同的非隔震結構相比,將具有較長的周期(通常是原周期的2~3倍) 。根據反應譜理論,層數較少的非隔震結構周期較短,地震作用較大,而隔震建筑的周期明顯延長,使得地震作用顯著減小。這是目前對隔震建筑原理的一般解釋,并由此認為隔震建筑一般適用于層數用隔震技術,我國也開始高層建筑隔震的研究和應用。但傳統的基于延長周期的隔震原理似乎無法解釋隔震技術在高層建筑中應用的合理性,而實際高層建筑隔震的動力分析結果又表明高層建筑隔震仍具有明顯的減震效果 。隔震技術在高層建筑中應用的合理性來源于多個方面,其中比較主要的方面在于隔震層同時也是絕好的消能減震層,結構的大部分變形集中在隔震層,使得隔震層中阻尼器的消能作用具有更高的效率。除此之外,即使只考慮隔震本身,高層建筑隔震仍具有其他優勢,主要體現在上部結構絕對加速度響應的降低。

2.隔震建筑的形式

2.1 基礎隔震

所謂基礎隔震,就是在建筑物的基礎與上部結構之間增設高度很矮, 具有足夠可靠性的隔震層,控制地面運動向上部結構傳遞,地震時其能量可反饋到地面或由隔震層吸收,以大大減小結構及構件的地震反應,確保建筑物的整體安全,其內部設備不發生破壞或喪失使用功能,室內人員不遭受傷害也不會有強烈震感。同時,還可防止結構內部的次生災害。主震后無需避震疏散,即使發生罕遇大震隔震房屋也不會倒塌。

在其中使用的橡膠隔震墊不僅有良好的隔震性能,而且該技術在造價方面也有其優越性。隔震結構與一般結構相比,費用增加的部分包括:隔震構件、隔震層上面的樓面、設備管道的柔性接頭及相應的設計費用和施工費用。如果上部結構仍然按傳統的抗震設計,其總工程費用略有增加。

基礎隔震技術是用水平力很“柔”的隔震元件將上部建筑與基礎隔離,由于隔震層的剛度很小,當地震發生時,隔震層將發揮“隔”的作用,承受地震動引起的位移運動,而上部結構只作近似平動。原來的“剛”“性”“抗震”結構的地震反應是“放大晃動型”,而基礎隔震結構的地震反應只是“抗震結構”的1/4-1/12,大大提高了結構的安全度?!翱拐鸾Y構”的層間位移大,所以造成建筑的開裂、破壞甚至倒塌?;A隔震結構的層間變形很小,這樣不僅建筑結構不會破壞,而且建筑內的裝修,設施也保持完好。

目前應用較多的隔震元件是建筑隔震橡膠支座,隔震橡膠支座是由一層鋼板一層像膠層層疊合起來的,并經過加工將橡膠與鋼板牢固地粘結在一起,首先,隔震支座有很高的豎向承載特性和很小的壓縮變形,可確保建筑的安全;第二,隔震支座還具有較大的水平形能力,剪切變形可達到25%而不破壞;第三,橡膠隔震支座具有彈性復位特性,地震后可使建筑自動恢復原位。采用隔震橡膠支座的建筑物,設防目標一般可以提高一個設防等級。傳統建筑的設防目標是“小震不壞,中震可修,大震不倒”,而設計合理的基礎隔震建筑通常能做到“小震不壞,中震不壞或輕度破壞,大震不喪失功能”。此外,采用隔震橡膠支座建造的房屋,可適當降低上部結構的設防水準(一般可降低一度到一度半),這樣就有可能使建筑布置更加靈活,并可減少一些結構的構造措施或減少一些結構件的尺寸或配筋(如墻體厚度),從而使上部結構能節約部分土建造價?,F代科技的發展已解決了橡膠的老化等耐久問題,完全可以使橡膠隔震支座的壽命滿足建筑使用的要求。

基礎隔震技術適用范圍很廣,尤其適用于量大面廣的中、低層磚混房屋和鋼筋混凝土房屋建筑,在高烈度地震區,采用基礎隔震技術建造的房屋,可以突破現行抗震規范中對房屋層數的限制,在保證高度比的前提下可以加高一兩層,這樣可以增大建筑物的容積率,節省建設用地,提高土地利用率。在中低烈度地震區,采用隔震技術,投資可能會稍有增加,但建筑的品質與往日的相比已不可同日而語,更重要的是其產生的社會效益無法估量。

2.2 中間層隔震

在基礎以上的中間樓層設置隔震層,下部結構同普通建筑物一樣直接與地基接觸,因此它不存在基礎隔震建筑的底部體積和墻體數量問題,但隔震層以下的樓層需要做抗震處理。在市區場地不太寬裕時,可把隔震層設計在地面以上,在空中變形有利于節約用地,同時也能有效減少地基的挖土量。

3.隔震建筑穩定性

隔震建筑穩定性隔震建筑通過隔震墊改變建筑的周期,從而減少地震能量的輸入,達到減震的目的,設置隔震層,將導致減少建筑物的水平位移約束, 根據彈性穩定理論,可以肯定, 兩個完全相同的上部結構,嵌入隔震層的穩定性不如無隔震層的。因此,從某種意義上說,結構減震是以降低結構穩定性為條件的。橡膠墊越扁平,隔震器穩定性越好,水平剛度越大,水平剛度大的隔震器隔震效果相對較差,在此揭示了隔震器穩定性與其隔震效果是~ 對矛盾,設計研究中,協調矛盾是重要的, 國內外文獻建議s2直徑與高度比取值為36;隔震建筑的穩定與隔震層位置也有關系,隔震層位置越接近地基,建筑的隔震效果越好,整體穩定性穩差,穩定性越好,隔震效果越差。為了防止隔震建筑失穩, 《規范》 規定: 隔震支座在表第l2.2.3初期值的±20% ;徐變量不超過各橡膠層總厚度的5% ;隔震層橡膠支座在罕遇地震作用下, 不宜出現拉應力。另外隔震建筑在設計施工中為防失穩都應設置沉降觀測點。表3 平均壓應力限值I 建筑類別 甲類 乙類 丙類建筑 建筑 建筑平均壓應力限值(MPa) 10 12 15高層建筑隔震設計中隔震建筑穩定性問題更加突出,在當前技術條件下,隔震支座根本無法承受大的拔力,日本在隔震技術開發和應用中,采用了直線式滑動支座,這種支座最大抗拔力可達18000KN,還有一個新辦法,就是采用柱基“活接” 隔震消能措施。但目前高層建筑隔震設計中不單只應用橡膠隔震墊,還須其他減震設計方法進行空間模型非線性時程分析,

4.隔震結構的經濟性。

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。

參考文獻:

[1]GB500112001 建筑抗震設計規范

[2]曲哲,葉列平,潘鵬,高層建筑的隔震原理與技術,清華大學土木工程系,北京100084

隔震技術的基本原理范文6

【關鍵詞】 高層建筑 隔震構造設計

前言

我國大部分地區地處地震帶上,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。目前,國內有關高層隔震建筑物設計與施工之相關研究仍相當欠缺,鑒于隔震建筑日趨普及,隔震建筑設計審查、隔震消能材料認證與驗證機制、以及評定機構之指定工作,已刻不容緩。盡早訂定完善之高層隔震建筑設計審查機制、隔震消能材料試驗標準、以及裝設前中后之檢測,實為當務之急。本文主要闡述了高層隔震建筑構造設計的空間構造、規劃設計、降低隔震層的水平剛度及細部結構設計等方面的內容。

一、隔震建筑的基本原理

隔震建筑是結構減震控制技術運用的其中一種,在日本叫“免震建筑”,其原理為:采用隔震裝置改變建筑物與地基之間連接方式。首先,通過在建筑物底部和基礎頂面之間設置隔震裝置,延長結構的自振周期,使結構避開地震波的高能頻帶;其次,提供適當阻尼使建筑物的地震反應大大減弱。簡單來說,就是用隔震裝置將地震時建筑物的擺動轉換為建筑物對地面的橫向位移,地震能量由隔震裝置自身的變形來吸收。如此隔震建筑物就大大的降低扭曲及彎曲,也會明顯的降低搖擺程度(地震加速度),因而降低構造及設備的破壞。

隔震技術主要應用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震設防烈度為8、9度的建筑。其主要特征是地震時繼續保持建筑物的性能,即地震時不僅要確保建筑結構上的安全,還要使作用于建筑物上的水平重力加速度盡可能小,避免室內設施、器具、物品等移動翻到。由此可見,此類建筑是更注重于建筑使用功能的維持,其設防目標高于“小震不壞,中震可修,大震不倒”的規定。

二、高層震建筑構成與設計

如何響應隔震上部結構在地震時產生的大的位移,是隔震建筑在設計上最重

要的概念。關于設計位移的確定,一般地質條件(I、1I類場地),隔震建筑外周側通常留40cm的活動空間(設計位移約25cm)134-36]。然而,實際設計位移仍需結構設計人員進行確認。

1、空間構成

1.1上部結構

上部結構位于隔震層的上方,地震時產生大的位移,此位移量取決于設計方向是前后左右全方位的。上部結構變形大而加速度小,所以居住性能良好,家具等也不易翻轉傾覆。為了上部結構不阻礙隔震層在地震時發生大的變形,應采取以下措施:

(1)上部結構的周邊應設置防震縫縫寬不宜小于各隔震支座在地震下的最大水平位移值的1.2倍。

(2)上部結構(包括與其相連的任何構件)與地面(包括地下室和與其相連的構件)之間,宜設置明確的水平隔離縫;當設置水平隔離縫確有困難時,應設置可靠的水平滑移墊層。

(3)在走廊、樓梯、電梯等部位,應無任何障礙物。

1.2隔震層

隔震層是指設置隔離層或阻尼裝置等隔震部件的區域。隔震層的上下樓層間易發生大的層間變形,因此在必要的部位必須采取充分的隔震措施來適應這個變形。

隔震層一般規定:

(1)隔震層內部空間除放置隔震系統以及必要的管線外,不作居室或其它用途使用時,隔震層不予計入建筑面積、容積率、建筑物層數。但為確保建筑物使用安全,隔震層四周應予封閉,除必要的維修人員出入口外,不得設置其他出入口。隔震層需作停車場或倉庫等其他用途時,按普通樓層對待應計入建筑面積。

(2)建筑物于隔震層的外周外墻的防護構造,如屬隔震層必要的構造,例如擋雨構件未超過0.5m部分,不計入建筑面積。

(3)一般建議隔震層高度采用1.8~2.1m之間,因考慮規劃等因素,隔震層應計入建筑物高度。

1.3下部結構

下部結構位于隔震層下方,是支承上部結構及隔震層的部分。在不設地下室的基礎隔震類型中,基礎相當于下部結構。在中間層隔震的情況下,下部結構與一般抗震結構采用相同的處理手法和設計,不同的只是受到上部作用的地震力要小。

1.4外周部

外周部是指與上部結構鄰接的地表部分。外周部和上部結構之間產生40cm

左右的相對位移。為避免人員等靠近,設植栽等阻擋物。另外周邊應留有足夠空地,以防大地震時上部結構超越建筑紅線。

1.5鄰樓空間

鄰樓空問是指相鄰樓棟之間的人的活動空間。這部分也應考慮由于地震時上部結構晃動而采取相應的措施。還應注意的是,如果相鄰的建筑不是抗震結構,而是隔震結構的情況下,則相對位移會很大。

2、規劃設計

隔震建筑設置有隔震層,在地震時上部結構會產生位移。因此,外部空間應作包括鄰棟間距、碰撞距離、消防及外觀的舒適感等安全上的考慮。此外,建筑外墻、設施、坡地、擋土墻等,在場地規劃時,也應從適應上部結構位移特性方面考慮。

確定建筑物與場地邊界線的關系(圖1),在可移動范圍①部分要避免建筑物與邊界圍墻接觸、碰撞。特別注意上部結構或墻外之間的距離不能過大,避免人們隨意鉆入,當需要進入時,要有安全措施。對建筑物有可能碰撞到人這一點要有充分認識。建筑物的長期使用過程中,其整個可移動范圍內均不得堆放任何障礙物。在可移動范圍②一般設有建筑的出入口,要注意不能因為上部結構的移動而使人受到傷害,為避免人、車輕易進入(出入口除外),最好設置門墻或指示標記等。

圖1

3、降低隔震層的水平剛度

為了提高建筑隔震效果,使隔震層的水平剛度充分小并延長建筑物的自振周

期,這就要求設計的時候,選擇適宜的隔震支座和平面柱網尺寸。

(1)如柱網尺寸小,采用數量多而直徑小的隔震支座,以降低隔震層的水平剛性;但直徑小的隔震支座其變形上限也隨之減小(圖4.9a);換用直徑大的隔震支座,又反而提高隔震層的剛性(圖4.9b)。

(2)加大柱網尺寸,減少隔震支座的個數,而采用直徑大具有較高變形上限的支座,且不至提高隔震層的剛性(圖4.9c)。

(3)上部結構的最下層采用剛性底座(圖4.9d),隔震支座的設置與柱的位置無關,但與(圖4.9c)相比造價較高。

(4)可利用天然疊層橡膠支座與鉛芯疊層橡膠支座配合使用,用二者合理數量比例進行調整,使得隔震層同時滿足剛性與變形位移的要求。

圖2

三、高層隔震建筑細部構造設計

1、隔震安全間距

1.1水平移動空間(安全距離)

確定隔震建筑的可移動房屋,要考慮建筑物的所有部分,不得有遺漏。原則上可移動面(一般為水平面)是在該建筑的范圍內而且只能有一個水平面。如果可移動面部分出現上下不一致,則接合部位的連續性會受到破壞,使建筑物的隔震效果大打折扣。

此外,可移動部分及空間(采光井等)的維護,在發生大地震前應事先采取什么措施等都是很值得注意的問題,最低限度要考慮不得讓人們隨意進入可移動范圍內。

1.2外部構筑物設計

為了使樹木及結構上與建筑物脫離的外部構筑物適應隔震建筑大的位移,應

在初步設計階段就開始考慮采取相應的措施:

(1)在基地邊界和圍墻內,要把建筑物周圍的設備臺座、水池等低矮的地面突出物以及建筑物與外部結構之間所設道路的寬度作為檢查對象。

(2)對靠近建筑物的樹木每年的生長情況進行預測。

(3)出入口周圍,門廳的臺階、入口處雨篷、傷殘人專用坡道等,與建筑外部的連接應采用伸縮構造連接。

1.3隔震溝、墻外狹道

在隔震層上方外墻周邊設置隔震溝作為建筑隔震的安全空間,這是隔震建筑物最基本的形式。在隔震溝上方開口處的覆蓋物一般是可滑動的蓋扳,或做成平臺,或安放設備,或做成排水溝等。也可將外墻做成幕墻,使上層樓面向外凸,或采用陽臺的形式遮蓋隔震層。

(1)可移動的隔震溝蓋板,由于大地震產生的變形有正有負,應注意不使隔震溝暴露。隔震溝的蓋板一端在建筑外墻固定,另一端用錕輪支承,以適應變形。蓋板的支承部位由不銹鋼和聚四氟乙烯纖維板形成摩擦系數小,容易滑動的接觸

面。

(2)伸縮連接的混凝土預制蓋板,采用預制混凝土的伸縮連接蓋板,在大地震時,蓋板能升高并且能落下,容易復原。當采用伸縮連接的蓋板時,需采取措施避免因安全距離張開過大,當建筑物向左側移動時,導致蓋板落進溝里,如果這時溝里有人會造成人員的傷害。

(3)采用陽臺遮蓋,采用分離型的滑動方式,把擋墻從地面標高抬高200mm以防止雨水進入隔震層,要注意的是,樓板盡端450mm以內不放置物品,也不要有人。

(4)采用植栽作為墻外窄道,同樣采用分離型的滑動方式,注意與周邊公共空間中的設施要拉開一定距離,考慮公共空間(人行道)上的人的安全。

結語

我國是地震多發區,造成的傷害非常大,而傳統的抗震設計方法無法達到保證安全的目的。所以我們要加快隔震建筑的結構設計研究,使我們的高層建筑也不懼地震的襲擊。

參考文獻

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