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摘 要: 隔震技术是近几十年来地震工程最重要的成果之一,是一种经济、可靠、有效的防震减灾技术,因此世界各国都在研究抗震减灾技术,致力于提升建设工程的抗震设防水平,提高建设工程的抗震能力。
关键词: 隔震技术 隔震建筑 抗震建筑
地震是一种频发的自然灾害。据统计,世界上每年平均发生严重破坏的地震约18次以上,平均每年有10000人受害于地震灾害。我国是地震频发的国家之一,已经发生过破坏性地震的城市占总数的10%,为了防止地震对建筑物的危害,传统方法是使用相应的抗震结构体系,但因为它是一个“被动防震”的方法,仍然有许多不足之处,所以,当地震力量来临的时候,不能很好地减震、消震,减弱地震能量。隔震技术开始应用与建筑,在过去的几十年中,经过历次地震检验,隔震设计的建筑,耗散地震能量效果显著。
1.隔震基本概念
隔震,是通过某种隔离装置将地震动与结构隔开,达到减小结构振动的目的。隔震建筑是在建筑物基础和底部、下部与上部之间设置由隔震器、阻尼装置等安装的隔震层,地震能量向上部结构传递时减少上部结构的地震能量,达到预期防震的要求。
2.隔震结构与抗震结构对比
2.1隔震结构与抗震结构安全性对比
建筑物设计早期,设计尚处于静力设计阶段,此时尚无抗震结构这个说法,结构依靠的是自身刚度抵御外界水平和竖向荷载,建成的结构都是所谓的“刚性结构体”。然而,静力理论设计的房屋在历史许多地震受到重大损失。随着科技的进步及房屋层高的不断增大,人们开始考虑建筑抗震问题。20世纪50年代初,随着强震仪的出现和结构动力特性的不断深入研究,提出了沿用至今乃至今后的“延性结构设计”。这种理论思想是在一定程度上控制结构体系的刚度,允许结构在中大震时发生变形,从而将地震能量以动能的形式耗散掉,保护建筑物不至于倒塌。因此,在传统抗震设计基本要素中,首先是保证建筑物要能持续支持自身重量,其次是通过结构构件的强度和延性吸收地震输入的能量。
但是,抗震结构有不可弥补的致命弱点:虽然能在地震中不至于倒塌,但是它允许结构变形,甚至严重破坏。因此,每当地震时,传统抗震结构通过混凝土裂缝及钢筋屈服形式吸收地震能量,多数情况下建筑物内过大的加速度、速度和层间变形会使建筑物内部遭到毁灭性破坏,地震后存在较大的残余变形,建筑物功能难以维持,震后维修费用大大增加。
2.2隔震结构与抗震结构受力与变形对比
抗震结构在地震中的糟糕表现,促使全世界人们不断思考,隔震结构体系从此应运而生。隔震结构的基本是通过在基础结构与上部结构之间设置“隔震层”,使地震时上部结构与地基水平震动分离,从而保护上部结构。目前国际上应用较多的是基础隔震建筑。通过在隔震层设置隔震支座和阻尼器等隔震装置,其中隔震支座能够安定持续地支撑建筑物重量、追随建筑物的水平变形,并且具有适当的弹性恢复力,而阻尼器能够用于吸收地震输入能量,因此耳针结构是一种遵循并超越抗震设计思想的结构形式。当结构遭受罕遇地震时,作用于上部结构的水平力比一般结构要小得多,因此很容易对上部结构进行弹性设计。即使遭受罕遇大地震时,隔震结构也能维持上部结构的功能,确保建筑物内部财产不遭受损失,保障生命安全。
隔震结构抵御地震的强大能力已在日本、美国、中国等许多国家得到验证。隔震体系优良的抗震能力表明,未来的结构抗震设计将以隔震体系全面替代传统抗震体系。隔震结构是一种将房屋部分作为上部结构,隔震层和地基作为下部结构的二重结构。
传统抗震结构与隔震结构地震位移反应与层间剪力如图1所示。隔震结构的显著特点是结构变形集中在隔震层,上部结构层间相对位移十分小,剪力分布均匀。传统结构中,上部结构的加速度反应是地表加速的两三倍。而美国Northbridge和日本兵库县地震强震观测表明,隔震结构上部结构加速度还不到地表加速度的1/3而开展。
2.3隔震结构与抗震结构地震反应对比
美国Northridge大地震(1994年)和日本神户大地震(1995年)中,地震区隔震建筑记录到的最大加速度反应表明:隔震结构顶层加速度反应峰值仅为非隔震结构的20%(隔震结构198Gal,非隔震结构965Gal)(见图2)。这是世界上最早实测到的隔震和非隔震结构在强地震作用下的加速度反应对比纪录,证实了隔震结构体系是当前一种较理想的减轻地震灾害的新型结构体系。
参考文献:
[1][新]Skinner R l,Robinson W H,Meveny G H,著.谢礼立,译.工程隔震概论(第一章).隔震概述.北京:地震出版社,1996:5-25.
[2]侯宝隆.日本隔震技术的新发展与隔震技术的实际应用.工业建筑,2000.30(11).
[3]苏经宇,曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究和应用[J].地震工程与工程振动,2001.
[4]向虎.浅谈隔震技术的发展及在结构中的应用.中国知网.上海:同济大学建筑工程系,2010.
关键词: 隔震技术 隔震建筑 抗震建筑
地震是一种频发的自然灾害。据统计,世界上每年平均发生严重破坏的地震约18次以上,平均每年有10000人受害于地震灾害。我国是地震频发的国家之一,已经发生过破坏性地震的城市占总数的10%,为了防止地震对建筑物的危害,传统方法是使用相应的抗震结构体系,但因为它是一个“被动防震”的方法,仍然有许多不足之处,所以,当地震力量来临的时候,不能很好地减震、消震,减弱地震能量。隔震技术开始应用与建筑,在过去的几十年中,经过历次地震检验,隔震设计的建筑,耗散地震能量效果显著。
1.隔震基本概念
隔震,是通过某种隔离装置将地震动与结构隔开,达到减小结构振动的目的。隔震建筑是在建筑物基础和底部、下部与上部之间设置由隔震器、阻尼装置等安装的隔震层,地震能量向上部结构传递时减少上部结构的地震能量,达到预期防震的要求。
2.隔震结构与抗震结构对比
2.1隔震结构与抗震结构安全性对比
建筑物设计早期,设计尚处于静力设计阶段,此时尚无抗震结构这个说法,结构依靠的是自身刚度抵御外界水平和竖向荷载,建成的结构都是所谓的“刚性结构体”。然而,静力理论设计的房屋在历史许多地震受到重大损失。随着科技的进步及房屋层高的不断增大,人们开始考虑建筑抗震问题。20世纪50年代初,随着强震仪的出现和结构动力特性的不断深入研究,提出了沿用至今乃至今后的“延性结构设计”。这种理论思想是在一定程度上控制结构体系的刚度,允许结构在中大震时发生变形,从而将地震能量以动能的形式耗散掉,保护建筑物不至于倒塌。因此,在传统抗震设计基本要素中,首先是保证建筑物要能持续支持自身重量,其次是通过结构构件的强度和延性吸收地震输入的能量。
但是,抗震结构有不可弥补的致命弱点:虽然能在地震中不至于倒塌,但是它允许结构变形,甚至严重破坏。因此,每当地震时,传统抗震结构通过混凝土裂缝及钢筋屈服形式吸收地震能量,多数情况下建筑物内过大的加速度、速度和层间变形会使建筑物内部遭到毁灭性破坏,地震后存在较大的残余变形,建筑物功能难以维持,震后维修费用大大增加。
2.2隔震结构与抗震结构受力与变形对比
抗震结构在地震中的糟糕表现,促使全世界人们不断思考,隔震结构体系从此应运而生。隔震结构的基本是通过在基础结构与上部结构之间设置“隔震层”,使地震时上部结构与地基水平震动分离,从而保护上部结构。目前国际上应用较多的是基础隔震建筑。通过在隔震层设置隔震支座和阻尼器等隔震装置,其中隔震支座能够安定持续地支撑建筑物重量、追随建筑物的水平变形,并且具有适当的弹性恢复力,而阻尼器能够用于吸收地震输入能量,因此耳针结构是一种遵循并超越抗震设计思想的结构形式。当结构遭受罕遇地震时,作用于上部结构的水平力比一般结构要小得多,因此很容易对上部结构进行弹性设计。即使遭受罕遇大地震时,隔震结构也能维持上部结构的功能,确保建筑物内部财产不遭受损失,保障生命安全。
隔震结构抵御地震的强大能力已在日本、美国、中国等许多国家得到验证。隔震体系优良的抗震能力表明,未来的结构抗震设计将以隔震体系全面替代传统抗震体系。隔震结构是一种将房屋部分作为上部结构,隔震层和地基作为下部结构的二重结构。
传统抗震结构与隔震结构地震位移反应与层间剪力如图1所示。隔震结构的显著特点是结构变形集中在隔震层,上部结构层间相对位移十分小,剪力分布均匀。传统结构中,上部结构的加速度反应是地表加速的两三倍。而美国Northbridge和日本兵库县地震强震观测表明,隔震结构上部结构加速度还不到地表加速度的1/3而开展。
2.3隔震结构与抗震结构地震反应对比
美国Northridge大地震(1994年)和日本神户大地震(1995年)中,地震区隔震建筑记录到的最大加速度反应表明:隔震结构顶层加速度反应峰值仅为非隔震结构的20%(隔震结构198Gal,非隔震结构965Gal)(见图2)。这是世界上最早实测到的隔震和非隔震结构在强地震作用下的加速度反应对比纪录,证实了隔震结构体系是当前一种较理想的减轻地震灾害的新型结构体系。
参考文献:
[1][新]Skinner R l,Robinson W H,Meveny G H,著.谢礼立,译.工程隔震概论(第一章).隔震概述.北京:地震出版社,1996:5-25.
[2]侯宝隆.日本隔震技术的新发展与隔震技术的实际应用.工业建筑,2000.30(11).
[3]苏经宇,曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究和应用[J].地震工程与工程振动,2001.
[4]向虎.浅谈隔震技术的发展及在结构中的应用.中国知网.上海:同济大学建筑工程系,2010.