谈房屋建筑工程的隔震结构设计

来源 :中国房地产业·中旬 | 被引量 : 0次 | 上传用户:goldsir1
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  摘要:地震是一种严重的自然灾害,地球上每年发生地震的次数多达多万次,虽然很多次的小地震我们都感觉不到,但是能够对人们造成巨大灾难的地震也不在少数,比如在年发生的汶川地震和年的玉树地震,这两次大的地震灾难给我国造成了严重的经济损失和人员伤亡。文章对隔震建筑进行了介绍简要概括了隔震结构设计的基本思路。
  关键词:隔震结构;隔震设计;房屋建筑
  1、前言
  纵观世纪以来的全球历次震害,随着社会经济水平的不断发展地震灾害越来越表现出人员伤亡数量减少,会经济损失呈级数上升的特点。因此工程抗震中的结构性能化设计受到日益关注。在强震多发地区如美国、墨西哥、日本、台湾等地庄动减灾技术的工程实践和理论研究已持续了相当长的时间,很多采用主动减灾技术的建筑成功地经受住了地震的考验,我国也已将隔震及减震耗能技术纳入设计规范体系在北京、太原、宿迁、汕头、昆明、丽江、东川等地陆续建成一批隔震建筑其中包括目前隔震设计规范中尚未涵盖的高层建筑和大跨度空间结构。在隔震工程建设方兴未艾之际,更有必要对有关问题加强交流深入探讨。
  2、隔震设计概述
  目前主流的结构抗震设计对策仍然是采用延性结构体系,通过增大构件截面尺寸、增强配筋,依靠主体结构自身的抗震性能来消耗地震能量,用这种方法来实现规范中规定的在突发地震时房屋建设结构不被破坏,保持稳定的建设防震要求,这是被动消极的“硬抗”。这将会导致此结构产生两种不利后果:一是结构主要构件截面过大、配筋过多以及材料花费过多导致结构成本造价提高,二是结构构件截面、配筋增大后,整个结构的强度也就不可同日而语.在震动中所吸收的余震也就会大幅度的提高,这样也就意味着可以有效减少危险的发生,这就说明材料的变形可以有效地扩散从而减少强度压力,导致结构在遇到震级过大的突袭地震时结构会产生严重的损坏,造成严重后果。不同于传统抗震体系“硬抗”的旧观念,工程结构隔震减震控制体系采用调整结构动力特性“以柔克刚”的新手段,地震发生时隔震层把上部结构与下部结构隔离开,使能量输人有所改变,带有阻尼的隔震层的大变形可以消耗大量能量。如果能事先知道建设场将来可能发生的地震的性质和大小,则进行抗震设计的困难就几乎不存在了。就比如说,上面所提到的韧性抵抗型的建筑结构允许的结构的塑性变形,一但遇到了外力,所发生的反应变化是十分复杂的,这和压力的点来源和数量,以及地震的性质都是十分有关系的。所以说为了保障人民财产的安全,一定要保障建筑物内部地每一个部分和结构都有着足够的强度标准。
  3、房屋建筑工程的隔震结构设计
  3.1上部结构模型化
  建筑结构存在于三维空间里为了精确描述结构在地震时的特性按三维空间来处理结构和动力现象能够达到最高的分析精度,也能够直接得到各构件的反应值,这一点对于隔震结构也同样适用。虽然隔震结构也可以建成三维空间模型,但在反应分析时只需能达到目标精度就己经足够了不必去采用过于复杂的模型。上部结构为十分坚固的弹性设计的隔震建筑中,由于地震时输入的能量基本被隔震层吸收上部结构自身的振动对隔震层影响很小,所以在研究隔震层时可以把上部结构看作是刚体。若是研究隔震装置对上部结构的影响,则还是要同普通结构一样肥上部结构设为多质点模型。在设计隔震结构进行动力分析时多数情况下把上部结构设为多质点模型就足够了。当地震是多维输入地震或考虑扭转振动时,才需要把上部结构建立成立体的三维空间模型。
  3.2隔震层模型化
  3.2.1线弹性滞回曲线。弹性曲线是最简单的滞回曲线践性隔震结构隔震效果好沮高阶反应小胆由于无阻尼参与,隔震层位移较大,一般不宜单独采用。普通橡胶垫支座的滞回曲线为线弹性。
  3.2.2粘滞型滞回曲线。在线弹性隔震层附以粘滞阻尼器,隔震层滞回曲线为粘滞型滞回曲线。阻尼器布置多滞回曲线越饱满注吉构的高阶反应变的越显著。
  3.2.3双线性滞回曲线。在线弹性隔震层附以铅挤压阻尼器、滑移摩擦阻尼器或钢阻尼器,隔震层滞回曲线可简化为双线性滞回曲线。阻尼器的数量可决定滞回曲线的屈服系数和非线性系数。该滞回曲线模型最常用。
  3.3下部结构模型化
  对隔震结构进行反应分析时,一般不对隔震层下部结构进行模型化,固定端多数设置在隔震装置的下端。这是因为下部结构周期比隔震周期短得多几乎不会对上部结构和隔震层的反应带来影响。
  3.4隔展结构的扭转振动
  隔震结构的扭转振动不仅仅是上部结构和隔震层的偏心引起的下部结构的偏心、输入相位差等输入到隔震结构的地震性质的不同也会引起扭转振动。下面是转振动发生的原因。
  3.4.1上部结构的偏心。上部结构的偏心是由建筑物重量、荷载的偏差或结构构件的刚度、强度偏差产生的成者是由两者复合而产生的。但是,隔震结构中上部结构是按弹性设计的,如果隔震层没有偏心,则扭转振动的影响就很小。
  3.4.2隔展层的偏心。相对于上部结构的整体重心隔震支座和阻尼器等隔震装置整体刚心的偏心会带来隔震层的偏心。对于相同的偏心距和偏心率油隔震平面形状、隔震装置的位置、非线性特性引起的扭转振动的影响程度也不一样。即使设计上不存在偏心在高压应力下特别是第二形状系数小的小型夹层橡胶支座的刚度会降低。另外隔震支座和阻尼器制作上的偏差、上部结构荷载变化等原因都有可能引起扭转振动。
  3.4.3下部结构的偏心。下部结构的偏心是由隔震层下部的地下层、或由基础构成的部结构的重量、刚心的偏心而产生的。具体有上部结构平面形状怪异、或同时用直接基础和桩的不同基础的情况发生但是由于地下部分为避免影响隔震性的发挥会设计的十分坚固,一般认为下部结构的偏心对扭转振动的影响很小。
  3.4.4隔震结构的地震输入。隔震结构基础面积相当大时,由于地震动平面上的不均匀性多少会引起扭转振动的发生。所谓相位差输入的地震动的不均匀性是由地震波的表面波成分、体波的斜向输入或周围地基的不规则等引起的。若隔震结构的基础下部结构比包括隔震装置在内的上部结构和地基在水平面内的刚度大,那么相位差输入的变化部分会引起基础的扭转振动从而导致扭转振动输入到隔震结构。
  4、结束语
  地震災害是不可避免的自然灾害,人们能做的就是将地震带来的损失降到最低。我国在隔震技术上的研究己经取得了很大的成果,形成了一套比较成熟、完整的标准体系,并且也己经应用推广到了房屋结构设计中去,可以在突发的、强度大的地震中保护房屋,减少地震对房屋的破坏,也保护了屋内的其它事物以及人员的人身安全,未来我国会将研究重点放在竖向地震的隔震技术研究方向上去,然后大量的推广应用到房屋结构设计中,让以后巨大的地震灾害来临时隔震技术可以起到很好的保护作用。
  参考文献:
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