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建筑物抗震设计

2017-07-04梁雄伟

建材发展导向 2017年3期
关键词:抗震设计建筑物

梁雄伟

摘 要:地震灾害是建筑物的常见灾害,每年都因震害造成大量的人员伤忙和财产损失。文章介绍了各种预防设施包括传统的抗震设计、隔震设计、耗能减震设计。

关键词:建筑物;震害;抗震设计

抗震设计包括传统抗震设计、隔震设计和耗能减震设计。随着社会经济的发展和科学技术的进步,高层建筑从建筑功能、建筑材料到结构形式、高度等方面都在不断地发展变化。在高层建筑中,仅靠传统的抗震设计不法满足抗震规范要求,必须在同一建筑物中综合运用各种抗震设计方法才会得到满意的结果。目前,隔震和耗能减震技术已逐渐成熟,在工程中已得到广泛应用。

1 传统抗震设计

传统结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震作用的,即由结构本身储存和消耗地震能量,这是被动消极的抗震对策,它允许构件的一部分破坏,但不致于倒塌,在构件破坏过程中吸收了地震传来的能量。

1.1 选用合理的结构形式及其构造措施

不同的钢筋混凝土结构类型,其抗震性能是有差别的.根据使用功能需要、场地以及设计地震情况,选用合理的结构形式十分重要。结构平面布置力求规则、对称,尽可能不设置凸出或凹进部分,楼梯间也尽量对称布置;立面上应避免刚度骤变、高低错层和沿高度方向的不规则布置;设计中应加强基础刚度,减小差异沉降,其中主、附楼之间尽量采用后浇带而不设沉降缝,对高层建筑的地下室顶板应予以加强。

1.2 合理地设计多道抗震防线和结构破坏机制

为防止因地震作用而使结构出现过大变形和倒塌事故,对结构常需设置第二道抗震防线。例如,在框架-抗震墙结构中,抗震墙既是主要抗侧力构件又是第一道防线,设计时应取足够的数量以使其承受的结构底部地震弯矩不小于底部总地震弯矩的50%;同时,为使其承受抗震墙开裂后重分配的地震作用而构成第二道防线,任一层框架部分按框架和墙协同工作分析的地震剪力,不应小于结构底部总地震剪力的20%與框架部分各层按协同工作分析的地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值。

为使钢筋混凝土结构具有良好的塑性内力重分布能力,以较充分地发挥吸收和消耗地震能量的作用,设计中应力求主要抗侧力构件的极限破坏以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主,避免变形能力差的混凝土首先压碎或剪切破坏、钢筋锚固和粘结失效等,按《抗震规范》提出的地震作用效应调整方法进行计算分析,以在最大可能的程度上实现“强柱弱梁”,“强节点弱构件”、“强剪弱弯”的概念设计要求。

2 隔震设计

隔震技术是近代地震工程科技工作者为抵御大震而找到的一种有效措施,已经过理论分析、试验研究、工程试点、经济分析,其有效性与传统的抗震结构相比日益显著,有广阔的发展前景。

隔震设计与传统抗震方法不同,它是通过调整或改变结构的动力性能,以明显衰减结构的地震反应。其中比较成熟的是夹层橡胶垫基础隔震技术,它主要是通过在房屋底部和基础顶面间设置水平刚度远小于上部结构层间刚度的夹层橡胶垫隔震支座,使得整个结构体系自振周期变长,过滤掉地震波中破坏作用较大的中高频成分,降低上部结构地震反应,确保地震时房屋结构和生命财产安全。

我国最早的隔震建筑是汕头隔震住宅楼和河南安阳综合楼,采用的是高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座。目前,隔震建筑已应用于我国16个省市,覆盖了我国大部分地震设防区,已完成的隔震房屋建筑面积已超过200万m2。

隔震原理:传统的抗震技术主要采用“硬抗”、“硬碰硬”(即提高结构本身的强度和刚度来抵御地震作用)的方法来抵御地震作用。由于地震对结构物的作用力可能很大,往往依靠结构和构件的塑性变形来耗散地震输入结构的能量。但是塑性变形对于结构来讲其实是一种损伤。一直以来,工程研究人员追求一种既经济又可靠的抗震措施,还要使结构不受损伤或减小损伤,隔震技术就正好满足了这种要求。隔震技术是限制地震能量进入上部结构的方法,通过某种装置将地震动与结构隔开,减弱或改变地震动对结构作用的强度和方式,以达到减小结构振动的目的。

在地震作用下,结构的运动微分方程(以单自由度体系为例)为:

其中:m—质点质量;C—阻力系数;K—刚度系数;、、分别为质点相对于地面的加速度、速度和位移;—地面加速度。

对于隔震技术而言,就是通过隔震装置,使刚性结构体系转化为柔性结构体系。这样,结构的自振周期大大增加,明显减小结构的地震反应。

3 耗能减震设计

传统的抗震设计方法是依靠主体结构本身的非弹性变形来耗散输入结构的地震能量的。而耗能减震是通过采取一定的措施,在地震作用或风荷载作用下主要通过耗能部件来耗散输入结构的能量,以减轻结构的动力反应,从而更好地保护主体结构的安全,是一种有效、安全、经济且日渐成熟的工程减震技术,从而达到减震的目的。

目前研究开发的耗能装置和阻尼器种类较多,归纳起来主要有(1)金属阻尼器;(2)摩擦阻尼器;(3)粘滞阻尼器;(4)粘弹性阻尼器;(5)复合型阻尼器。

耗能减震(振)装置适用于高度较大、水平刚度较大、水平位移较明显的多层(15层以上)、高层、超高层建筑,大距度桥梁、管线、塔架、高耸结构等,结构越高越柔,减震消能效果越显著。复合磨擦型消能支撑首次应用于广州市28层中房大厦工程。2003年11月落成的台北101大楼,为一地上101层、地下5层的建筑物,总高度508米,为世界第一高楼,安装了重达800吨悬浮阻尼球,防撞环上另有8个对称布置的黏性缓冲器,可防止阻尼球进一步摆荡。

4 结语

我们必须意识到地震破坏的严重性与灾难性,采取合理有效的措施,抗震是一个庞大且伟大的工程,它需要结构设计人员设计的建筑物有抗震的能力,政府对震害有管理的能力,和群众有自救及重建的能力。

参考文献

[1] 石慧民.高层建筑物结构的抗震设计[J].四川水泥,2015 (09):155.

[2] 任凤秋.建筑抗震性能化设计探讨[J].科技促进发展,2012(s1):161-162.

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