建筑結構隔震技術

建筑構造隔震技術福州市規(guī)劃設計爭論院教授級高工夏昌引言2023年5月12日，我國四川省發(fā)生里氏8 0級特大地震，造成死亡、失蹤8萬余人，房屋倒塌數(shù)千萬平米的重大損失?？v觀世界范圍，20世紀由于地震而死亡的人數(shù)，中國人占到60％，三十年前唐山大地震的慘烈景象歷歷在目，三悲劇再度重演，如何做好防震減災，如何保證房屋在地震中的使用功能，保護人民生命財產的安全，成為我們要迫切解決的問題。讓我們首先探討現(xiàn)行構造抗震設計存在的問題。構造傳統(tǒng)抗震設計存在的問題完善，在工程實踐中已有顯著成果，但是，傳統(tǒng)抗震設計仍存在諸多問題：1〕抗震設防思想落后：定出不準確的“設防烈度”，突發(fā)強地震時，難于把握構造受損程度，難保證不倒塌。我國近年來發(fā)生的典型大地震烈度〔設防烈度〕如下：1966年，邢臺大地震，10〔6〕；1975年，海城大地震，9、10〔6〕；1976年，唐山大地震，11〔6〕；2023年，汶川大地震，11〔7〕。非構造構件及裝修，未保護內部設備、儀器。3〕承受抗震技術設計時，假設建筑設計簡潔構造更易破壞：不規(guī)章平面扭轉破壞，不規(guī)章立面層間剪切破壞。構造傳統(tǒng)抗震設計存在的上述問題，極大的制約了我們防震減災目標的完善實2〔如隔震墊〔如消能支撐或某種子構造〔如調頻質量〕，或施加外力，以轉變或調整構造的動力特性或動1。工程構造減震把握技術的方法主要有：隔震技術、消能減震技術、調諧減震技術、主動把握技術、半主動混合把握技術。隔震〔免震〕技術是指：在建筑物的內部設置既能支撐建筑物本體重量，又具有隔震層中，設置用于吸取和消耗地震輸入能量的隔震器。1傳統(tǒng)抗震隔震概念加強構件〔設柔性層，變形集中〕途徑硬抗地震隔離能量傳遞目標不壞，處于彈性保護對象構造構造及內部裝修和儀器設備設計方法強度剛度強度及構造反響把握加速度〔地震力〕與位移，減低地震時構造體的損毀。調諧減震技術是指：以高層建筑物為對象，在建筑物的頂部設置與建筑物的固調諧減震把握〔TMD〕。疊層橡膠隔震墊為隔震器的隔震技術。當于同截面鋼筋砼柱〕和較小的水平剛度〔約為同截面鋼筋砼柱的1/1000〕，震橡膠支座》JG118-2023建設部產品標準，我國已能供給質量高、價格適當?shù)南盗挟a品。3在構造的薄弱層或受力集中部位設置隔震層，利用隔震墊的變形吸取地震能量，制約，其設計流程一般如下：3 1從建筑功能、場地條件、經濟性等方面，選擇是否承受隔震，并初步確定隔震構造下部構造方案等。是否承受隔震技術，《建筑抗震設計標準》〔以下簡稱《抗震標準》〕規(guī)定〔38 8、9《建筑抗震設計標準》對承受隔震技術構造的具體要求是：構造體型根本規(guī)章，不隔震時兩主軸方向構造根本自振周期小于1 0s。建筑場地宜為I、II、III類，根底類型穩(wěn)定性較好。風荷載和其它非地震作用產生的總水平力不宜超過構造總重力的10％。STAWE剛心與上部構造的質心重合，阻尼器盡量設置在建筑物的四周以減小扭轉。3.2MIDAS、ETABS等軟件，以適合擬建工程建設場地類別的三條地震波分別計算〔選定波應按《抗震標準》表5 1 力的平均值和罕遇地震時平均隔震層位移，藉此確定水平向減震系數(shù)，驗證隔震層位移。1〕層間剪力最大比值與水平向減震系數(shù)的對應關系如下表2：2層間剪力最大比值0.530.350.260.18水平向減震系數(shù)0.750.500.380.25水平向減震系數(shù)不宜低于0 25。遇地震時隔震支座位移應滿足：Ui≤[Ui]〔[Ui]≤0.55D且3tr〕D：隔震支座直徑；tr：隔震支座橡膠層總厚度。3 3隔震構造上部構造可按傳統(tǒng)抗震的設計方法計算，水平地震作用取隔震后的數(shù)系數(shù)，計算結果應調整，使地震力滿足隔震后構造的總水平地震作用不低于非隔震構造在6度設防時的總水平地震作用，各樓層的水平地震剪力符合最小地震剪力系數(shù)要《抗震標準12 2 上部構造抗震等級按〔《抗震標準》12 2 下表3：3建筑類別建筑類別甲、乙類丙類7－9度，水平向減震系數(shù)不大于0.5抗震措施水平向減震系數(shù)0局部抗震構造措施降低豎向地震作用福建地區(qū)一般不計算。隔震層設計計算，建筑構造處理等。1〕隔震支座的水平屈服荷載驗算：1 4Vwk≤VrwVrw：隔震支座總屈服力設計值；荷載下隔震層水平剪力標準值。2〕隔震層彈性水平恢復力驗算：K100tr≥1 4VRW100%時的水平有效剛度。隔震支座罕遇地震下的拉應力驗算：利用上部構造時程分析所得柱底力直接推斷，不宜消滅拉應力。隔震支座與構造主體的連接：一般由廠家產品保證。隔震層構造：小于140mm。隔震裝置必需能自由移動：周邊：設防震縫，縫寬不小于罕遇地震下水平位移1 2倍；出入口、樓電梯：上下部構造應分別；管線：承受柔性材料或柔性接頭，預留伸展長度；防火：依據使用空間的耐火等級實行相應的防火措施。下部構造設計隔震層以下構造〔包括地下室的地震作用和抗震驗算應承受罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進展計算〔《抗震標準12 2 下部構造設計方法為傳統(tǒng)的抗震設計方法，下部構造抗震等級如下表4〔建議〕：表4789鋼筋砼獨立柱加拉梁二一一獨立柱3.6二一特一根底：抗震標準未規(guī)定隔震構造根底的設計要求，可參照相關資料進展設計。〔抗震驗算、地基處理等〕同一般抗震房屋。4隔震構造比照傳統(tǒng)的抗震構造，有其技術經濟性和造價上的變化：1/3－1/10，大地震時構造不壞不倒，生命財產安全。2〕隔震技術既保護構造，也保護室內儀器設備，使用功能不中斷。大地震時構造根本保持彈性，保護非構造構件。建筑設計自由：適用于規(guī)章構造，也適用于不規(guī)章構造。建筑造價變化：震構造的特別處理、隔震層下部構造加強等令隔震建筑直接建設費用增加。震引起的損失可減小。100-200〔低烈度。但是，科學的分析，建筑經濟應承受壽命經濟分析法，即建筑的經濟應5，由表可見，隔震技術的總體技術經濟性良好。5工程最低比例最高比例隔震裝置57減小上部構造工程量－5－20隔震構造13根