淺談建筑物的隔震設(shè)計

　　【摘要】地震是一種隨機的震動，有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，因此，要想準(zhǔn)確的掌握及預(yù)測建筑物所遭受的地震的特性和參數(shù)，目前科學(xué)界尚無法做到。在建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，由于未能考慮到結(jié)構(gòu)空間的空間作用、材料實效、阻尼變化等多種因素，因此亦存在著不準(zhǔn)確性。綜上所述，結(jié)構(gòu)的抗震問題不能完全依賴于計算，而是應(yīng)該立足于工程抗震的基本理論以及長期的抗震經(jīng)驗的總結(jié)，在這里我們僅提出隔震設(shè)計。

　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計,隔震設(shè)計

　　引言

　　現(xiàn)代建筑，不僅追求功能性與合理性，而且更加追求著以“力學(xué)”、“美學(xué)”、“技術(shù)”、“藝術(shù)”的嚴格的、完美的統(tǒng)一。進一步把社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一作為目標(biāo)的安全性、適用性，結(jié)構(gòu)的重要程度是根據(jù)其用途決定的，結(jié)構(gòu)的功能體現(xiàn)在其安全性、適用性和耐久性，三者有機的結(jié)合，唯美出現(xiàn)代建筑的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　抗震新技術(shù)、新理念

　　傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過增強結(jié)構(gòu)本身的抗震性能(如強度、剛度、延性)來抵抗地震的作用，也就是說傳統(tǒng)的抗震設(shè)計是通過結(jié)構(gòu)本身來儲存和消耗地震能量，這是被動的、消極的抗震。隔震是建筑設(shè)計為減輕地震災(zāi)害而采用的新技術(shù)，有條件的利用抗震技術(shù)以減輕建筑結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)害是完全可能的。

　　1) 隔震設(shè)計

　　我們都知道，當(dāng)結(jié)構(gòu)體系的總水平力超出結(jié)構(gòu)基底的滑動摩擦力時，結(jié)構(gòu)體系就會發(fā)生滑動，反之，結(jié)構(gòu)體系就不會發(fā)生滑動。結(jié)構(gòu)體系的地震作用衡量結(jié)構(gòu)受力的定量指標(biāo)，而對于剪切變形為主的結(jié)構(gòu)，地震作用是可以通過結(jié)構(gòu)的基底剪力來衡量。也就是說當(dāng)V1/V2>1時表示結(jié)構(gòu)雖然采用了隔震設(shè)計，但是未發(fā)生滑動，也就是說隔振措施未產(chǎn)生效果，等價于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計。因此隔振措施起作用的條件是V1/V2<1.(在這里V1表示采用滑動減震措施后的最大基底剪力，V2表示表示該結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生滑動的條件下地震時可以出現(xiàn)的最大基底剪力，)

　　隔震設(shè)計是在房屋底部設(shè)置由橡膠隔震支座等構(gòu)件組成的建筑物隔震層，從而減輕輸入到隔震層上部的地震能量，以達到預(yù)期防震的效果。隔震設(shè)計的原理是通過隔振裝置系統(tǒng)形成隔震層，延長結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)?shù)脑黾咏Y(jié)構(gòu)的阻尼，使得整個結(jié)構(gòu)的加速度的反應(yīng)大大減少，同時使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層上，上部結(jié)構(gòu)就像剛體一樣，自身相對位移很小，結(jié)構(gòu)上基本處于工作狀態(tài)，建筑物也就不會產(chǎn)生破壞和倒塌。隔振系統(tǒng)一般由隔振器、阻尼器等所構(gòu)成，它具有豎向剛度大、水平剛度小，能提供較大阻尼的特點。但是該項技術(shù)有一個特殊條件就是：風(fēng)荷載和其他非地震作用的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的水平力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10%。

　　其中，隔震層的設(shè)置適宜選在結(jié)構(gòu)第一層以下的位置，橡膠隔震層的支座應(yīng)設(shè)置在受力較大的位置，間距最好不要過大，其規(guī)格、數(shù)量和分布應(yīng)該根據(jù)豎向承載力、側(cè)向的剛度以及阻尼的要求來通過計算確定，在罕見地震后，隔震層不應(yīng)該出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力。

　　通過公式Kh=∑Kj以及公式￠=∑Kj(tj)/Kh其中：

　　￠表示隔震層等效的阻尼比;Kh表示隔震層水平動剛度;tj表示第j層的隔震支座由實驗確定的等效粘滯阻尼比，若單獨設(shè)置阻尼器時，以上公式應(yīng)該包括相應(yīng)阻尼器的相應(yīng)阻尼比;Kj表示第j層支座(包括阻尼器)由實驗確定的水平動剛度，若試驗中發(fā)現(xiàn)動剛度與加載頻率有關(guān)時，宜采取相應(yīng)的隔振體系基本自振周期的動剛度值。當(dāng)隔震支座由實驗確定設(shè)計參數(shù)時，豎向荷載應(yīng)保持表一的平均壓力限值，對多地震驗算，宜采用水平加載頻率為0.3hz且隔震支座的剪切變形為50%的水平剛度和等效粘滯阻尼比，對于罕見地震，當(dāng)直徑小于600mm時的隔震支座宜采用水平加載頻率為0.1hz而且隔震支座剪切變形為不小于250%的水平動剛度和等效粘滯阻尼比;當(dāng)隔震支座直徑大于或等于600mm時可采用水平加載頻率為0.2hz而且隔震支座剪切變形為100%時的水平動剛度和等效粘滯阻尼比。

　　隔震層以上的隔振措施應(yīng)當(dāng)符合以下隔振措施規(guī)定，首先隔震層以上結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)采用不阻尼阻礙隔震層在罕見地震下的隔振措施：上部結(jié)構(gòu)的周圍應(yīng)該設(shè)置防震縫，縫的寬度不宜小于隔震支座在最大的見地震下的最大位移的1.2倍;上部結(jié)構(gòu)與地面之間，最好設(shè)置明確的水平隔振縫，若這時不能確定水平隔縫時，應(yīng)設(shè)置水滑移墊層;在走廊、電梯等處無障礙物;其次，丙類建筑物在隔震層以上的抗震措施，當(dāng)水平向減震系數(shù)為0.75時不應(yīng)當(dāng)降低非隔振時的有關(guān)抗震措施，當(dāng)水平向減震系數(shù)不大于0.5時可適當(dāng)降低相應(yīng)要求，但是，這時候抵抗豎向力的抗震設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)當(dāng)降低。比如，根據(jù)設(shè)計驗算隔震后現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級應(yīng)該如下：

　　2) 隔震層部構(gòu)造連接要求

　　隔振層頂部應(yīng)當(dāng)設(shè)置梁板式樓蓋，且應(yīng)符合以下要求：當(dāng)采用現(xiàn)澆或者裝配式混凝土板，現(xiàn)澆板厚度應(yīng)當(dāng)不宜小于140mm，配筋現(xiàn)澆面層厚度不應(yīng)小于50mm，隔振支座的縱向、橫向梁應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu);隔震層頂部梁板的剛度和承載力，宜大于一般樓面梁板的剛度和承載力;隔震支座附近的梁、柱應(yīng)當(dāng)計算沖切和局部承壓。

　　3) 隔震支座和阻尼器的連接構(gòu)造要求。

　　隔震支座和阻尼器應(yīng)當(dāng)安裝在便于檢修人員施工的部位，隔震支座上部、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的連接件，應(yīng)能傳遞罕見地震下支座的水平剪切力，抗震墻下的隔震支座的間距不應(yīng)大于2.0m，外露的預(yù)埋件應(yīng)有可靠地防腐措施，其中預(yù)埋件的錨固鋼筋應(yīng)當(dāng)與鋼板焊牢固，錨固筋的錨固長度不宜大于20倍的鋼筋直徑且不應(yīng)當(dāng)小于250mm。

　　4) 隔振結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。

　　隔振結(jié)構(gòu)提高了地震時的安全性，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計更加靈活，減少了次生災(zāi)害，防止了非結(jié)構(gòu)構(gòu)建的損害;抑制了震動使得的不舒服感覺，提高了安全感和居住感，地震過后無需再修復(fù)，降低了工程造價，有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

　　5) 隔振結(jié)構(gòu)的使用范圍。

　　1.醫(yī)院、銀行、保險、通訊、消防、電力等重要建筑物;2.首腦機關(guān)、指揮中心以及放置貴重設(shè)備、物品的書房等;3.紀(jì)念性的建筑物;4.一般工業(yè)與民用建筑。

　　6)特殊要求

　　最后抗震層以下的結(jié)構(gòu)(含地下室)的地震作用和抗震驗算，應(yīng)采用地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩另行計算;地基基礎(chǔ)的抗震驗算和地基處理仍舊按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度進行設(shè)計計算。

　　結(jié)語

　　抗震設(shè)計的原則為頻繁地震作用下，建筑物基本上不產(chǎn)生損壞;在罕見地震的作用下，建筑物允許產(chǎn)生破壞但是不倒塌。經(jīng)過抗震設(shè)計的建筑物，不能避免地震時的強烈晃動，當(dāng)遭遇強大地震時，雖然可以保證人身安全，但不能保證建筑物及其內(nèi)部設(shè)備及設(shè)施的安全，而且建筑物由于受到嚴重破壞時常常會遇到不可修護的境遇，若采用隔振就可以避免這些的發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理運用可行性方案，合理的選擇構(gòu)建的組成材料，做到社會與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，美學(xué)、技術(shù)、適用的有機集合。運用新思想、新策略打造建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計第一品牌。真正做到建筑物的適用性。

　　參考文獻

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