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1、土木工程專業(yè) 建筑物抗震隔震和減震的探討 姓名: 學(xué)號: 班級: 指導(dǎo)老師: 2012年11月 建筑物抗震隔震和減震的探討 2008年5月12日14時28分四川汶川發(fā)生里氏8.0級地震,而且余震(震級較高)不斷,給災(zāi)區(qū)帶來了慘重的災(zāi)難。中華兒女眾志成城,抗震救災(zāi),一方有難,八方支援,努力讓災(zāi)難減少到最小。地震規(guī)模如此之大,范圍如此之廣,破壞如此之嚴(yán)重,我們不得不做出深刻反思。我們的房屋到底能抗幾級地震?如何保證大家住得更安全?汶川地震以后,居家安全成為廣大購房者空前關(guān)注的焦點,也使得人們對各種公共建筑(如學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓、商場等)的安全性引發(fā)了更多的關(guān)注。地震讓人們更加居安思危,平時常被人們2、忽視的抗震設(shè)防問題擺在了國人面前。 我們中國是個多地震國家,存在著的五個主要地震區(qū)包括:青藏高原地震區(qū)、華北地震區(qū)、新疆地震區(qū)、臺灣地震區(qū)和華南地震區(qū)。青藏高原地震區(qū)是我國最大的一個地震區(qū),也是地震活動最強烈、大地震頻繁發(fā)生的地區(qū),這次512四川汶川大地震就在該區(qū);華北地震區(qū)的地震強度和頻度僅次于青藏高原地震區(qū),位居全國第二,而且該地區(qū)是人口密集、大城市集中、政治和經(jīng)濟、文化、交通都很發(fā)達的地區(qū),地震災(zāi)害的威脅極為嚴(yán)重;新疆地震區(qū)的強烈地震較多,也較頻繁,但多數(shù)地震發(fā)生在山區(qū),造成的人員和財產(chǎn)損失與我國東部幾條地震帶相比要小許多;臺灣地震區(qū)不斷發(fā)生強烈破壞性地震也是眾所周知的;華南地震區(qū)歷史上3、也曾發(fā)生過較高震級的地震,但最近幾百年沒有發(fā)生過很大的地震。國家汶川地震專家委員會委員、中科院院士滕吉文建議災(zāi)區(qū)重建建筑地震烈度設(shè)防提高到9度。根據(jù)現(xiàn)行的建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001),我國主要城鎮(zhèn)的抗震設(shè)防烈度僅在6度到9度之間,此次受災(zāi)嚴(yán)重的汶川、北川等地則處于7度抗震設(shè)防區(qū),然而卻遭到了高達相當(dāng)于11-12度的地震災(zāi)害。重大的災(zāi)難有時能帶給人們更多的經(jīng)驗和教訓(xùn)。筆者認為,在上述五個主要地震區(qū),尤其是人口密集的地區(qū),抗震設(shè)防烈度至少應(yīng)該提高一個烈度來設(shè)防。特別是學(xué)校、醫(yī)院等空間較大,人員聚集的建筑物,起碼要比本地區(qū)設(shè)防烈度提高一個抗震烈度來設(shè)計。我們正在構(gòu)建和諧社會,倡導(dǎo)以人4、為本,所以要加大投入成本,提高設(shè)防烈度,盡可能的保障生命安全。 建筑物抗震設(shè)計一般包括:地震作用計算和構(gòu)造措施及概念設(shè)計。地震是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象,我們對建筑物的地震破壞機理還不十分清楚,對地震的破壞現(xiàn)象也只是停留在感性認識階段,建筑物地震作用計算的原理只是一種近似方法。因此,進行建筑物抗震設(shè)計時,一定要遵循建筑抗震設(shè)計規(guī)范提出的抗震設(shè)計原則和抗震設(shè)計構(gòu)造要求進行設(shè)計,正確應(yīng)用計算機軟件,提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量,而且還要加強概念設(shè)計。所謂概念設(shè)計就是利用設(shè)計概念并以其為主線貫穿全部設(shè)計過程的設(shè)計方法,概念設(shè)計是完整而全面的設(shè)計過程,概念設(shè)計需要全面的思維能力;建筑抗震概念設(shè)計就是根據(jù)地震災(zāi)害和工5、程經(jīng)驗等所形成的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想,進行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細部構(gòu)造的過程。抗震構(gòu)造措施就是根據(jù)抗震概念設(shè)計原則,一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細部要求。在建筑物設(shè)計過程中,對結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來講,建筑抗震概念設(shè)計是相當(dāng)重要的。 汶川地震使人想到:我們的房屋是否應(yīng)該專門設(shè)“防震間”,該間采用全現(xiàn)澆混凝土形式,加大鋼筋量,加強構(gòu)造節(jié)點。這樣發(fā)生地震時,大家可跑到這個房間避難。“防震間”設(shè)置要依據(jù)“近水不近火”的避難原則,采用較小開間,結(jié)構(gòu)由全剪力墻或帶有加密構(gòu)造柱的墻體圍合而成,并加大鋼筋用量,全部采用現(xiàn)澆混凝土。設(shè)“防震間”不僅是對房屋的某 一空間進行改革,對房屋的梁、柱6、承重墻及填充墻等的力學(xué)指標(biāo)都要進行重新考慮,使整個房屋的抗震防震性能更強,做到即使發(fā)生了地震,該房間也具有不倒不壞的抗震作用。一般來講,地震從開始到振動過程結(jié)束,時間不過十幾秒到幾十秒,要從較高樓層跑下樓確實不現(xiàn)實,如果屋里有了“防震間”可以躲避,不僅安全,同時對購房者來說也是極大的心理安慰。在如今的房價水平較高的情況下,提高整個建筑物抗震等級,大幅增加建筑成本可能無法承受,而單獨設(shè)置“防震間”將即經(jīng)濟又安全的首選。汶川地震以后,成都遠大地產(chǎn)為了消除購房者對高層消費的“安全陰影”,在成都樓市上推出遠大朗朗風(fēng)景“防震躲避間”,把衛(wèi)生間墻改成全現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻,再加上衛(wèi)生間樓板本身就是現(xiàn)澆板7、。它已引起了社會各界的廣泛關(guān)注,當(dāng)然還需要更加完善的理論來指導(dǎo)和實踐的檢驗。 全國大多數(shù)地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度到8度區(qū),由于經(jīng)濟的原因及技術(shù)的困難,尚無法按10度的條件設(shè)計建筑物結(jié)構(gòu),于是地震工程科技人員尋找新的方法,也就是開始研究隔震、減震設(shè)計,采用消能與控制技術(shù),從硬抗轉(zhuǎn)到軟消。使用功能有特殊要求的建筑以及抗震設(shè)防烈度為8、9度的建筑等可采用隔震和消能減震設(shè)計。采用隔震或消能減震設(shè)計的建筑,當(dāng)遭遇到本地區(qū)的多遇地震影響、抗震設(shè)防烈度地震影響和罕遇地震影響時,其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)高于相應(yīng)未采取隔震或減震的建筑。這里所說的隔震設(shè)計,就是在房屋底部設(shè)置由橡膠隔震支座和阻尼器等部件組成的隔震層,以延長8、整個結(jié)構(gòu)體系的自振周期、增大阻尼,減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量,達到預(yù)期防震要求;所謂減震設(shè)計,就是在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能裝置,通過其局部變形提供附加阻尼,以消耗輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量,達到預(yù)期防震要求。隔震設(shè)計和減震設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求,與采用抗震設(shè)計的設(shè)計方案進行技術(shù)、經(jīng)濟可行性的對比分析后,確定其設(shè)計方案。雖然現(xiàn)代科技已進入高速發(fā)展的時代,但是我們對地震既不能完全預(yù)測又無法避免。人類在科技上研究了地震災(zāi)害的建筑抗震設(shè)計,卻無法完全抵抗地震災(zāi)害。我們要從設(shè)計上提高我們建筑的抗震等級,從施工上來提高我們材料強度加大鋼筋量,從管理上加強監(jiān)9、督保證質(zhì)量,還要研究地震災(zāi)害方面,從硬抗向軟消改變,向隔震減震方向發(fā)展,以柔克剛來達到?jīng)_擊平衡。人類自己設(shè)計和建造的建筑物對地震是不可對抗的。因而,許多專家學(xué)者都在尋求一種與地球自然規(guī)律不產(chǎn)生對抗的隔震減震設(shè)計方法,去適應(yīng)這一不可抗拒的自然規(guī)律,完善適應(yīng)地震規(guī)律的隔震減震建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)理論。 需要減少地震作用的多層砌體和鋼筋混凝土框架等結(jié)構(gòu)類型的房屋,采用隔震設(shè)計時應(yīng)符合下列各項要求:結(jié)構(gòu)體型基本規(guī)則,不隔震時可在兩個主軸方向分別采用底部剪力法進行計算且結(jié)構(gòu)基本周期小于1.0s,體型復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用隔震設(shè)計,宜通過模型試驗后確定;建筑場地宜為、類,并應(yīng)選用穩(wěn)定性較好的基礎(chǔ)類型;風(fēng)荷載和其他非地震作用10、的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的總水平力不宜超過結(jié)構(gòu)總重力的10%;隔震層應(yīng)提供必要的豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼,穿過隔震層的設(shè)備配管、配線,應(yīng)采用柔性連接或其他有效措施適應(yīng)隔震層的罕遇地震水平位移。隔震設(shè)計應(yīng)根據(jù)預(yù)期的水平向減震系數(shù)和位移控制要求,選擇適當(dāng)?shù)母粽鹬ё?含阻尼器)及為抵抗地基微震動與風(fēng)荷載提供初剛度的部件組成結(jié)構(gòu)的隔震層。隔震支座應(yīng)進行豎向承載力的驗算和罕遇地震下水平位移的驗算。隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平地震作用應(yīng)根據(jù)水平向減震系數(shù)確定;其豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值,8度和9度時分別不應(yīng)小于隔震層以上結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值的20%和40%。隔震層頂部應(yīng)設(shè)置梁板式樓蓋,隔震支座和阻尼器應(yīng)安裝在便于維護人員11、接近的部位。 需要減少地震水平位移的鋼和鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)類型的房屋宜采用消能減震設(shè)計。消能部件應(yīng)對結(jié)構(gòu)提供足夠的附加阻尼。減震設(shè)計應(yīng)根據(jù)罕遇地震下的預(yù)期結(jié)構(gòu)位移控制要求,設(shè)置適當(dāng)?shù)南懿考?。效能部件可由消能器及斜撐、墻體、梁或節(jié)點等支承構(gòu)件組成,消能器與斜撐、墻體、梁或節(jié)點等支承構(gòu)件的連接,應(yīng)符合鋼構(gòu)件連接或鋼與鋼筋混凝土構(gòu)件連接的構(gòu)造要求,并能承擔(dān)消能器施加給連接節(jié)點的最大作用力。消能器可采用速度相關(guān)型、 位移相關(guān)型或其他類型。速度相關(guān)型消能器指粘滯消能器和粘彈性消能器等;位移相關(guān)型消能器指金屬屈服消能器和摩擦消能器等。消能部件可根據(jù)需要沿結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別設(shè)置。消能部件宜設(shè)置在層間變形12、較大的位置,其數(shù)量和分布應(yīng)通過綜合分析合理確定,并有利于提高整個結(jié)構(gòu)的消能減震能力,形成均勻合理的受力體系。與消能部件相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,應(yīng)計入消能部件傳遞的附加內(nèi)力,并將其傳遞到基礎(chǔ)。消能器和連接構(gòu)件應(yīng)具有耐久性和良好的易維護性。隔震和減震部件的耐久性和設(shè)計參數(shù)應(yīng)由試驗確定。設(shè)置隔震部件和減震部件的部位,除按計算確定外,應(yīng)采取便于檢查和替換的措施。建筑結(jié)構(gòu)的隔震和減震設(shè)計也一定要符合相關(guān)專門標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。目前隔震減震部件較多有:橡膠墊隔震減震器、空氣阻尼式減震器、不銹鋼絲繩減震器、封閉形減震器等等,石墨也是較理想的助滑劑材料。 在今后的建筑物結(jié)構(gòu)中,進行合理的抗震設(shè)計及隔震減震設(shè)計以后,將大大提高建筑物的適應(yīng)地震這一不可抗力的能力,進而直接減輕地震災(zāi)害給國民經(jīng)濟建設(shè)、人民生命和財產(chǎn)帶來巨大損失。