1、土木工程專業 建筑物抗震隔震和減震的探討 姓名: 學號: 班級: 指導老師: 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分四川汶川發生里氏8.0級地震,而且余震(震級較高)不斷,給災區帶來了慘重的災難。中華兒女眾志成城,抗震救災,一方有難,八方支援,努力讓災難減少到最小。地震規模如此之大,范圍如此之廣,破壞如此之嚴重,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注的焦點,也使得人們對各種公共建筑(如學校、醫院、辦公樓、商場等)的安全性引發了更多的關注。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包括:青藏高原地震區、華北地震區、新疆地震區、臺灣地震區和華南地震區。青藏高原地震區是我國最大的一個地震區,也是地震活動最強烈、大地震頻繁發生的地區,這次512四川汶川大地震就在該區;華北地震區的地震強度和頻度僅次于青藏高原地震區,位居全國第二,而且該地區是人口密集、大城市集中、政治和經濟、文化、交通都很發達的地區,地震災害的威脅極為嚴重;新疆地震區的強烈地震較多,也較頻繁,但多數地震發生在山區,造成的人員和財產損失與我國東部幾條地震帶相比要小許多;臺灣地震區不斷發生強烈破壞性地震也是眾所周知的;華南地震區歷史上
3、也曾發生過較高震級的地震,但最近幾百年沒有發生過很大的地震。國家汶川地震專家委員會委員、中科院院士滕吉文建議災區重建建筑地震烈度設防提高到9度。根據現行的建筑抗震設計規范(GB50011-2001),我國主要城鎮的抗震設防烈度僅在6度到9度之間,此次受災嚴重的汶川、北川等地則處于7度抗震設防區,然而卻遭到了高達相當于11-12度的地震災害。重大的災難有時能帶給人們更多的經驗和教訓。筆者認為,在上述五個主要地震區,尤其是人口密集的地區,抗震設防烈度至少應該提高一個烈度來設防。特別是學校、醫院等空間較大,人員聚集的建筑物,起碼要比本地區設防烈度提高一個抗震烈度來設計。我們正在構建和諧社會,倡導以人
4、為本,所以要加大投入成本,提高設防烈度,盡可能的保障生命安全。 建筑物抗震設計一般包括:地震作用計算和構造措施及概念設計。地震是一種復雜的自然現象,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,進行建筑物抗震設計時,一定要遵循建筑抗震設計規范提出的抗震設計原則和抗震設計構造要求進行設計,正確應用計算機軟件,提高建筑結構設計質量,而且還要加強概念設計。所謂概念設計就是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法,概念設計是完整而全面的設計過程,概念設計需要全面的思維能力;建筑抗震概念設計就是根據地震災害和工
5、程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。抗震構造措施就是根據抗震概念設計原則,一般不需計算而對結構和非結構各部分必須采取的各種細部要求。在建筑物設計過程中,對結構設計人員來講,建筑抗震概念設計是相當重要的。 汶川地震使人想到:我們的房屋是否應該專門設“防震間”,該間采用全現澆混凝土形式,加大鋼筋量,加強構造節點。這樣發生地震時,大家可跑到這個房間避難。“防震間”設置要依據“近水不近火”的避難原則,采用較小開間,結構由全剪力墻或帶有加密構造柱的墻體圍合而成,并加大鋼筋用量,全部采用現澆混凝土。設“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指標都要進行重新考慮,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,而單獨設置“防震間”將即經濟又安全的首選。汶川地震以后,成都遠大地產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景“防震躲避間”,把衛生間墻改成全現澆鋼筋混凝土剪力墻,再加上衛生間樓板本身就是現澆板
7、。它已引起了社會各界的廣泛關注,當然還需要更加完善的理論來指導和實踐的檢驗。 全國大多數地區抗震設防烈度為6度到8度區,由于經濟的原因及技術的困難,尚無法按10度的條件設計建筑物結構,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、減震設計,采用消能與控制技術,從硬抗轉到軟消。使用功能有特殊要求的建筑以及抗震設防烈度為8、9度的建筑等可采用隔震和消能減震設計。采用隔震或消能減震設計的建筑,當遭遇到本地區的多遇地震影響、抗震設防烈度地震影響和罕遇地震影響時,其抗震設防目標應高于相應未采取隔震或減震的建筑。這里所說的隔震設計,就是在房屋底部設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、整個結構體系的自振周期、增大阻尼,減少輸入上部結構的地震能量,達到預期防震要求;所謂減震設計,就是在抗側力結構中設置消能裝置,通過其局部變形提供附加阻尼,以消耗輸入上部結構的地震能量,達到預期防震要求。隔震設計和減震設計應根據建筑抗震設防類別、抗震設防烈度、場地條件、建筑結構方案和建筑使用要求,與采用抗震設計的設計方案進行技術、經濟可行性的對比分析后,確定其設計方案。雖然現代科技已進入高速發展的時代,但是我們對地震既不能完全預測又無法避免。人類在科技上研究了地震災害的建筑抗震設計,卻無法完全抵抗地震災害。我們要從設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
9、督保證質量,還要研究地震災害方面,從硬抗向軟消改變,向隔震減震方向發展,以柔克剛來達到沖擊平衡。人類自己設計和建造的建筑物對地震是不可對抗的。因而,許多專家學者都在尋求一種與地球自然規律不產生對抗的隔震減震設計方法,去適應這一不可抗拒的自然規律,完善適應地震規律的隔震減震建筑結構力學理論。 需要減少地震作用的多層砌體和鋼筋混凝土框架等結構類型的房屋,采用隔震設計時應符合下列各項要求:結構體型基本規則,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構基本周期小于1.0s,體型復雜結構采用隔震設計,宜通過模型試驗后確定;建筑場地宜為、類,并應選用穩定性較好的基礎類型;風荷載和其他非地震作用
10、的水平荷載標準值產生的總水平力不宜超過結構總重力的10%;隔震層應提供必要的豎向承載力、側向剛度和阻尼,穿過隔震層的設備配管、配線,應采用柔性連接或其他有效措施適應隔震層的罕遇地震水平位移。隔震設計應根據預期的水平向減震系數和位移控制要求,選擇適當的隔震支座(含阻尼器)及為抵抗地基微震動與風荷載提供初剛度的部件組成結構的隔震層。隔震支座應進行豎向承載力的驗算和罕遇地震下水平位移的驗算。隔震層以上結構的水平地震作用應根據水平向減震系數確定;其豎向地震作用標準值,8度和9度時分別不應小于隔震層以上結構總重力荷載代表值的20%和40%。隔震層頂部應設置梁板式樓蓋,隔震支座和阻尼器應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構類型的房屋宜采用消能減震設計。消能部件應對結構提供足夠的附加阻尼。減震設計應根據罕遇地震下的預期結構位移控制要求,設置適當的消能部件。效能部件可由消能器及斜撐、墻體、梁或節點等支承構件組成,消能器與斜撐、墻體、梁或節點等支承構件的連接,應符合鋼構件連接或鋼與鋼筋混凝土構件連接的構造要求,并能承擔消能器施加給連接節點的最大作用力。消能器可采用速度相關型、 位移相關型或其他類型。速度相關型消能器指粘滯消能器和粘彈性消能器等;位移相關型消能器指金屬屈服消能器和摩擦消能器等。消能部件可根據需要沿結構的兩個主軸方向分別設置。消能部件宜設置在層間變形
12、較大的位置,其數量和分布應通過綜合分析合理確定,并有利于提高整個結構的消能減震能力,形成均勻合理的受力體系。與消能部件相連的結構構件,應計入消能部件傳遞的附加內力,并將其傳遞到基礎。消能器和連接構件應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計參數應由試驗確定。設置隔震部件和減震部件的部位,除按計算確定外,應采取便于檢查和替換的措施。建筑結構的隔震和減震設計也一定要符合相關專門標準的規定。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。 在今后的建筑物結構中,進行合理的抗震設計及隔震減震設計以后,將大大提高建筑物的適應地震這一不可抗力的能力,進而直接減輕地震災害給國民經濟建設、人民生命和財產帶來巨大損失。
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