隔震减震技术：凉山州高烈度区建筑新路

杨铨生

文章主题:道路工程 结构设计 隔震设计 减震技术

文章内容：7/7一,牟,1,霞值芡震拔隔震减震技术/卜,=——凉山州高烈度区建筑新路西昌市建筑勘测设计院杨铨生现在设计的建筑物,均按中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范)(一89)进行抗震设计的这种设计方法,主要是依赖于建筑物结构的刚度和强度抗震"这种方法,在高烈度区(≥8度),不但房屋造价高,钢材,水泥等耗量大,而且都是肥粱胖柱,国家财力,物力无法承受.而对量大面广的住宅(砖混结构),在九度区又限制了房屋高度(12)及层数(4层),造成国土资源浪费.现以西昌市为例说明之.西昌市在《中国地震烈度区划图)(1990)上为;≥9度,建筑按九度抗震设防,按《建筑抗震设计规范》(卜一89),在该市设计房屋,其各类房屋的造价,耗钢及总高限制如表单方造价托铜房屋最大总高度层数限结构类型(元/)(/)限值规定()制(层)砖混结构45～503～352.四钢筋混凝土抗震墙结构65～7550～65≤60.0/钢筋混凝土框一剪结构7～806～65≤5.0钢筋混凝土框架结构7～907～90≤25.0从表知,按(--89)设计房屋,依赖于结构自身的强度,刚度及柔度抗震,在我州有限的财力,物力情况下,是难于承受的.何况震害实践证明,对于特大地震,单纯采取抗"的办法是抗不住的,建筑物还是免不了要遭受破坏.因此近2030年间,出现了隔震减震技术,它的技术指导思想和抗震不同,它不是"硬抗,而是利用一种装置把建筑物基础隔开,以达到地震时使建筑物不被破坏的目的.一,隔震技术现状与发展1,隔震结构的原理:?27?建筑物在地震,强风,机械等外在振动力作用下产生振动,采用隔震结构的目的.就是为建筑物在任何外来振动和作用下提供一个无振空间,从而减低结构物及设备设施的地震力及风力采用隔震减震装置,减低传给建筑物的地震力,以保证结构不致破坏.2.隔震体系的基本概念:隔震体系是指在结构物底部与基础面之间设置隔震消能装置而构成的结构体系.而该隔震装置必须具备下述特性:(1)能使结构在基础面上柔性滑动:以使结构体系的自振周期大大加长,远离场的卓越周期,因之能把地面震动隔开,从而有效地降低结构的加速度反应;(2)体系具有足够的初始剐度:在风荷载或轻微地震作用下(&;)体系具有足够的弹性刚度(),以满足正常使用要求.当强地震发生时(≥),装置柔性滑动,体系进入消能状态;(3)提供较大的阻尼.具有较大的消能力;即其荷载——位移(—)曲线的包络面积较大,以降低结构的位移反应.只要具备上述三项特性,隔震体系就具有明显的隔震减震能力.3.隔震结构体系具有的优越性:(1)能明显有效地减轻结构的地震反应.从各国的振动台地震模拟试验结果得知.隔震体系的结构加速度反应只相当于一般传统结构(基础固结)加速度反应的～‰.这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘奠及的.因之能非常有效地保护结构物在强地震下免遭毁坏.(2)在地面剧烈震动时,上部结构仍能处于正常的弹性作状态.它特别适用于重要建筑物及设奋.(3)抗震措施简单明.抗震设计的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震计算与措施,转变为只考虑隔震装置,简单明了.结构物本身与非地震区(或低烈度)的设计差异不大,故施工大大简化(4)震后修复方便:地震后.只对碥震装置进行必要的检查更换而无须考虑建筑结构物本身的修复,地震后可很快恢复正常生产或生活,这带来扳明显的社会效益,经济效益和环境效益..4.目前常用的隔震消能装置:为了满足前述的三项特性,各国对各种隔震消能装置进行多方面的试验研究,并在实际工程中成功应用.目前常用的有以下几种;(1)多叠层橡胶垫;由薄层橡胶片与薄层锕扳问层重叠加压而成.它具有很大的垂直承载力(5一50吨)及很大的垂直压缩刚度(2∞一3∞吨/厘米),而其水平变形刚度较小(.25一1.8吨/厘米).橡胶在卸荷后具有恢复原状的性质,故其经历大变形后.仍可借自身的恢复力使建筑物恢复到原来的位置.同时由于有钢板,可有效地束缚垂直方向的体积变化.而不约束水平方向的变形.即垂直刚度增大水平刚度变小.它在支承上部结构重量的同时,还能把地震产生的摇摆变为缓慢的运动.再者,为了抑制变形过大.常配用阻尼器以吸收振动能量.目前采用的多叠层橡胶垫每个直径3～100.(2)加铅的积层橡胶(铅胶隔震器);把铅注入积层橡胶中心.铅镏子在地震时可吸收地震能量,同时还有使建筑物返回原位的作用.(3)钢棒阻尼器;利用钢材的弹塑性来吸收地震能量.(4)摩擦阻尼器(摩擦缓冲器):它是由钢板组成,上下板固定在基础一侧.中扳固定在?28?建筑物另一侧,由于地震作用,使其发生回转运动,由于摩擦力的作用使相互问的运动受到抑制.(5)滑动摩擦和弹塑性阻尼器相结合的隔震体系:由房屋的锕筋混凝土地板下,条形基础上,设置水平摩擦层和一系列软钢棒制成的阻尼器.5.隔震技术的发展采用减震隔震装置,加大建筑物的同期,减低传给建筑物的地震力,以保证结构不致破坏这一设想是符台科学规律的新西兰,日本,美国,法国等15个国家都摘了不步隔震建筑物,尤以日本发展最快几年来日本已建成设有隔震装置的建筑物30多幢,最高者为8层.有的建成不久就遇到了地震,例如日本东北大学内建造了两幢结构完全相同的3层钢筋混凝土房屋,一幢不隔震,另一渣有隔震装置,1987年该地发生地震,不隔震房屋顶层加速度为205,隔震房屋仅为36,相差约6倍之多,该校又用含铅的橡胶建造了一幢四层房屋.1989年2月发生地震,震中在其附近,地面加速度为260,而这幢隔震房屋一层及顶层的加速度分别仅为101及129.碥震效果十分明显.由于他们把科学性和实用性密切结合起来,因此取得了显着的社会效益,并使隔震技术取得合法的法律地位.日本已于1991年9月正式出版含有隔震内容的设计指南.二,凉山州隔震技术的运用与展望:西昌市为例,该制是全国52个重点抗震城市之一.按《中国地震烈度区划图(1990),在50年基准期内,在一般场地条件下,可能遭遇超越概度为1%的地震烈度为&;9度.现在该市有不少高,中级科技人员,多年从事抗震设计,有一定的理论和实践经验.