浅谈建筑减震、隔震技术

浅谈建筑减震、隔震技术

甘肃中建市政工程项目管理咨询有限公司海南分公司海南海口570100

摘要:随着地球开始进入地震高发期,向一些重要的建筑物在地震中的安全性提出了更高的要求,如何实现建筑物在地震中只发生较轻微的移动和变形,从而保障建筑物的安全,已成为建筑领域一个重要的话题。

关键词:建筑减震;隔震垫

前言:地震是一种常见的自然现象,是地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的震动。中国处于欧亚板块的东南缘,与太平洋板块和印度板块相接,地质构造复杂,活动带与稳定区并存,总的来说,我国属于一个多地震的国家,存在着青藏高原地震区、华北地震区、华南地震区、新疆地震区和台湾地震区五大地震区。自建国以来以上五个地震区均有发生过强烈地震的记录,其中最近一次是发生在2008年5月12日的汶川地震,地震强度8.0级,地震中遇难与失踪人数总和超过87000人,直接经济损失达8451亿元。据分析,地震造成人员伤亡的直接原因是地表的破坏和建、构筑物的倒塌破坏造成,可以达到总伤亡人数的90%以上。因此,如何使建、构筑物在地震中不倒塌、不损坏是一个不容忽视的关键问题。

1建筑减震、隔震技术现状

在我国现行的相关法规中,以使用功能的重要性将建筑分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别,并明确做出规定:新建、扩建、改建建设工程,必须进行抗震设防,达到抗震设防要求。一般工业与民用建筑建设工程,必须按照国家颁布的《中国地震动参数区划图》规定的抗震设防要求,进行抗震设防。

近年来,随着科学技术的发展,不断有新思想、新技术、新材料投入实际应用,丰富了提高建筑抗震性能的手段,提高了构建的极限承载能力,从而有效减轻了地震带来的灾害。

隔震体系能够减小结构的水平地震作用,已在国外多次的强震记录证实。国内外大量试验和工程经验证明:隔震技术能有能够消减地震作用的60%左右,从而消除或减轻地震对建筑结构的破坏,提高建筑内部设施、人员在地震时的安全性。

传统的抗震结构主要利用结构主体抗侧力构件屈服后的塑性变形和耗能来消耗地震能量,在以往的结构抗震设计中,主要通过在结构设计中设置多道抗震防线、选用耗能构件和对结构的刚度、承载力、延性的合理匹配来提高抗震性能。而新兴的隔震技术,就是利用橡胶、有机材料等具有初始结构刚度、较大阻尼而又允许较大侧向变形的材料将基础与结构分离。其中最常使用到的是基础隔震,其基本原理是通过设置在结构物底部与基础顶面之间的隔震消能装置,增加结构的变形能力和滞变阻尼。结构变形能力的提高可以使建筑在地震的情况下保持不倒,而阻尼的增大则使建筑从地震中吸收更多的能量,从而减小地震作用和基础位移、变形。二者相结合,使得结构底部的应力分布得更加均匀,避免了常见的结构底部先被破坏的可能性。

基础隔震体系根据机理的不同,可划分为橡胶支座隔震体系、滑动摩擦隔震体系、组合隔震体系、摩擦摆体系等。目前应用的最广泛的是橡胶支座隔震体系、滑动摩擦隔震体系和组合隔震体系。

橡胶支座隔震体系在工程应用中已经比较成熟,隔震效果显著,是目前建筑隔震的主流产品,国内外已建成的隔震建筑90%采用橡胶隔震支座,而在我国所占的比例更大。

橡胶隔震支座应用范围由于既可以隔离地震引起的震动,也可以用于隔离设备震动和环境震动,所以广泛应用于医院、学校、消防、通讯等重要建筑,以保证震后结构完好和功能的持续使用。作为近五十年来抗争防震工程领域的重大突破,现阶段有着无可比拟的优越性,更在国内外大地震中体现出了它的价值。

2橡胶隔震支座具有以下特点

2.1隔震效果显著

1994年1月17日美国洛杉矶大地震,地震强度6.7级,该地区数十家医院在地震中收到严重破坏而无法使用,而南加州大学医院作为隔震建筑,在地震中仍保持正常运行,成为救灾中心,对震后紧急救援发挥了重要作用。

2.2具有较好的经济性

建筑采用隔震技术,虽然隔震产品的购置、安装费用增加了建筑的造价成本,但是从长期效益及建筑全寿命周期费用来分析,隔震建筑在遇到较大地震时,相对于传统建筑,建筑功能完好,财产损失较小,且能在震后极快重新投入使用,进一步减少经济损失,这是传统建筑所不能比拟的。

2.3具有良好的耐久性

根据实验研究及工程调查,橡胶隔震支座的抗老化性能可以达到80年,而我国一般建筑的设计使用寿命只有50年,完全能满足使用需求。

2.4可改善建筑功能

传统抗震建筑是通过调整结构体系和增大梁柱截面积来提高抗震能力。而增大梁柱截面,会导致结构体系个别区域刚度大,反而使结构延性降低,不利于抗震,也不利于发挥结构使用功能。建筑减隔震技术,可以降低上部结构的水平地震作用,适当降低抗震措施,可以选择合适的结构体系,使得上部结构设计更加自由灵活,建筑的使用功能得以充分发挥。

2.5震后具有自动恢复能力

地震后橡胶隔震支座产生变形,但支座内部橡胶将产生回复力,所以橡胶隔震支座具有自我恢复功能,地震后会在短期内逐步恢复到原位。

2.6施工工期短

建筑使用隔震技术,虽然隔震层施工比常规建筑增加了施工时间。但采用隔震技术后上部结构建筑材料节约,制作人工减少,通过隔震建筑与非隔震建筑施工时间进行对比,施工工期并没有明显增加。

3隔震支座在安装施工注意要点

3.1测量定位

在安装隔震支座的梁、柱等基础结构位置标出下预埋钢板的“十字”中心线,并根据预埋钢板标高设置与中心线对应的“十字”码线。

3.2预埋件安装定位、固定

下预埋件:指预埋于隔震支座上承台中,使隔震支座于基础和上部结构相互连接的构件由预埋板、圆钢套筒、圆钢组成。

承台钢筋笼绑扎完毕,将下预埋件置于承台钢筋笼上,通过预埋板水平移动,使预埋板十字中心线与麻绳主轴通线重合,平面定位偏差控制在3mm以内。随后对预埋件标高进行调整,预埋板标高调整利用楔形木块对钢板的标高和平整度进行调节,利用水准仪初步对预埋板四角确定标高,符合要求后,用钢筋头把预埋板螺套与承台钢筋点焊,抽出楔形木块后对预埋板标高进行次复核和利用水准尺进行平整度抽查,复核结果合格后再次对钢筋头焊接牢固。

3.3隔震支座安装

(1)混凝土强度达到80%强度后方可进行隔震支座安装,安装前进行定位复测并记录,复测内容包括预埋件标高、中心位置及平整度。

(2)复测满足要求后方可进行隔震支座安装。安装时应将承台表面清理干净,根据施工现场隔震支座平面布置图,在每一个承台上标记隔震支座的规格及型号,避免出现规格及型号分布错误。

(3)吊装隔震支座,考虑到隔震支座重量较大,建议采用汽车吊进行吊装将隔振器吊下,安装孔插入导插梢,再将隔振器吊下。吊装时,不可直接绊在本体上。吊下时慎重进行,不可操之过急。

4.结束语

隔震支座的运用,为人类抵抗地震灾害做出了巨大贡献,随着我国经济的发展及抗震技术的不断完善,对建筑物的抗震加固手段越来越多,目前发展起来的建筑减震技术在工程应用上有着明显的优势,克服了传统结构“以硬碰硬”的抗震方式,减震效果更加明显、更加安全可靠,尤其是应用在学校、医院等公共建筑上,为抗震减灾发挥了重要作用。相信在不远的将来会有越来越科学、有效的的方法运用的建筑隔震、减震中来,人们将会用自己的智慧逐步来降低地震对人类造成的损失。

参考文献:

[1]郭靳时,孔枫,孙健.结构隔震设计方法与应用[J].吉林建筑工程学院学报.2005,(1):15-17.

[2]王铁宏.基础隔振技术[J].建筑科学.1990,第三期,75-79.

[3]周福霖,工程结构减震控制[M]北京:地震出版社,1997.

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