建筑结构设计与隔震减震技术应用研究

建筑结构设计与隔震减震技术应用研究

山东省环能设计院股份有限公司山东济南250101

摘要:建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一,也是涉及到人类生命财产安全的重要问题。因此,我们在对建筑物进行结构设计的时候,必须把建筑物的抗震问题放到非常重要的位置,并采取适当的措施,尽量避免地震对建筑物的损坏。本文详细的探讨了建筑结构设计中隔震减震技术的理论与应用。

关键词:建筑结构设计;隔震技术;应用

在建筑结构设计与隔震减震技术的应用过程中,我们应明确自身的需求,从实际出发,以安全实用、经济可靠为目标进行设计。在进行结构设计时应以经典抗震理论为基础,采用科学合理的设计方法和原则,不断引入先进的抗震措施,切实保证建筑结构的安全性和可靠性。

1抗震设计概述

目前主流的结构抗震设计对策仍然是采用延性结构体系,通过增大构件截面尺寸、增强配筋,依靠主体结构自身的抗震性能来消耗地震能量,藉此来实现规范中规定的抗震设防要求,这是被动消极的“硬抗”。采用该抗震设计方法设计的结构存在以下不足:一是结构主要构件截面过大、配筋过多,致使结构造价成本提高;二是结构构件截面、配筋增大后,结构刚度将大幅度增加,结构在地震中吸收的能量也将大幅度增加,而这些能量主要由构件的塑性变形来耗能,导致结构在罕遇地震中会产生严重的损坏。不同于传统抗震体系“硬抗”的设计理念,工程结构隔震减震控制体系采用调整结构动力特性“以柔克刚”的新设计思路,通过隔震层把上部结构与下部结构隔离开,改变地震发生时的能量输入,地震发生时带有阻尼的隔震层的大变形可以消耗大量能量。若能预先确认建设场地将来可能发生的地震性质和大小,则进行抗震设计的困难就大为降低。经过大量隔震减震结构的实验和实例得出,隔震减震结构所受到的水平地震力是非隔震减震结构的1/4~1/12。

2减震原理与技术

(1)消能减震

消能减震的技术主要是通过提高建筑结构的附加阻力值来降低建筑结构的地震反应程度。尤其是耗能结构元件在建筑结构遭遇地震时能够消减和吸收地震的能量波,进一步起到保护建筑主体结构的作用,从而达到建筑结构的减震作用。目前,建筑结构减震技术已被广泛应用,在新建筑结构的设计中可以采用此技术,也可以对已有的建筑采用此技术,从而实现减震抗震的作用。目前,建筑结构中常用的消能减震装置有塑性阻力器、摩擦阻力器和粘滞阻力器等。

(2)机械减震

这主要指无粘结钢支撑减震体系,通过利用建筑结构内部钢支撑和外包钢管之间的不粘结性或是在内部钢支撑与外包钢筋、钢管混凝土上涂抹无粘结漆,从而形成滑移界面。在滑移界面建造中所使用的机械材料,在材料尺寸上要精心设计、施工,形成内部和外包层之间的相对滑动,防止内部钢支撑结构发生横向变形、整体弯曲或局部弯曲。

(3)跷动减震

跷动振动控制减震设计有两种实现方式,一种是对建筑上部结构与下部基础在竖向上的不紧固设计;另一种是对建筑结构中承受地震能量较大的柱、支撑等结构与建筑下部基础的不紧固设计。

3主要隔震措施的应用

3.1结构设计中地基隔震

地基隔震使建筑物地基在遇到地震时能将地震波反复吸收,进而达到降低地震能力的效果,避免建筑物遭到破坏。其中,绝缘隔震和屏蔽隔震是地基隔震中常用的方式和手段。绝缘隔震是通过加入能够有降低地震初始波度的较软土,在地基中降低输入波来达到隔震效果,但是地基变形必须控制在规范允许之内。屏蔽隔震是在房屋的四周开挖一条深沟来达到隔震效果,但是这种方式往往会影响到地基的稳定性,所以在实际的生产建设工程中很少用到这种方法。

3.2结构设计中基础隔震

基础隔震是在建筑的基础和上部建筑之间安装特殊装置,从而减轻地震向上传递的作用,其最高能够减少地震对建筑传递的三分之二的能量。但是,由于在高层建筑中,设置装置会增加建筑结构的自振周期,造成无法达到减震的效果。因此,该措施不适合使用在高层建筑设计中。一般常用的方式有粘弹性隔震、摩擦滑移隔震等几种,常用的装置有橡胶垫装置、混合隔震装置等。

3.3结构设计中层间隔震

层间隔震是在建筑物原有结构上安装对应的耗能减震装置,一旦发生地震灾害,其中的装置隔震、质量减震能够同时吸收地震能量,降低地震对建筑物的破坏程度。但和基础隔震技术相比,层间隔震并不具有较好的隔震效果,还不到20%,还需要进一步优化完善。层间隔震的应用范围比较广泛,既可应用到刚完工建筑物中,还能加固已有的建筑物。

3.4结构设计中悬挂隔震

悬挂隔震是把建筑的大部分结构或者整体结构进行悬挂,也就是设计为悬挂结构。通过这种方式,减轻地震的影响,当发生地震的时候,地震能量不会直接传递至悬挂的建筑结构,从而有效减小地震造成的损害。建筑结构悬挂隔震方式通常使用在大型的钢结构中。大型钢结构通常可以分成主框架与子框架,在悬挂体系内,子框架通过吊杆或者索链悬挂在主框架上,当发生地震的时候,主框架会伴随地壳运动产生摇摆,但是,子框架与主框架间有着能够活动的吊杆和索链,地震的能量传到吊杆和索链的时候就会被削弱,因此能够降低地震造成的破坏。

4结语

随着生态环境日益恶化,各种自然灾害频繁发生,地震灾害尤为严重。在新时代下,从大型地震灾害发生后的状况来看,我国一些地区建筑物抗震水平比较低下。建筑结构的抗震问题成为了人们较为关注的一个问题。目前,对于隔震减震技术的研究与应用已经取得了一些成果和经验,隔震减震技术的应用大大增强了房屋的抗震性能,使人们的安全保障得到了较大提高。因此,要求建筑结构设计人员在进行结构设计时,需要对建筑的抗震问题进行充分的考虑,并且使用有效的隔震减震措施,以此提高整体抗震效果。

参考文献:

[1]万妮.建筑结构隔震设计中的问题分析[J].江西建材.2018(02)

[2]李九.浅议工民建结构设计中的隔震措施[J].居业.2017(12)

[3]李国栋.浅谈建筑结构设计与减震设计[J].建材与装饰.2018(26)

[4]乔玉瑞.建筑结构设计中的抗震设计探究[J].中国高新区.2018(14)

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