高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析

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摘要:现阶段,我国的建筑结构设计以隔震和消能减震为主,与此同时,相关统计结果显示,隔震和消能减震在建筑结构设计抵抗地震措施中所占的比重正在逐年的增加。目前已经逐步通过了各种结构形式来增强建筑的隔震减震效果,隔震减震结构是一种能够通过建筑物内部相关结构吸收地震过程中所产生巨大能量的构造物。基于此,本文主要对高层建筑结构中的减震、隔震设计应用进行分析探讨。

关键词:高层建筑结构;减震、隔震设计;应用分析

1前言

在高层建筑建设过程中,能否充分的考虑到建筑本身的抗震问题,并且能够使用有效的措施来使其能够在长时间内抵抗一定强度的地震,是当前高层建筑工程中的重点研究项目之一,这对于建筑结构的安全性和稳定性有着十分重要的影响,因此,针对建筑结构设计隔震和消能减震措施进行研究与探讨是至关重要的,以至于我们基于问题的本质,尽可能的避免建筑受到破坏。

2隔震技术从理论到实践的发展过程与现状

上世纪末,有专家学者设想在建筑物上部结构和基础之间设滑移层作为隔离装置,阻止地震能量向上传递。早期的隔震建筑还有南斯拉夫的贝斯特洛奇小学、新西兰的威廉•惠灵顿大楼等。美国与日本的有些隔震建筑也分别在洛杉矶北岭的6.8级地震和日本阪神的7.2级地震中经受了考验。

从上世纪60年代我国开始对隔震理论的研究进行关注,目前已取得了很多经验和成果。目前我国隔震建筑已在多个省市自治区应用,隔震房屋已设计和建成的数量仅次于日本,其中较有代表性的有:北京通惠家园住宅区隔震住宅楼;全国第一座隔震公路桥梁——石家庄石津渠桥(3孔,各14m);汕头全国第一幢隔震住宅楼,被联合国评价为“世界隔震技术发展的第三个里程碑”;全国第一座铁路隔震桥梁——新疆布谷孜大桥(9孔,各32m)等。

3建筑结构中减震措施

将建筑物的阻尼依据建筑物之外的部件来加大是减震措施的原理,进而将地震传递给建筑物结构的能量尽可能的消耗掉,防止建筑物因为地震遭受破坏。一般情况小,需要进行研究确定消能部件的布置。在结构的变形较大部位设置,能够将消耗地震能量的效能切实的发挥;在结构的两个主轴方向设置,刚度与附加阻尼能够让两方向都存在。在新建结构的减震设计中既能够应用减震措施,从而特定处理建筑物的基础部分以外,在现结构的抗震加固当中还能够应用。

3.1无粘结支撑体系减震问题

最为机敏建筑物结构减震体系之一就是无粘结支撑体系,内核钢支撑与外包钢管之间不粘结,或在钢管混凝土或者外包钢筋混凝土与内核钢支撑之间涂无粘结漆形成滑移界面。将内核钢支撑在支撑两端适当部位露出,并将外包层设置在支撑中段,再用高强度螺栓连接框架结构,进而有效的保证仅仅利用内核钢支撑承受拉力与压力。必须精心施工以及设计滑移界面的几何尺寸与材料,能够确保外包层与内核钢之间相对滑动,另外,将内核钢支撑的横向变形加以约束,合理的避免了内核钢支撑在压力影响下造成局部屈曲与整体屈曲。在地震发生时,借助于内外钢之间的配合作用而消耗地震能量。

3.2跷动振动控制减震设计

一般有以下两种方法进行跷动减震设计:其一是在竖向上整个下部基础和上部结构不够紧固;其二是竖向连续墙、结构中支撑以及地震力较大的柱等部分构件和下部基础不够紧固。前一种方法通常在强烈地震情况下应用,较大竖向拔力容易在高宽较大的建筑物内造成。

4建筑结构的主要隔震设计

4.1建筑物地基采用特殊材料隔震

建筑物基础隔震通常是采取一系列特定的方式处理建筑物的基础部分,将地震时的地震波降低,进而将地震对建筑物的破坏缩小。直接将砂子或粘土垫层设置在建筑物的基础部分是比较传统的方法,或者将粘土与砂子交替铺上。与此同时,一部分相关学者在建筑物的基础部分用糯米为原材料设置垫层,将地震对建筑物的破坏降低。现阶段已经有新的突破产生,一种特殊材料以沥青为原料得到,进而设置隔震层效果更优。

4.2基础隔震

将隔震装置设置在上部和基础结构之间就是基础隔震,往上部结构将地震动传递降低,使上部结构的地震反应减小。一般在体形规则的低层或多层建筑结构应用上述这种隔震方法,但是,在高层建筑结构中的应用效果较差(结构的自振周期因隔震结构延长了。基础隔震涉及到摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震、滚轴承)隔震装置的类型有基底滑移隔震装置、混合隔震装置和夹层橡胶垫隔震装置等。

4.3建筑结构的层间隔震措施

当地震发生时,高层建筑内部的减震隔震结构会发生一定程度的水平位移,为了保证减震隔震层在地震发生时能够有效的保证建筑结构能够稳定不受到损坏,能够抵御其内部结构发生位移所带来的变动,设计时,在减震隔震结构层上部设置竖直方向的隔离缝,隔离缝宽度设置为500毫米即可;上部结构和下部结构之间还有设置完全贯通的水平隔离缝,隔离缝高度设置为20毫米并在该空间内采用柔性材料进行填充,以减轻其在震动时产生的大力度的冲击而造成损坏;在电梯井侧壁则采用下挂的方式进行设计处理,井道外侧包皮到地下室柱、填充墙等处于非减震隔震构造区域的净距离要大于500毫米,悬挂式电梯的地坑底板外侧包皮到基础底板上方包皮之间的净距离不得小于600毫米;穿越减震隔震层的排水管道、电气强、弱电电缆等各种必要导线都要采用柔性连接或者其他有效的方法来适应减震隔震层在面临高强度地震时发生的结构水平方向偏移的要求。

4.4隔震、减震结构的构造措施以及其维护管理

隔震减震结构的构造主要包括隔震底座的设计和布置、隔震支座和建筑上、下部结构的连接、隔震层的梁、柱、墩和板的加强,隔震层所安置的防火措施,便于操作和更换隔震底座的空间等一系列隔震装置。在高层建筑工程结构设计中,除了以上结构的施工设计需要考虑之外,还要注意防震缝和水平隔离缝的设置和维修,楼梯、电梯以及挡土墙和坡道等隔震层的设置,还有建筑物结构内部配管和配线等设备的构造和设计也是高层建筑结构设计工作中必不可少的一部分,这些结构的设计和设定都会直接对建筑物在日后投入运营之后的抗震能力起到至关重要的作用。高层建筑内部不同的隔震减震结构也应该有不同的保护和维修方案,在日常的使用过程中,要有一项针对性较强的维护管理措施,要保证隔震层不管在任何时候都能够正常发挥其所拥有的功能,尤其是高层建筑,采用隔震技术的住宅一定要明确了解其对于隔震层装置和设备维护管理的责任,结构设计者有必要对其进行说明,并给予建筑管理工作者一定的指导和帮助,以此来让建筑管理工作者认识到建筑减震隔震层正常工作的重要性和建筑结构内部隔震结构的特殊性。

5、结语

在当前的高层建筑结构设计工作中,减震隔震措施的设计应用是防止地震对建筑以及生命财产造成威胁的重要保障。在此,本文主要针对减震隔震结构的设计应用进行了简单的说明和叙述,希望能对今后高层建筑工程结构设计中关于减震隔震措施的研究和采用提供一些文本上的帮助和思考。

参考文献

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