摘要: 作者结合多年结构设计的工作经验, 介绍了建筑结构抗震设计中经常遇到的减震和抗震的问题,并着重考虑建筑物抗震设计的问题提出了有效措施。
关键词: 结构设计隔震措施抗震加固
0 引言
建筑结构设计中抗震措施是关公关系到人民生命财产安全的重要问题, 关于建筑物抗震问题的研究也有相当的讨论, 从建筑设计领域和我国建筑设计领域上来看, 均取得了一定的成效, 人们也更加注重建筑物的抗震设计。一直以来, 我们在建筑设计中有关抗震都是坚持了 小震不塌、大震能修 的原则, 虽然设计方面在抗震方面也采取了很多措施, 但是, 由于各种原因, 还是不可避免的出现了在地震中因为建筑结构方面的问题而给人们带来巨大损失的例子, 分析原因, 最主要的就是施工人员从思想上不够重视, 存在侥幸心理, 偷工减料, 私自修改设计方案, 没有真正将抗震措施落到实处。在这里,我们对建筑设计中抗震的基本类型、主要措施结合具体实践经验进行研究, 以期和同仁交流学习。
1、 建筑结构的主要隔震措施
建筑物的抗震设计中, 我们通常是对地基进行特殊处理、设置抗震装置、对建筑的上部结构进行防震设计, 这几种措施通常是混合使用的, 但是我们结合地震构造特点及建筑物本身结构,会有侧重的在关键部位设置隔震层, 依据隔震层的位置不同我们把建筑物的隔震设计分为以下几种。
1. 1 建筑物地基采用特殊材料隔震
建筑物基础隔震, 主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理, 削弱地震时的地震波, 从而减少地震对建筑物的损害。传统上是在建筑物的基础部分交替铺上粘土和砂子, 或者直接设置粘土或砂子垫层。在中国建筑史上, 曾经有人以糯米为原材料, 在建筑物的基础部分设置垫层, 减少地震对建筑物的损害。近年来, 有关部门在这方面的研究已经取得了突破性进展, 以沥青为原料研究出一种特殊材料, 以此设置隔震层效果更好。
1. 2 建筑物基础设置隔震装置减震
这一种隔震措施主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置, 减少地震向上传递, 最高可减少地震对建筑物传递能量的2 /3, 但是, 这种措施的缺陷是不适用于高层建筑, 因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期, 起不到减小地震对建筑物损害的目的。通常采用的办法有: 摩擦滑移隔震、粘弹性隔震等几种, 设置的装置有橡胶垫、混合隔震装置等。
1. 3 建筑物层间隔震措施
层间隔震这种方法主要适用于旧房改建, 在施工方面具有简单、易操作的特点。与建筑物基础部分设置隔震装置的办法相比, 层间隔震的效果不是非常明显, 减震的效果可以达到1 /10~3/10的范围。这种方法主要是依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者削弱地震能量, 从而减小地震对建筑物的危害, 设置的装置基本与基础隔震的相同。
1. 4 建筑物结构悬挂隔震
悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来, 也就是我们通常所说的悬挂结构, 这样, 当地震来临时, 地震的能量不会传递给悬挂起来的结构, 从而达到减小地震损害的目的。这种隔震方式最常见于大型钢结构, 大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系, 以此隔震。大型钢结构一般分为主框架和子框架, 在悬挂体系中, 子框架通过索链或者吊杆悬挂于主框架上, 当地震来临时, 主框架会随着地壳运动发生摇摆, 但是, 子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆, 地震的能量到达这个部位的时候就会削弱, 不至于传递到子结构产生惯性力。
2 、建筑结构设计中常用的减震技术
以上我们所说的几种措施主要是对建筑结构本身的基础部分或者关键节点进行特殊设计, 或者采用特殊材料, 或者设计安装减震装置减少地震的能量向建筑物传递。我们这里所说的建筑物结构设计中常用的消能减震技术是借助建筑物意外的部件来增加建筑物的阻尼, 消耗地震传递给建筑物结构的能量, 避免建筑物因地震而受到损害。用于减小地震对建筑物损坏、保护建筑物安全的装置和元件很多, 通常都是各式各样的消能器和阻尼器, 我们习惯上把这些装置分为滞回型和粘滞型两种。这种技术的使用非常广泛, 主要有以下几种情况。
2. 1新建建筑物的结构设计
随着人们安全意识的不断增强, 建筑结构设计理念的不断更新, 人们对建筑结构的减震、隔震设计越来越重视。我们在设计的时候, 除了对建筑物的基础部分采用特殊处理之外, 还可以借助消能减震装置或者元件削弱地震对建筑物的作用力, 保护人们的生命财产安全。
2. 2 对建成建筑物的抗震加固
在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时, 我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施, 完成相应的工作。最迟也是在建筑物的施工过程当中, 在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而, 建筑物建成以后, 如果想对其进行抗震加固, 就要采用增加阻尼的办法, 在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。这些消能减震装置更适用于高层建筑、钢结构, 从适用的部位来说, 也是很广泛的, 它不仅可以应用于建筑物的上部结构, 也可用于建筑物的隔震夹层。
3、 其他减震措施
以上的两部分所介绍的一些措施就是我们在建筑物抗震设计方面着重的考虑, 但是, 也有一些措施虽然不常用, 但是却非常有用。在这里, 我们重点介绍两种。
3. 1 建筑物走向设计抗震问题
众所周知, 地震是由于地壳的运动而引起的, 与地质结构有非常重要的关系。我们在建筑物选址的时候, 应该充分考虑当地地质条件, 分析当地地震的震向, 让建筑物的走向与地震震向垂直, 尽量避免两个走向平行。从刚刚发生的四川汶川地震和玉树地震的实际情况来看, 与地震震向平行的建筑物的倒塌率更高,与之相反, 与地震震向垂直的建筑物就不太容易倒塌。研究发现, 与地震震向平行的建筑物, 在地震发生时, 随地震波运动的幅度更大, 因此更容易倒塌。
3. 2 无粘结支撑体系减震问题
无粘结支撑体系是建筑物结构减震体系中最为机敏的一种,这种体系主要是通过科学设计, 使内核钢和外包钢管之间无粘结且可形成能够自由滑移的一个层面, 在地震发生时, 通过内外钢之间的配合作用而消耗地震能量。但是, 这种设计的弊端是在设计和有关部件的计算方面要求非常严格。在这个体系中, 建筑物的重量主要由内钢来承担, 外钢主要起到配合和辅助作用, 还可以防止内钢弯曲变形。
4、 结语
建筑抗震问题是现在建筑结构设计中主要的话题, 也是关系到人类的生命与财产安全的重要问题, 所以我们在对建筑物进行结构设计的时候, 一定要把建筑物的抗震问题放在重要的位置, 并采用适当的措施, 避免地震带给建筑物的损坏。
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