高层建筑结构设计中的隔震减震措施

高层建筑结构设计中的隔震减震措施

中钢石家庄工程设计研究院有限公司河北石家庄050021

摘要:现如今随着我国经济快速的发展,从而促进我国建筑行业不断的进步,然而在建筑行业之中,其高层建筑已经是得到了不断的发展,但是高层建筑抗震设计中隔震减震的措施依然是需要引起人们足够的重视。

关键词:高层建筑;结构设计;隔震减震

引言

地震灾害具有突发性强,破坏性大和难以准确预测的特点,实施抗震设防是目前结构设计防震减灾的主要途径。我国的抗震设防三水准目标可以概括为“小震不坏,中震可修,大震不倒”。隔震与消能减震设计,可用于对抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑,采用隔震或消能减震设计的建筑,当遭遇到本地区的多遇地震影响、设防地震影响和罕遇地震影响时,可按高于“三水准目标”进行设计。

1建筑结构隔震减震概述

隔震和消能减震是建筑结构减轻地震灾害的有效技术,从而保持建筑的良好抗震能力。隔震设计是在房屋基础的底部,和房屋的上下结构中间,利用橡胶隔震支座和阻尼装置,来形成有良好复位能力的隔震层,从而使该结构的自振周期能够延长,从而减少在结构之间存在的地震,起到防震的作用。消能减震设计是利用消能器,设置在房屋中,利用其相对变形和相对速度,来增加附加阻尼,从而减少地震能量,从而起到真正地防震减震作用。该技术不但能应用在低层建筑中,也能使用在多层建筑中。在日本和美国,都有着实践的经验,并且小于1.0s的隔震周期,是抗震效果最好的。利用消能装置,不但可以在水平结构上起到减少地震作用,还有着很大的适用范围,且在结构类型上,常常都不会有限制。因为利用消能装置,并不能使结构形式发生改变,因此和欧通房屋比起来,消能减震房屋常常抗震构造并没有降低,因此抗震功能显著提高。

2高层建筑结构设计中的隔震减震原理

2.1建筑隔震技术的原理

在高层混凝土建筑中,其隔震设计指的是在混凝土的底部,进行隔震层的设计。并且在地震作用力,隔震层能够发生水平变化,从而使其产生的作用力无法对上边的高层建筑带来影响。它对高层混凝土建筑而言,可以使上部建筑物和地基中间产生的共振越来越少,并且能够吸收振动能量。在隔震构件中,主要是有三个部分:①铅制的缓冲性构件。这个设计是采用了铅材料,一般纯度比较高,在塑性变形以后,制作成为构件。②钢制的缓冲性构件。该构件指的是塑性变形材料之后形成的构件,从而达到衰减震动作用。③叠层式橡胶,设计主要是在钢板之间,采取橡胶重叠,进行交互接合,并且施加压力,利用热从而做成的构件,他们的弹性常常是比较高的。并且能够避免地基产生共振,使高层建筑抗震结构可以处于垂直状态。

2.2建筑消能减震技术的原理

建筑消能减震技术是指把建筑物的某些部位设置消能器,通过消能器的相对变形或相对加速度提供附加阻尼,来消耗输入建筑物的地震能量,达到减震抗震的目的。耗能器(又称阻尼器)是通过材料黏滞特性(速度相关型,主要包括黏滞消能器和黏弹性效能器)或塑性滞回特性(位移相关型,主要包括金属屈服型效能器和摩擦型效能器)来消耗地震能量的元件。在强烈地震作用下,在结构主体还处于弹性工作状态消能装置就率先进入耗能状态,消耗大量地震能量,有效地保护了主体结构。

3高层建筑隔震减震设计要点

3.1关于减震措施

对减震而言,它与隔震措施是不同的,建筑措施主要指的就是对建筑物以外的所有部件进行合理的利用,只有这样才能不断加大建筑物自身阻力,充分的消耗地震中出现的能量,进一步降低由于地震给建筑物带来的损害,由于建筑元件在一定程度上是多样化的,其中比较重要的就是阻尼器以及效能器,与此同时这些装置还能有效的分为两种类型,一种是滞回型;另二种粘滞型,并且在施工的过程中会得到比较普遍的运用。首先在新建的建筑物结构设计的过程中实施减震措施;由于受到自然灾害的侵蚀,人们的安全意识已经是越来越强烈,这样也是促进了新的建筑理念的出现。现阶段结合社会在发展过程中的需求,人们比较重视建筑结构设计过程中的抗震减震设计,在对新的建筑实施设计的过程中,要处理好建筑物的基础位置,这样做的目的能够减低地震能量,大部分减震装置一般都是为了加强建筑后期方针工作而准备的,与此同时也能对建筑施工过程中的后期防震功能做到相应的补充。其次对已经建成的建筑物进行抗震加固措施,建筑物应该在基础施工过程中进行减震措施,所以在实际施工时应该严格的根据其没有动工之前便进行,如果超出该阶段就不能获得较好的抗震减震效果。并且对成型的建筑进行抗震加固的话,那么其抗震的效果将会大大折扣,所以要利用消能减震的方法实现减震,但这种方式会导致施工造价出现增加,并且整体的施工阶段相对来说也会变得复杂。

3.2隔震措施

(1)在地震产生之后,隔震结构就产生明显的水平变化。如果要保障在地震时,能够承受住相应的地震作用,灾害能够拥有一些防止变形的能力,那么在设计时,就需要针对上部结构,在周围进行竖向隔离缝的设置,其缝宽需要大于在罕遇地震下出现的最大水平位移值1.2倍,并且要在200mm以上。在两处相邻隔震结构之间,缝宽要选择最大水平位移值之和,并且在400mm以上。在上部和下部中,其结构要和水平隔离缝完全贯通起来,并且缝高在20mm左右,利用柔性材料作为填充。如果很难进行水平隔离缝的设置时,需要进行水平滑移垫层的设置。在穿过隔震层门廊或者是电梯时,可以减少碰撞的产生。(2)悬挂隔震是指将建筑物大部分或者整个结构都悬挂起来,通常也就是我们所说的悬挂结构这样,在发生地震的时候,地震的能量就不会传递给悬挂起来的结构,从而逐渐的减少了相应的损坏或者是能量的传递,这种方式大部分应用于一些大型钢结构当中,而且这种设计对于建筑结构设计师的要求也比较高,需要工程的主体框架和子结构框架做到完美的结合,这样在地震来临时,子结构框架才不会受到相应的干扰。该种作用原理主要是在地震来临时主框架会随着地球运动而发生一定的摇摆,但是框架和主框架之间是能够灵活运动的标杆,所以,地震的能量到达这个部位的时候,就会经过了不断的削弱和简化,不至于传到建筑物当中的结构当中,这种结构设计的优点就是整体防震效果非常好,而且还可以有效的阻断了对于建筑物的损伤。缺点就是工程的造价成本非常高,大量的钢结构会增大了整体建筑工程的施工成本,所以一般用于居住建筑当中。(3)维护和保养方法。为了竣工验收,加强日常管理,需要在不同的过程中,能够对隔震支座中的性能,带来更加明确的参考,并且能够针对隔震结构,做出完整的检查计划,设置更加具体的维护计划,从而采取常规检查,并且完成基本的维护操作。在隔震层的设计中,需要在楼梯间和电梯间中,张贴上比较醒目的隔震标识,从而告知业主或者其他人,该设计已经采取了隔震层设计,并且做了有效的维护,在使用中,不能放置一些填充物,防止影响到结构移动。

结语

综上所述,高层建筑结构设计中的隔震减震措施应用具备较高现实意义。从隔震技术和消能减震技术的实际使用效果来看,同样按现行抗震规范设计的建筑,应用隔震或消能减震技术的房屋抗震设防目标高,地震安全性明显提高,对重要的建筑物应优先选用减震和消能减震技术。

参考文献:

[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]CECS126:2001,叠层橡胶支座隔震技术规程[S].北京:中国工程建设标准化协会,2001.

[3]JGJ297-2013,建筑消能减震技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

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