超高层隔震建筑物结构设计技术探析

  摘要:地震对于我们人类而言是一种灾难性极强的自然灾害,地震造成的人员伤亡和经济损失90%甚至更多源于建筑物倒塌所致。世界各国都在致力于做好工程抗震减灾工作,努力提高建设工程的抗震设防水平,提高建设工程的抗震能力。目前,世界地震工程界推广应用较多的成熟的高新技术是隔震技术。本文中,笔者将就此展开论述,探讨隔震技术在建筑施工上的具体操作以及在以后应用的运用前景。   关键词:高层建筑;隔震技术;耐震建筑物   中图分类号: TU208.3 文献标识码:A   1 地震这一自然灾害的破坏性极强,而我国的地理位置又处于环太平洋地震带附近,所以国内的建筑物必定要具有很强的防震性。以往我国建筑商主要在建筑物的强度和韧性方面下功夫来增强建筑物的耐震性。在吸取世界其他常受地震灾害的国家的震后教训后,我国也吸收了世界建筑业的新型耐震技术——隔震技术和消能技术。这两种技术现在在建筑防震领域发挥了很大的作用。尤其是我国在2008年的四川汶川大地震后,这两种防震技术更是被广泛的运用。   1.1 耐震建筑物   通常我们在设计建筑物之前要充分考虑建筑物的耐震性能。要保证建筑物的主体可以承受中小程度的地震强度,允许建筑物在承受地震时发生塑性变形,而韧性需求不得超过容许韧性容量,并且充分假设最大地震强度时建筑物的最大韧性以将地震的破坏能力降到最低。   1.1.1 中小度地震:这里提到的中小度地震是指地震的重现期为30年,并且在50年之内的地震强度不可能大于此地震强度的可能性仅在百分之二十左右的地震。由于此类地震的发生频率较高,所以要求房屋在筑造的过程中必须有相应的防震措施,以保证房屋在地震时其韧性可以达到地震摇晃所带来的力量。一旦房屋在地震中受到破坏,想要对之进行震后修复就比较困难,这不仅会带来很大的经济损失还会对人民的安全生活带来极大的威胁,就高韧性容量的建筑物而言其耐震设计会受其影响。   1.1.2 设计地震:是指地震的重现期为475年,而在五十年内地震强度超过它的可能性仅为百分之十左右。建筑物在受到此类地震强度的影响下只允许产生轻微破坏以保证不会带来人民的生命和财产威胁。而那些建筑意义非同一般的建筑物,回归期更长。若要保持房屋在此类地震强度影响下能够保持房屋构造的基本结构不受影响,可以采取一些措施以增加房屋的韧性,如在筑造房屋时,在某些指定位置加入塑铰,这是一个既经济又实用的方法,加入的塑铰可以再地震过程中大大缓解地震时带来的破坏力量。只有将房屋的韧性严格控制在房屋允许的韧性范围内才能保证房屋在遭遇地震时不会受到极其严重的破坏。   1.2 隔震建筑物   在基面增加了隔震层的建筑物成为隔震建筑物。它的工作特征是利用很多隔震零件加长建筑物的周期来减小发生地震时的破坏力度。伴随着周期的加长,房屋的位移数也会增长,因此再配合消能组件,提高系统的阻尼比,进而降低位移量。施工中最为流行的隔震组件是lrb,这个组件中添加了铅心,其作用是消能,依靠靠橡胶层受水平剪力作用时具有低劲度来拉长周期。Lrb的使用期限很长,而且性能持久,它的工作能力强,尤其是在消能方面可以进行多次工作。   隔震层的上层结构硬于隔震层是各镇建筑物的另一个特征。所以,由于软硬程度的区别,当建筑物遭遇地震的破坏时,上层建筑会因其质地硬而变位量小于质地软的隔震层。故我们有时把上部结构视为刚体。   1.3 消能建筑物   所谓效能建筑物就是利用对建筑物添加阻尼器来进行消能的建筑物。消能组件概分为位移型、速度型与其它型式。位移型消能组件显现刚塑性、双线性或三线性迟滞行为,且其反应需与速度及激振频率无关。速度型消能组件因不同的阻尼比、劲度及材料可分为:包含固态与液态之黏弹性组件及液态黏滞性组件。第三类则含括所有不属于位移型与速度型的消能组件。   2 世界各国隔震建筑物发展现况   目前,随着人们对地震的了解愈加深刻,各国人民普遍认识到隔震技术是一种有效的防震减灾的技术。各式各样的隔震建筑物被建造,而且隔震建筑物的结构格式日趋多样化,这些带有新技术的隔震建筑物在历经多级大地震后凸显了它们的隔震减灾性能,得到了人们的认定。   3 耐震建筑与隔震建筑造价比较   日本实验者做了大量的数据采集工作,结果表明:在高度为25米以下的建筑物造价比较中,隔震建筑物约为耐震建筑物的105%-109%;在高度为25米至31米的建筑物造价比较中,隔震建筑物约为耐震建筑物的102%-104%;但是,在高度为31米以上的建筑物时,隔震建筑物的造价就相对而言比较低了,是耐震建筑物的99%-103%左右。此外,我们还对结构造价进行比较,数据显示,在所有的防震建筑物中,由于办公室约为总建筑费用的百分之十八;旅馆约占总建筑费用的百分之十三;医院则仅占总费用的百分之八。总结而言,建筑意义愈大愈应使用隔震建筑技术。   4 隔震建筑新趋势   高层与超高层隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物为位于大阪城之西梅田超高层计划,地下1层,地上50层,屋突2层,基础隔震,楼高177.4m,高宽比5.8:1,隔震型式有滑动支承,积层橡胶垫,及u型钢板消能器+fluid damper。   5 超高层隔震建筑物设计技术   超高层隔震建筑物设计技术主要需要考虑以下因素:   5.1 长周期建筑物之隔震效果   隔震技术最明显的技术优势是可以延长建筑物基本振动周期。但一般情况下的振动周期大于三秒, 即使延长至五秒甚至超过五秒,两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应,则有其贡献。   5.2 倾覆作用造成隔震组件受拉力   隔震组件必须具有很强的耐拉性。   5.3 风力作用   在地震级别小或者风的作用下,建筑物的隔震组件能否继续保持其原有性能还需要日后继续研究。   结语   我国也是世界上多地震的国家之一,百分之七十八的国土面积都需要进行抗震设防,而隔震技术则是一种经济有效的防震减灾技术。虽然,它的体制还西药进一步健全,但由其原理名了、结构简单、造价低等技术优势,必然会在日后得到长足的发展,但就现有技术水平还未能达到可以安全面对最大等级的地震水平,所以,就目前情况而言,我们更要对人们的生命财产负责,采取更为保守的作为。   参考文献   [1] 庞伟萍 从防震角度看高层建筑结构设计 [J].中华民居,2012(6).   [2] 陈小宁 涉及抗震技术在高层建筑结构中的应用[J].中华民居,2011(3).


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