關(guān)于房屋建筑工程中防震減災(zāi)技術(shù)及性能的研究

宿 廷

(內(nèi)蒙古自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳)

關(guān)于房屋建筑工程中防震減災(zāi)技術(shù)及性能的研究

宿 廷

(內(nèi)蒙古自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳)

地震是人類無(wú)法抗拒的自然災(zāi)害之一，對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全有著巨大的威脅。盡管高科技設(shè)備在地震預(yù)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，但是面對(duì)地球內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)顯得“力不從心”，因此開(kāi)展房屋建筑工程防震減災(zāi)技術(shù)的研究工作意義重大。本文對(duì)我國(guó)房屋建筑工程結(jié)構(gòu)防震減震技術(shù)的演變和發(fā)展過(guò)程做了簡(jiǎn)單的闡述，并且有針對(duì)性的介紹了建筑工程結(jié)構(gòu)的隔震體系和消能減震設(shè)計(jì)的原理及相關(guān)的技術(shù)要求。

房屋建筑 防震減震 應(yīng)用技術(shù)

0.引言

20世紀(jì)工程防震技術(shù)的靜力理論首先是出現(xiàn)在日本，這種理論逐漸發(fā)展為減小剛度的結(jié)構(gòu)體系，之后又形成柔性的結(jié)構(gòu)體系，最后發(fā)展成為增加上部結(jié)構(gòu)的剛度減小底層剛度的柔性底層結(jié)構(gòu)體系，在接近20世紀(jì)末的時(shí)候形成現(xiàn)在世界各國(guó)普遍采用的延性結(jié)構(gòu)體系抗震方法[1]。所謂的延性抗震方法是將設(shè)防烈度作為工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)，把抗作為主要的途徑，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和控制建筑結(jié)構(gòu)的剛度來(lái)增加建筑的延性，這種設(shè)計(jì)可以使建筑在遇到地震時(shí)呈現(xiàn)非彈性狀態(tài)，以此來(lái)消耗地震傳來(lái)的能量，這樣可以最大限度的避免建筑結(jié)構(gòu)受到地震的破壞，即建筑受到了破壞也不會(huì)出現(xiàn)倒塌的情況。

1.房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的防震技術(shù)

1.1 房屋建筑的防震方法

我國(guó)現(xiàn)在城市建筑的防震方法有兩種：一是房屋建筑的結(jié)構(gòu)抗震方法，這種方法包括底部剪力法、頻譜法、隨機(jī)振動(dòng)法、時(shí)程分析法以及振型分解法。二是房屋建筑物的結(jié)構(gòu)減震隔震方法。這種方法包括輥軸隔震、滾珠隔震、橡膠墊塊隔震、懸掛基礎(chǔ)隔震、搖擺支座隔震、滑動(dòng)支座隔震、懸掛結(jié)構(gòu)隔震、耗能減震、主動(dòng)控制減震等[2]。

1.2 房屋建筑的彈性防震方法

目前在我國(guó)彈性建筑設(shè)計(jì)是一種最新的建筑防震方法，這種建筑的最大特點(diǎn)就是可以達(dá)到以柔克剛的效果，現(xiàn)在建筑行業(yè)中最常使用的就是將大樓建在隔離體上面進(jìn)行防震，而隔離體是由阻尼器。分層橡膠以及硬鋼板組共同構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)安排可以是房屋建筑不和地面直接接觸，可以有效的避免建筑受到來(lái)自地面的強(qiáng)大沖擊力。這個(gè)結(jié)構(gòu)中的阻尼器可以減緩建筑上下的顛簸，是由螺旋體鋼板組成的。而且有研究表明房屋建筑也可以建在滾珠和彈簧上面，這也是一中新的抗震設(shè)計(jì)理念，它和傳統(tǒng)的防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念有相同點(diǎn)，都是通過(guò)將房屋建筑與地面隔離起來(lái)，這樣避免建筑受到地震產(chǎn)生的沖擊力，減少房屋建筑的振動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防震效果。

2.房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的隔震技術(shù)

在實(shí)施房屋建筑的過(guò)程中為了保留建筑柔性底層結(jié)構(gòu)體系的特征、避免底層結(jié)構(gòu)中的元件受到破壞，要使用隔震結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)隔震裝置在建筑中所處的位置可以分為三類：地基隔震、基礎(chǔ)隔震以及層間隔震。

第一，地基隔震。絕緣和屏蔽都屬于地基隔震的范疇，絕緣隔震是利用有降低輸入加速度性質(zhì)的軟土地基，但是這種方法要求建筑地基能夠支撐地面的房屋建筑，而且這種軟土地基的沉降量要在允許的范圍之內(nèi)，然后在地基中降低輸入波。屏蔽隔震是采用在房屋建筑的周圍挖一條很深的溝壑，或者在建筑的四周埋下屏蔽板，這樣可以將隔斷長(zhǎng)周期的剪切波。這兩種方法都是對(duì)建筑的地基進(jìn)行改造來(lái)減少地震時(shí)的輸入波，但是考慮到建筑地基的關(guān)鍵性，在實(shí)際房屋建筑工程中很少用到這種方法。

第二，基礎(chǔ)隔震。這項(xiàng)隔震技術(shù)是目前房屋建筑行業(yè)使用最為廣泛的一種技術(shù)，而且該技術(shù)發(fā)展的也比較成熟，它的設(shè)計(jì)原理是在房屋建筑的底部放置控制機(jī)構(gòu)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)阻止地震能量向建筑上部傳輸?；A(chǔ)隔震的方法一共有三種，一是使用橡膠墊隔震裝置，包括高阻尼橡膠墊、天然橡膠墊、標(biāo)準(zhǔn)多層橡膠墊和加鉛多層橡膠墊等。二是滑移隔震。是在房屋建筑的地面放置滑移層，滑移層是由鋼摩擦滑板、涂層和砂料等，當(dāng)發(fā)生地震的時(shí)候建筑通過(guò)滑移層形成的不接觸介面產(chǎn)生滑動(dòng)位移，切斷了地震波的傳輸，以此限制了上部建筑的地震反應(yīng)。三是滾珠隔震。這種結(jié)構(gòu)原理是為高強(qiáng)度的鋼珠涂上一層潤(rùn)滑層，然后把它放在建筑物和基礎(chǔ)的中間，當(dāng)發(fā)生地震的時(shí)候滾珠產(chǎn)生滾動(dòng)，減少了上層建筑結(jié)構(gòu)的移動(dòng)，有效的降低了地震給房屋建筑帶來(lái)的破壞。

在房屋建筑工程的實(shí)際建設(shè)中隔震裝置除了可以放在建筑的底部也可以根據(jù)建筑的需要在層與層之間放置隔震裝置，像這種結(jié)構(gòu)的隔震裝置最初都是用來(lái)隔震的橡膠支座，但是隔震層放置的位置不同因此被稱為層間隔震結(jié)構(gòu)。

3.房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的減震技術(shù)

我們知道工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)必須遵從相關(guān)的規(guī)范，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)工程應(yīng)用中的安全性提出了具體的要求。

3.1 減震技術(shù)的設(shè)計(jì)原理

消能減震技術(shù)從字面上來(lái)理解就是用一種特殊的裝置來(lái)消耗地震帶給房屋建筑結(jié)構(gòu)的能量，這種技術(shù)原理是在建筑的抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)中添加耗能裝置，用局部發(fā)生變形提供的阻力來(lái)消耗地震向上層建筑傳輸?shù)哪芰?，是建筑在遇到地震時(shí)不會(huì)受到較大的破壞，這種耗能減震裝置不會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的形式有所影響，房屋建筑的抗震結(jié)構(gòu)和普通房屋相比沒(méi)有沒(méi)有降低但是它的抗震安全性能卻得到了大幅度的提升。

3.2 減震技術(shù)的設(shè)計(jì)要求

如果房屋建筑是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型的房屋并且需要減少地震時(shí)產(chǎn)生的水平位移，這時(shí)候就適合采用消能減震設(shè)計(jì)。減震的設(shè)計(jì)要基于當(dāng)發(fā)生罕見(jiàn)地震時(shí)建筑產(chǎn)生的位移幅度來(lái)制定設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則、具體要求以及適當(dāng)?shù)南茉?，消能元件的選擇要能夠提供較大的附加阻力，切實(shí)在地震中起到一定的作用。現(xiàn)在的消能元件有很多種：橡膠墊隔震減震器、封閉型減震器、不銹鋼絲繩減震器以及空氣阻尼 減震器等[3]。

消能部件一般是由節(jié)點(diǎn)、墻體、消能器以及斜撐等支撐構(gòu)件組成的一種連接，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要符合鋼結(jié)構(gòu)連接或者鋼筋混凝土構(gòu)件連接的構(gòu)造要求，而且節(jié)點(diǎn)要能夠承擔(dān)消能器帶來(lái)的強(qiáng)大作用力。

一般消能器可以采用速度相關(guān)型、位移相關(guān)型以及其他的類型。速度相關(guān)型的消能器包括粘滯消能器和粘彈性消能器；而位移相關(guān)型消能器包括金屬屈服消能器和摩擦消能器等。

如果有需要消能的元件可以分別設(shè)置在兩個(gè)主軸的方向上，消能元件安裝的嘴合適位置是在層與層之間發(fā)生變化較大的位置，裝置的數(shù)量和分布情況要通過(guò)綜合分析進(jìn)行合理的布置，這樣才能有效的提高消能裝置在建筑中的消能作用，房屋結(jié)構(gòu)里與消能元件相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要能夠?qū)⑾懿考鬟f的內(nèi)力分散到建筑基礎(chǔ)上。

3.3 房屋建筑安全評(píng)估要求

現(xiàn)在房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的防震減震設(shè)計(jì)依然是以概念設(shè)計(jì)為主，在實(shí)際的應(yīng)用中并不多，而這種防震減震的概念設(shè)計(jì)也是根據(jù)國(guó)外的地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)總結(jié)確定的，尤其是在對(duì)待建筑地基處理、選材方面以及抗震結(jié)構(gòu)措施等都是按照烈度不同設(shè)計(jì)的，在我國(guó)的大部分城市建筑中防震結(jié)構(gòu)都是以設(shè)防烈度為基礎(chǔ)依據(jù)，因此在房屋建筑的現(xiàn)場(chǎng)的安全性評(píng)估報(bào)告中應(yīng)該具備明確的設(shè)防烈度評(píng)價(jià)的結(jié)論。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，房屋建筑的防震減災(zāi)技術(shù)理論體系會(huì)逐漸成熟，房屋建筑施設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)真分析建筑結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確把握各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求和原則，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、抗震性能優(yōu)越的現(xiàn)代建筑。本文的上述理念設(shè)計(jì)和抗震裝置介紹都是近些年來(lái)對(duì)國(guó)內(nèi)建筑抗震相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究體會(huì)，希望能夠引起建筑行業(yè)和居民對(duì)防震設(shè)計(jì)的關(guān)注，以期為我國(guó)建筑行業(yè)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面起到一定的指導(dǎo)作用。

[1]陳明軍.混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震的加固技術(shù)分析[J].金田，2012，24（8）：280

[2]賀云.建筑物受震破壞的原因分析及現(xiàn)有房屋的抗震加固措施[J].河北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，4（03）：41-43

[3]楊建江，林楊.某教學(xué)樓抗震加固及結(jié)構(gòu)形式改造[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，11（8）:153-156

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宿廷（1989.9.15），畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，碩士研究生，科員，工作單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳。