我国建筑隔震技术发展状况初步分析

我国建筑隔震技术发展状况初步分析
我国建筑隔震技术发展状况初步分析

我国建筑隔震技术发展状况初步分析

目前各国抗震设计规范均以“大震不倒,中震可修,小震不坏”为抗震设计原则,以保护结构不遭到毁坏和保护生命安全为主要目标。传统抗震结构通过增强结构强度来抵抗地震,同时容许结构构件在地震时进入非弹性状态,具有一定的延性,以结构本身的损坏为代价消耗地震能量,减轻地震反应。从近10多年的地震震害损失来看,凡是按照抗震规范设计和建造的房屋,基本可以保证大地震发生时,房屋不倒塌。但按照传统抗震方式建造的房屋,在高烈度区常造成建筑构件尺寸过大,影响实际使用空间与建筑功能;另一方面,在发生超过设防烈度地震时,由于承重构件在地震中的不断损伤,累计到一定程度还会引起房屋倒塌,不能保证房屋在超大地震下的安全;在很多情况下,即使房屋没有倒塌,由于承重构件损伤较重,房屋也很难修复。尽管人员的伤亡大幅减少,但是经济损失较大。因此,单纯强调工程结构在地震下不严重破坏和不倒塌,已不是一种完善的抗震思想,不能适应现代工程结构抗震需求。

为了更有效地保障建筑物安全,国内外学者经过大量研究,提出了建筑隔震技术。建筑隔震技术是在建筑物基础或下部与上部结构之间设置由隔震器(橡胶隔震支座、滑移支座、FPS摩擦摆滑动支座)、阻尼装置等组成的隔震层,隔离地震能量向上部结构传递,减少输入到上部结构的地震能量,同时延长上部结构的自振周期,降低上部结构的地震反应,达到预期的抗震防震要求,使建筑物的安全得到更可靠的保证。国内外大量试验和工程经验表明:隔震技术能有效降低结构的水平地震作用,特别是在罕遇地震作用下隔震效果更好,上部结构的地震反应一般仅相当于不隔震时的20%~50%。隔震体系能实现建筑结构自身、非

结构构件和建筑物内部设施“三保护”,确保震后建筑物无需修复,即可继续使用。常用的隔震装置有天然橡胶支座、铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座。橡胶支座隔震系统装置简单、施工方便,被认为是隔震技术迈向实用化最卓有成效的体系。

相关专家和技术人员对国内外隔震技术的发展和应用进行了调研和分析,并在此基础上对我国隔震技术的进一步发展提供若干建议。

一、建筑隔震技术的发展

1.国外隔震技术发展

建筑隔震技术的快速发展始于20世纪60年代。20世纪60年代中后期,新西兰、日本、美国等多地震国家对隔震技术开展了深入、系统的理论和试验研究,取得了较好的成果。70年代,新西兰学者W. H.Robinson率先开发出铅芯叠层橡胶支座,大大推动了隔震技术的实用化进程。美国、日本首栋隔震建筑分别在1984年和1985年建成。到20世纪90年代,全世界至少有30多个国家和地区开展“基础隔震”技术的研究,并在美、日、法、新、意等20多个国家修建了数百座“基础隔震”建筑物,其中日本的技术发展最快、应用最为广泛。特别是在1995 年阪神大地震中,采用橡胶支座隔震的建筑,经受住地震的考验,隔震性能良好,建筑隔震技术得到日本政府的大力推广。隔震技术不仅应用于政府办公大楼和医院,而且越来越多的住宅建筑也开始考虑使用隔震技术。日本成为隔震建筑最多、技术最成熟的国家,目前已建成近9000栋左右隔震建筑,其最高的隔震建筑高177米,隔震装置多用夹层橡胶隔震垫。早期隔震系统是由天然橡胶支座加阻尼器或铅芯橡胶支座组成,近期,使用高阻尼天然橡胶支座的隔震建筑越来越多。2011年3月11日9.0级东日本大地震中,隔震房屋以

及室内仪器设备没有损坏,表现出优异的抗震性能。地震后,很多房子被民众要求建成隔震房屋。

2.我国建筑隔震技术应用进展

20世纪80 年代后期,我国学者开始重点关注橡胶支座隔震技术。在国家自然科学基金会等基金资助下,以中国建筑科学研究院周锡元和苏经宇、广州大学周福霖、华中科技大学唐家祥等学者为学术带头人,进行了橡胶隔震支座研制、隔震结构分析和设计方法、结构模型振动台试验、橡胶支座产品性能检验、检测技术、施工技术等全方位的系统研究工作,提出了橡胶支座隔震建筑的成套技术(周福霖,1997;唐家祥等,1993;周福霖,2004;苏经宇等,2001;周锡元等,1999;周锡元等,2002;李中锡等,2002)。

我国最早的隔震建筑是1993年由周福霖院士设计建造的汕头陵海路八层框架结构商住楼以及唐家祥教授设计的安阳市粮油综合楼。1994年5月,联合国工业发展组织权威专家将汕头隔震居民楼的建成誉为“世界建筑隔震技术发展的第三个里程碑”。2001年,建筑隔震与消能减震技术写入国标《建筑抗震设计规范》,标志着隔震消能技术在我国的成熟发展。汶川地震后新修订的《防震减灾法》中,增加“第四十三条国家鼓励、支持研究开发和推广使用符合抗震设防要求、经济实用的新技术、新工艺、新材料”;2010年新版的《建筑抗震设计规范》对隔震技术的使用范围做了较大调整,取消了对减隔震设计的诸多限制,规范提倡在“抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑”中使用,更利于该技术的发展。2014年2月,住房和城乡建设部又发布新文件进一步加大了建筑减隔震技术应用的推广力度。经过近些年的环境转变,在标准、法规政策

与技术措施方面都已经初步形成较为完善的体系,对建筑减隔震行业的发展形成了有力的支撑。

到目前为止,建筑隔震技术在全国各省市自治区几乎都有应用,包括云南、新疆、四川、陕西、甘肃、河北、江苏、山西、北京、山东、宁夏、天津、广东、海南、福建、内蒙、青海、上海、广西、河南、吉林等省市,已建成隔震建筑3000多栋。

云南由于地震多发,政府重视,同时研究推广早,开发了高性能的橡胶隔震支座,培养了较强的技术与设计力量,形成了研究、设计、产品提供、施工和后期服务较成熟的成套技术,所以云南隔震技术的应用走到了全国的前列,是我国建筑隔震技术应用范围最广的地区。目前,建成隔震建筑2000多栋,其中包括建成全球最大的隔震建筑、最高的隔震建筑群等一批标志性建筑。其次是四川、新疆、陕西、甘肃等地区建成隔震建筑100多栋,河北、江苏、北京、天津、山西、山东超过50栋,其他省市应用相对较少。

建筑减隔震技术是一项新兴技术,在国外大规模应用的历史也只有十多年。2008年5月12日汶川地震中甘肃陇南职工住宅楼和2013年4月20日雅安芦山地震中芦山县人民医院医技楼等隔震建筑,在地震中均表现出优异的抗震性能,隔震技术也因此逐步被公众和政府部门所认知。目前,住房和城乡建设部以及云南、山西、四川、新疆、重庆、陕西、海南等多个省市自治区相继出台系列规章,促进隔震技术的推广应用。

3.隔震技术发展方向

总体而言我国建筑隔震技术的研究和应用水平还很低,建筑隔震技术从设计、产品开发及施工技术等方面与发达国家相比尚有一定的距离,隔震技术的发

展正处于发展成长期。未来我国建筑隔震技术在隔震理论体系、高性能隔震产品开发和精细化施工技术的实施等方面均需要开展大量工作,建筑隔震技术必然向多样化、实用化和精细化发展。建筑隔震技术的发展将主要围绕以下几个方面逐步推进:

(1)由单一隔震元件组成的隔震体系向多功能混合隔震体系发展,从单一的水平隔震到三维隔震,从基础隔震到层间隔震都将成为未来发展方向。

(2)在产品开发方面将进一步开发高性能、高稳定性的隔震装置,橡胶支座方面开发适用于高层及大型公共建筑的大直径橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座、滑板支座以及低成本的适用于农村民居的隔震支座。除橡胶支座外,随着新材料的研发,开发其它新材料隔震支座,包括摩擦摆隔震支座(FPS)等。

(3)隔震技术应用方面,逐步由多层隔震向高层和大跨建筑隔震发展,从单一建筑隔震向街区整体隔震甚至城市整体隔震发展,隔震技术用于既有建筑抗震加固与改造也具有很好的应用前景。开发简单易行、经济适用的隔震装置解决农村民居抗震问题也是未来减轻地震灾害的重要途径。

二、建筑隔震技术特点

1.隔震装置

隔震技术是通过在上部结构与下部结构之间设置隔震层,以避开地震对建筑物的能量输入。近年来发明了种类繁多的隔震装置,按其原理不同可分为弹性支承与滑动支承两大类。弹性支承类隔震装置主要有铅芯橡胶隔震支座,夹层橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等,一般采用橡胶为柔性材料,地震时柔性材料发生较大水平变形,阻止了携带主要能量的高频地震波向上部结构传递,上部结构所受地震作用显著减小。而滑动支承类隔震装置内部有一滑动界面,当地震引起

的惯性力大于最大静摩擦力时,上部结构即可在隔震装置的滑动界面上产生滑动,这样可以避免剧烈的地表运动传至上部结构,常见的有水平摩擦滑动隔震支座、滚动隔震装置和摩擦摆隔震支座。

橡胶隔震支座(普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等)既具有较高的竖向承载能力、大水平位移能力和复位功能,同时普通橡胶支座与阻尼器、铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座配合使用时可提供较大阻尼,由橡胶隔震支座组成的隔震体系理论、试验研究及工程应用已较为成熟,隔震效果显著,是目前建筑隔震的主流产品,国内外已经建成的隔震建筑90%以上采用橡胶隔震支座,我国建筑隔震采用橡胶支座的比例更大。

建筑橡胶隔震支座在我国的应用较为成熟,标准较为完善。目前已颁布的相关标准有:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS 126:2001)、《建筑隔震橡胶支座》(JG119-2000)、《橡胶支座第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB20688.1-2006)、《橡胶支座第2部分桥梁隔震橡胶支座》(GB20688.2-2006)、《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB20688.3-2006)、《橡胶支座第4部分普通橡胶支座》(GB20688.4-2006)。正在编写的标准有《建筑隔震施工与验收规范》、《建筑隔震设计规范》等。

在今后较长时期橡胶隔震支座将成为建筑隔震依托的主要产品。目前,我国建筑上使用最多的是普通橡胶支座和铅芯橡胶支座。普通橡胶支座阻尼较小,地震作用下的水平位移较大,但变形后的恢复性能好。铅芯橡胶支座在罕遇地震作用下水平位移较小,但是对于高频波的隔震效果相对较差,且上部结构高振型影响较大,针对两种橡胶支座的性能特点,通常采用两种橡胶支座合理组合的建筑

隔震体系可以达到较好的隔震效果,同时隔震层罕遇地震下的变形也能得到较好的控制。由于铅芯橡胶支座在生产和使用过程中存在环境污染风险,所以国际上开始探索使用高阻尼橡胶支座作为升级替代产品,高阻尼橡胶支座阻尼和水平刚度依赖于应变频率和幅值,对高频波的隔震效果较好。高阻尼橡胶支座对橡胶材料性能要求较高,影响支座性能的因素较多,在试验研究及结构设计上尚有许多难点需要突破。另外,由于市场工艺水平的限制,过去我国建筑隔震支座产品尺寸较小、性能不稳定、产品繁杂,随着工艺水平的提高,标准化的高性能大尺寸隔震产品必将成为主流,以适应更高的建筑抗震性能要求。

橡胶隔震支座的应用领域较为广泛,既可用于隔离地震引起的振动,也可用于隔离设备振动或环境振动。在建筑工程上橡胶隔震支座广泛用于医院、学校、通讯、消防、电力、金融、博物馆、核电站等重要建筑,以保证地震后结构和设备完好,功能不中断。近年来在住宅项目上也有大量应用。橡胶隔震支座还广泛用于公路、铁路桥梁,以防止由地震引起交通中断,削减车辆引起的振动和温度变形。在设备隔震方面,橡胶支座用于贵重设备隔震和隔离震动设备引起的振动,橡胶支座还可用于石油浮放储罐和输油管线的隔震。

2.橡胶支座隔震系统的特点

建筑隔震技术是最近四十年来抗震防灾工程领域最重大的创新技术之一,现阶段具有无可比拟的优越性,能降低地震力50%~80%。它能使结构安全性成倍提高,并能保护内部设备仪器,在地震后不丧失使用功能,实现结构、生命、室内财产“三保护”,近年来其优异的抗震效果在国内外大地震中得到了检验。(1)隔震效果显著

建筑隔震技术能使结构抗震安全性大幅提高,近年来其优异的抗震效果在国内外大地震中得到了检验,以下是一些国内外典型实例:

实例1:1994年洛杉矶6.7级地震中,该地区有40座医院遭到破坏严重而不能使用。南加州大学医院为隔震建筑,地震中完好无损,成为救灾中心,对震后紧急救援起到了十分重要的作用。

实例2:1995年日本阪神7.6级地震中,西部邮政大楼是隔震建筑。震后该建筑完好,设备无损,在救灾中发挥了较大作用。地震记录显示该建筑所受地震力仅为非隔震建筑的十分之一。

实例3:2011年“3.11”日本9.0级地震,日在仙台、福岛震中区有许多隔震建筑,地震后毫无例外的完好无损,室内设施和物品甚至没有任何移位,其中包括超过100米的高层隔震建筑。

实例4:2013年四川芦山7级地震,芦山县人民医院门诊楼为隔震建筑,震后结构基本完好,设备正常使用,在抗震救灾中发挥重要作用。医院其它建筑破坏严重无法使用。

(2)具有较好的经济性

建筑采用减隔震技术,虽然减隔震装置的费用增加了建筑造价成本,但另一方面,由于采用减隔震设计,上部结构所承受的地震作用减小,梁柱墙截面减小,可减少钢材和混凝土的用量,工程造价相应降低。

通过对全国范围内130个项目、335万平米减隔震建筑工程进行调查,在建筑抗震性能大幅提高的前提下,九度抗震设防区采用减隔震技术,结构造价明显降低5%左右;八度设防区工程造价略降低或持平;七度区工程造价略增加,通常增加约100元/平方米。从长期经济效益和建筑全寿命周期的费用—效益分

析来看,建筑物若遭遇较大地震,传统抗震建筑将造成结构和财产两个方面损失,同时导致企业、工厂等不能正常工作造成经济损失。而隔震建筑在遭遇较大地震时,建筑功能完好,财产不损失,因此,隔震建筑长期经济效益较好。

(3)具有良好的耐久性

橡胶隔震支座是由叠层橡胶钢板组成,橡胶片和钢板按照严格的工艺条件生产加工,橡胶和钢板粘结的非常紧密,隔震橡胶支座四周还有一层1cm厚的橡胶保护层,防止阳光、水和空气进入支座内部,并且隔震支座的工作位置是在隔震层,周围一般不会有阳光照射。根据实验研究和工程调查,隔震橡胶支座的抗老化性能超过80年。我国一般建筑的设计使用周期为50年。

(4)可改善建筑功能

传统抗震建筑,主要通过调整结构体系和增大梁柱截面来提高结构的抗震能力。增大梁柱截面,会导致结构体系个别区域刚度大,反而使结构延性降低,不利于抗震,也不利于发挥结构使用功能。对位于高烈度区的建筑以及结构形式比较复杂的建筑,结构形式和建筑高度受到限制,采用传统抗震技术解决难度较大。而建筑减隔震技术,可以降低上部结构的水平地震作用,适当降低抗震措施,可以选择合适的结构体系,使得上部结构设计更加自由灵活,建筑的使用功能得以充分发挥。

(5)地震后具有自动复位功能

地震后橡胶隔震支座产生变形,但支座内部橡胶将产生回复力,所以橡胶隔震支座具有自我恢复功能,地震后会在短期内逐步恢复到原位。目前经历过地震的隔震建筑没有出现过不能恢复的情况。

(6)施工工期

建筑使用隔震技术,施工时增加了隔震层的施工,比常规建筑增加了施工时间。但采用隔震技术后上部结构构件配筋减少,钢筋制作难度减小,建筑材料节约,制作人工减少。对隔震和非隔震建筑施工时间进行详细对比结果表明,总工期没有明显增加。

三、我国建筑隔震产业发展状况

1.建筑隔震产业特征分析

(1)常规抗震建筑在建造时,业主并不需要关心建筑的抗震问题,结构工程师按照国家标准要求进行设计。由于建筑减隔震技术在我国的推广尚不普及,规范应用也只有十多年,国内设计师普遍缺乏了解与概念,更谈不上应用,设计师解决建筑抗震问题的思路几乎都是传统抗震,隔震技术方案即便再优异也提不上桌面,可见建筑隔震技术在推广应用工程中设计环节的重要性。设计师与产品供应商均不能胜任建筑隔震设计工作,严重制约建筑隔震技术的发展。个别具备建筑隔震设计能力的产品供应商成为建筑隔震技术的有力推动者和市场最大的赢家。建筑隔震产品的提供商通过主动向建设单位和设计师推介减隔震技术,提供建筑隔震成套技术解决方案,在市场上获得了成功。可见,制造商具备提出建筑减隔震整体解决方案的能力,具备为设计师提供设计咨询,甚至独立完成设计的能力,成为建筑隔震行业的重要竞争力之一,也成为目前进入该行业无形的门槛。

(2)建筑隔震产品构造简单,制造门槛似乎不高,但要生产高质量和性能的稳定产品,产品制造商必须具备很强的基础材料研究能力、新产品开发能力、分析检测能力及丰富的现场技术服务经验,应具备减隔震理论、结构地震动力分析、高分子材料研发及橡胶配方、金属材料、粘结技术、施工技术、检验技术、

监测等核心技术,特别是专业技术人才队伍的培养,这样才能开发出高技术含量、高性能和高质量产品,才能不断推陈出新开发出具有市场竞争力的产品。总体上看隔震支座行业属于技术密集型企业,专业技术的形成需要长期经验的累积,目前本行业的专业人才数量相对较少,尤其是具有多学科背景的复合型人才更为缺乏;再加上本行业的应用性很强,需要针对具体的应用领域研制不同特性的产品,新进入者很难获得行业经验丰富的专业人才。

(3)在制造工艺方面,橡胶隔震支座的工艺并不复杂,大致包括橡胶材料的制备、金属材料制备和组模硫化三个大的工业工程。其中又包括数十个工艺环节。对隔震支座质量和性能影响的因素错综复杂,几乎任何一个细小的工艺环节或生产过程控制的问题将导致支座的性能、质量偏差,而且原因复杂难以追溯,这些核心工艺技术的形成往往需要长期的经验积累。没有经过一定时间的探索和大量的试验研究,入门容易但要做到产品性能优异、质量稳定却很难。

(4)橡胶隔震支座的制造并没有现成或成熟的生产线,产品未实现标准化和序列化,没有专业的设计院可以完成全套的工艺设计。所有各个生产企业的设备和工艺相差较大,生产设备和工艺往往需要结合自身的特点进行再开发,这就不仅要求配置先进的设备,同时还需要有丰富的经验才能避免走弯路。

(5)在研发与检测能力方面,为适应不同建筑物,需要开发不同力学性能的橡胶隔震支座,同时生产过程也需要实时的监控,这样需要建设高标准的物理、化学和成品力学性能实验室,并配置相应专业的技术人员。

未来建筑隔震技术将朝着减隔震技术复合、产品多元化、环保等方向发展,建筑抗震成套技术解决能力,核心的制造技术,多学科支撑的持续创新能力将成为建筑减隔震行业的核心竞争力和进入本行业的重要壁垒。

2.影响我国建筑隔震技术发展因素分析

建筑隔震技术是解决建筑抗震问题的最有效手段之一,我国是一个地震多发国家,全国除少数省以外,都发生过6级以上破坏性地震。我国660个城市中,位于地震区的占74.5%,约有一半城市位于基本烈度7度及以上地区。118个百万以上人口的大城市中,有85.7%位于地震区,有近2/3位于基本烈度7度及其以上地区。上述7度以上设防地区均适合推广应用减隔震技术,2013年我国在建建筑面积98亿平方米,其中抗震设防7度以上地区在建面积约60亿平米,而在建建筑中采用隔震技术的比例不足1000万平米,可见推广应用的量所占比例很小,市场潜力巨大。

从建筑隔震技术推广应用较成功的云南省经验分析,建筑隔震技术宣传普及程度和政府重视程度对行业发展的影响巨大。

(1)政策支持的影响

云南省研究应用建筑减隔震技术超过20年,大致可分为三个阶段:1994~2000年为技术开发研究阶段;2001~2007年为试点应用阶段,隔震建筑在不同类型的建筑中逐步使用,建成100栋隔震建筑。2008年至今进入逐步推广应用阶段。2008年汶川地震后,隔震技术受到政府重视,云南省出台《云南省人民政府印发关于全面加强预防和处置地震灾害能力建设十项重大措施的通知》(云政发〔2008〕103号),明确指出“在地震重点危险区和重点监视防御区的县级以上医院、学校、幼儿园等人员密集场所,救灾物资储备库、博物馆、机场、桥梁等重要工程建筑物,党政机关等重要目标单位,重大通信和电力设施等,强制推行隔震垫减隔震技术,并推广使用轻型建筑材料。”2011年进一步出台《云南省人民政府办公厅关于加快推进减隔震技术发展与应用的意见》,制定减

隔震技术应用推广目标,要求中小学校舍、医院强制使用隔震技术,并逐步推进对人员集中场所和重要生命线工程进行强制使用的要求。同时,要求相关部门配套政策鼓励减隔震技术产业发展。这一阶段,云南省新建隔震建筑达2000栋,其中2012年后平均达到400栋以上。在各类应用中文化教育类占比74%,医疗7%,办公6%,反映出政策推动力度的影响。

2011年减隔震技术列入国家鼓励类产业目录《产业结构调整指导目录(2011年本) 》,享受相应的税收优惠政策。2009年新修订的《防震减灾法》中,增加“第四十三条国家鼓励、支持研究开发和推广使用符合抗震设防要求、经济实用的新技术、新工艺、新材料”;2013年住房和城乡建设部出台《住房城乡建设部关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》,鼓励建筑工程应用减隔震技术,同时规范减隔震建筑工程质量监管。目前,云南省的经验推广到全国各地,四川、新疆、甘肃、海南、山西等十多个省市自治区政府相继出台鼓励建筑减隔震技术应用的文件,减隔震技术在这些地区逐步得到应用。政策推动力度的加大成为推动建筑减隔震行业发展的有利因素。

(2)技术宣传和技术普及程度影响

由于建筑减隔震技术是一项新兴技术,在国外大规模应用的历史也只有十多年,国内的设计师普遍缺乏了解与概念,更谈不上应用。只有国内部分与国外接触较多的知名大院与研究机构,在工程中开展了局部尝试性应用,对广大设计师与业主而言,一直认为这是一个非常特殊的高端技术。在2008年前,除了采用隔震技术的房屋建筑有百幢应用规模,其他减震技术的应用还非常有限。

技术普及主要指对设计、施工、监理等从事建筑工程的专业技术人员的技术培训。云南省自2005年以后针对全省专业队伍进行了频繁的技术培训,技术人

员掌握了基本知识后,在碰到具体问题时就会把掌握的知识主动用到工程实际中,否则就会产生抵触和排斥情绪,极大地影响新技术的推广。云南省推广应用较成功与减隔震知识在专业技术人员中普及程度较高有直接关系,但就全国而言,专业技术人员对减隔震知识十分匮乏,这也成为减隔震技术推广应用的最大瓶颈。

技术宣传主要指对社会公众,特别对基本建设参与者的宣传,包括各级政府相关管理部门、房地产开发商和建筑业主。减隔震技术以很小的投入或不增加投入使建筑抗震性能成倍提高,是明智的业主的选择。所以,对社会公众及基本建设参与者的宣传是建筑减隔震技术发展的动力。

(3)技术标准与规范的影响

技术标准、规范是新技术推广应用的技术合法依据。在我国目前的建设基本管理程序中,没有技术标准,新技术很难在建筑工程中得到应用。

2000年建设部颁布了行业标准《建筑隔震橡胶支座》;2001年,建筑隔震与消能减震技术写入国标《建筑抗震设计规范》,标志着我国减隔震技术应用进入了作为一种标准化技术的大范围允许应用阶段。2006年以后颁布国标《建筑隔震橡胶支座》、行业标准《建筑消能减震技术规程》等。上述标准的颁布规范了建筑减隔震设计、生产和检验过程。近期国标《建筑隔震设计规范》和行业标准《建筑隔震施工与验收规范》等标准也在编制中。建筑减隔震已经初步形成较为完善的体系,对建筑减隔震行业的发展形成了有力的技术支撑。

(4)地震环境的影响

大地震对隔震技术推广影响大,但可持续效应递减。大地震的发生一方面严重的灾害和建筑抗震性能会引起社会广泛关注,另一方面近年来大地震中隔震

建筑的优异表现也使得社会对隔震技术的认知度提高。典型的实例是2008年汶川大地震对我国隔震技术的应用规模推动影响甚大。2010年新西兰地震7.1级地震、2011年日本9级大地震隔震建筑表现优异;2013年庐山地震7级地震,芦山县人民医隔震院门诊楼成为“楼坚强”被媒体曝光后,隔震技术一度得到社会各界以及政府的重视,各地政府纷纷出台鼓励政策。在这一时期隔震建筑数量的上升与上述地震事件也有关系。当前,全球进入新一轮地震活跃期,地震频发,对未来隔震技术的发展将有一定的刺激作用。

(5)行业技术发展不平衡的影响

2008年以前我国隔震技术处于推广应用的初期阶段,全国每年平均建成隔震建筑10栋左右,建筑隔震支座生产的厂家不足10家,而且多为传统橡胶制品企业、桥梁支座企业,产品以其他橡胶制品为主。2008年汶川大地震推动了减隔震技术的应用,汶川地震恢复重建项目部分使用了隔震技术,同时以云南省为代表的地方政府开始出台一系列鼓励政策,隔震技术首次在国家重点工程昆明新机场应用,对建筑隔震技术的发展起到了积极作用,建筑隔震技术进入快速发展期。行业开始有跟风进入的企业,目前市场上减隔震产品生产企业超过百家,产品繁杂,技术水平良莠不齐,产品质量差别很大,安装及后期监测、运行维护等服务不规范。但同时,我国建筑工程减隔震产品、检测、市场监管体系尚未健全,无法律依据,给市场和工程质量监管带来较大难度。隔震装置属于结构的承重构件,承担建筑全部荷载,其重要性不言而喻。产品质量及安装服务不到位存在安全隐患,对行业发展带来威胁。另一方面,低价劣质产品进入市场,又缺乏有效监管,形成恶性竞争,导致利润率下滑,对企业的经营业绩会产生很大影响。(6)宏观经济环境影响

建筑隔震行业的发展与国家基本建设规模息息相关,如果宏观经济整体低迷,基本建设规模压缩,也会影响到建筑隔震橡胶支座的需求和市场价格。近年受国内房地产行业持续疲软以及基础建设投资增速放缓等因素的拖累,建筑隔震行业的增速有所减缓。2015年政府支持的基础投资建设开始加速,最新的房贷政策的出炉将激励房地产新开工项目增加。另外“一路一带”战略实施,也为我国参与基础设施建设有关企业带来了机遇。

3.我国建筑隔震产业发展情况及建议

(1)近年我国建筑隔震产业发展情况

我国建筑隔震支座行业总体处于成长期。根据住房城乡建设部2015年2月对全国减隔震房屋建筑工程统计结果(表1),截至2014年12月,全国建成隔震建筑2662栋,在建546栋,共计3214栋;建成减震建筑174栋,在建90栋,共计264栋。

上述数据不包括北京、上海、广东、广西、西藏五个省市,但基本反应了目前我国建筑隔震技术发展的格局。

1)我国各地区建筑隔震行业发展水平极度不平衡。技术普及程度和政府重视程度对行业发展的影响巨大,云南省由于减隔震技术的推广应用起步较早,

技术普及程度高,形成了研究、设计、产品制造相关成套技术,同时政府支持力度大,使减隔震技术得到了较好的推广应用,隔震建筑在全国占比达到81%,排在第二、三位的分别为甘肃6.4%、山西3%。云南减震建筑占比也达到36.7%,位列全国第一。

2)建筑隔震支座生产企业发展不平衡。近年来由于政府支持鼓励,加之今年来地震频发,几次大地震中建筑隔震技术表现良好,媒体频繁曝光,刺激了建筑隔震行业的发展,大批企业开始涌入该行业,主要包括了传统橡胶制品企业和桥梁支座生产企业,但多数企业从未涉足建筑减隔震行业,缺乏抗震技术技术队伍,摆脱不了单纯产品生产企业的局限性。由于市场对建筑隔震技术的接受还需一定的时间,目前市场规模还很小,所以绝大多数企业的市场占有率较低。具备自主研发生产能力、持续时间较长的企业大体有:广东1家,江苏1家,甘肃1家,云南1家,河北2家。其中,云南震安减震科技股份有限公司得益于云南省政府支持,经过多年的努力形成了较为成熟的建筑隔震成套技术服务能力,在全国建筑隔震市场占有率超过50%,步入良性发展阶段。

3)建筑隔震行业进入增长期。自1993年由广州大学周福霖主持建成我国第一座夹层橡胶垫隔震房屋,至今我国建筑隔震技术应用已超过20年。从全国隔震建筑建成的时间看,2001年前建成近200栋,2002~2008年每年应用量极少,减隔震技术应用进入试用、观望期,推进困难。2008年汶川大地震推动了减隔震技术的应用,2011~2014年全国建成的隔震建筑占总量的90%。由于云南隔震建筑占比较大,云南的情况基本代表了全国的发展趋势。2010年云南建成隔震建筑122栋,2011年建成176栋,2012年建成508栋,2013年建成834栋,2014年建成608栋。可以看出,隔震技术的发展受政策的影响

很大,2012年云南省政府出台了鼓励政策,隔震建筑数量成倍增长。在持续增长的背景下,受国家宏观调控的影响也较为明显,新开工房地产项目数量持续减少的影响在2014年显现出来。但随着国家对抗震防灾工作的重视和技术宣传普及度的提高,未来隔震建筑推广应用总体呈上升趋势是毋庸置疑的,为建筑隔震行业发展带来了机遇。

(2)建议

相关部门尽快就建筑工程抗震设防,减隔震技术应用和监管立法,加强建设工程抗震设防管理,引导减隔震技术等抗震新技术、新材料的推广应用。强化产品质量、设计、施工、验收等全程监管,确保减隔震建筑工程质量安全。在地震多发区医院、学校、幼儿园、商场等人员密集场所,机场、通信和电力等重要生命线工程建筑物,党政机关等重要目标单位逐步推广应用减隔震技术,全面提高建筑工程抗震能力,最大限度减轻地震灾害损失。

建筑隔震技术特点

一、隔震装置 隔震技术是通过在上部结构与下部结构之间设置隔震层,以避开地震对建筑物的能量输入。近年来发明了种类繁多的隔震装置,按其原理不同可分为弹性支承与滑动支承两大类。弹性支承类隔震装置主要有铅芯橡胶隔震支座,夹层橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等,一般采用橡胶为柔性材料,地震时柔性材料发生较大水平变形,阻止了携带主要能量的高频地震波向上部结构传递,上部结构所受地震作用显著减小。而滑动支承类隔震装置内部有一滑动界面,当地震引起的惯性力大于最大静摩擦力时,上部结构即可在隔震装置的滑动界面上产生滑动,这样可以避免剧烈的地表运动传至上部结构,常见的有水平摩擦滑动隔震支座、滚动隔震装置和摩擦摆隔震支座。 橡胶隔震支座(普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等)既具有较高的竖向承载能力、大水平位移能力和复位功能,同时普通橡胶支座与阻尼器、铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座配合使用时可提供较大阻尼,由橡胶隔震支座组成的隔震体系理论、试验研究及工程应用已较为成熟,隔震效果显著,是目前建筑隔震的主流产品,国内外已经建成的隔震建筑90%以上采用橡胶隔震支座,我国建筑隔震采用橡胶支座的比例更大。建筑橡胶隔震支座在我国的应用较为成熟,标准较为完善。目前已颁布的相关标准有:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS 126:2001)、《建筑隔震橡胶支座》(JG119-2000)、《橡胶支座第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB20688.1-2006)、《橡胶支座第

2部分桥梁隔震橡胶支座》(GB20688.2-2006)、《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB20688.3-2006)、《橡胶支座第4部分普通橡胶支座》(GB20688.4-2006)。正在编写的标准有《建筑隔震施工与验收规范》、《建筑隔震设计规范》等。 任何一项与建筑结构安全相关的新技术的推广,通常都将经历研究、试验、试点再到广泛应用的较长过程。抗震新技术尤其要经过发生概率较低的大地震的实际检验方可推广应用。橡胶隔震支座经历了近50年的研究发展,目前橡胶隔震支座结构简单、造价合理、理论和试验研究成果比较丰富和完善,且经历多次地震检验效果明显,标准相对健全,技术较成熟,已进入推广应用期。在今后较长时期橡胶隔震支座将成为建筑隔震依托的主要产品。目前,我国建筑上使用最多的是普通橡胶支座和铅芯橡胶支座。普通橡胶支座阻尼较小,地震作用下的水平位移较大,但变形后的恢复性能好。铅芯橡胶支座在罕遇地震作用下水平位移较小,但是对于高频波的隔震效果相对较差,且上部结构高振型影响较大,针对两种橡胶支座的性能特点,通常采用两种橡胶支座合理组合的建筑隔震体系可以达到较好的隔震效果,同时隔震层罕遇地震下的变形也能得到较好的控制。由于铅芯橡胶支座在生产和使用过程中存在环境污染风险,所以国际上开始探索使用高阻尼橡胶支座作为升级替代产品,高阻尼橡胶支座阻尼和水平刚度依赖于应变频率和幅值,对高频波的隔震效果较好。高阻尼橡胶支座对橡胶材料性能要求较高,影响支座性能的因素较多,在试验研究及结构设计上尚有许多难点需要突破。另外,由于市场工艺水平的限制,

浅谈建筑隔震橡胶支座的原理、制造及应用

浅谈建筑隔震橡胶支座的原理、制造及应用 庾光忠,冯正林,胡宇新,郭红峰,周函宇 (株洲时代新材料科技股份有限公司,412007) 摘要:介绍建筑隔震橡胶支座产品的设计理念、隔震原理、技术特性、性能参数;介绍建筑隔震橡胶支座产品一般的生产过程、检测过程和控制要点;说明建筑隔震橡胶支座这种新型隔震产品有着良好的应用前景、社会效应和经济效益。 关键词:地震;隔震;基础隔震技术;建筑隔震橡胶支座; 地震是一种危害性极大的随机性自然灾害,地震的发生带给人类的是巨大的灾难,人们在与其长期地抗争过程中,不断地总结经验,寻求更好的抗震防灾措施,使抗震理论日趋发展。 在“5.12”汶川地震发生后,某著名建筑设计大师曾指出:“我国现在的抗震技术已经达到世界水平,只要采用先进的抗震设计,像5.12汶川大地震所产生的后果是完全可以减轻的。”21世纪的中国已经拥有与美国、日本等先进国家同等级的抗震技术——基础隔震技术。 当前最先进的基础隔震技术是通过一种高新技术产品——建筑隔震橡胶支座,将上部建筑结构与下部地基结构隔离,由于建筑隔震橡胶支座中的隔震层水平刚度小,柔性强,当地震发生时隔震层将发挥“隔”震的作用,代替上部结构承受地震强烈的位移动力,以此来隔离或耗散地震的能量,避免或减少地震能量向上部结构传输;增设的隔震层可以延长结构的自振周期并给予结构较大的阻尼,使上部建筑结构的反应减小到相当于不隔震情况下的1/4~1/8,近似平动,从而起到“隔离”地震的作用。 一、建筑隔震橡胶支座的隔震基本原理 建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是通过增设橡胶隔震支座,使整个建筑的自振周期得以延长,以减轻上部结构的地震反应。一般做法是在建筑物底部设计一层隔震层,在隔震层设置橡胶隔震支座,利用橡胶隔震支座的水平柔性形成一道柔性隔震层,通过柔性隔震层吸收和耗散地震能量,阻止并减轻地震能量向上部结构的传递,最终达到减轻上部结构地震破坏的目的。这种隔震技术不仅可以保证结构的整体安全,并且能够防止非结构部件的破坏,避免建筑物内部装修、室内设备的损坏以及由此引起的次生灾害[1]。 隔震设计技术的基本原理可以通过如下图示来表示。假设一个结构悬浮于地面,如图 1-a 所示,则地震作用不会对结构产生影响,但由于结构还有自重,这样的情况几乎不可能发生。为了承担结构的自重,可以用摩擦力非常小的滚珠来代替示意,如图 1-b,滚珠在竖向支撑结构,而在水平方向与悬浮的情况近似,在水平地震作用下结构不会产生响应,但建筑物会滑移到其它位置而不能复位。因此,为了使结构复位,需要在结构中设置水平弹簧,如图 1-c 所示,但如果仅有弹簧,一旦产生振动后就很难停止,因此必须在结构中设置阻尼装置,以阻止振动的持续。任何一个隔震结构都可简化为图 1-b 或图 1-d 的情形,隔震结构就是在传统的抗震结构的基础与上部结构之间增加了一个可以隔离地震的装置。 从以上的分析可知,隔震装置主要由滚珠、弹簧和阻尼构成,滚珠的作用是在竖向支撑建筑物,而在水平向可以自由滑动,弹簧对结构进行复位,阻尼消减振动的幅度。其中,弹簧和阻尼的大小会影响减震的效果。 假设图 1-2d 中的阻尼很小,就相当于图1-c 的情形,建筑物会在弹簧恢复力的作用下一直振动下,这对上部结构非常不利。当阻尼增加非常大时,并非有利于减震的效果。 因此,对一个隔震结构而言,需要选择适当的弹簧和阻尼,才能达到理想的减震效果,具体

减隔震建筑结构设计指南与工程应用

《减隔震建筑结构设计指南与工程应用》教学大纲 总教学课时:60 一、教学目的 贯彻中央城市工作会议精神,落实住房和城乡建设部印发的《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》(建质[2014]25号)的工作要求,帮助结构工程师更好地了解与掌握减隔震技术的概念与发展历程、设计标准与研究现状、减隔震结构设计方法、减隔震技术在建筑工程中的应用。 二、教学要点 与结构工程师设计工作相关的减隔震技术概念与工作原理,减隔震建筑结构设计参考依据与设计关键要点、减隔震技术工程应用方法等。 三、重点内容与课时分配 第一章减隔震技术概述(4学时): 减隔震技术的概念与原理(1学时)、减隔震技术发展历程(1学时)、减隔震技术设计标准(1学时)、减隔震技术研究现状(1学时)。 第二章减震结构设计指南(12学时): 减震结构概念设计(2学时)、减震结构性能设计的基本要求(2学时)、减震结构计算分析的基本要求(2学时)、

减震装置的基本要求(2学时)、减震结构的抗震构造措施要点(2学时)、减震装置的施工、验收和维护(2学时)。 第三章隔震结构设计指南(12学时) 隔震结构概念设计(2学时)、隔震结构性能设计的基本要求(2学时)、隔震结构计算分析的基本要求(2学时)、隔震装置的基本要求(2学时)、隔震结构的抗震构造措施要点(2学时)、隔震装置的施工、验收和维护(2学时)。 第四章减震技术在建筑工程中的应用(16学时): 屈曲约束支撑应用案例(2学时)、黏滞阻尼支撑应用案例(3学时)、黏滞阻尼伸臂应用案例(3学时)、黏滞阻尼墙应用案例(4学时)、日本典型减震案例(4学时)。 第五章隔震技术在建筑工程中的应用(16学时): 基础隔震案例(6学时)、层间隔震案例(4学时)、组合减隔震案例(2学时)、日本典型隔震案例(4学时)。 四、教学延伸阅读参考书目 1.周福霖. 工程结构减震控制[M].北京:地震出版社, 1997. 2.李爱群,瞿伟廉. 工程结构减振控制[M]. 北京:机械 工业出版社,2007. 3.丁洁民,吴宏磊. 黏滞阻尼技术工程设计与应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2017. 4.日本隔震构造协会. 隔震结构入门[M]. 东京:OHM出

建筑结构减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势

建筑结构减隔震及结构控制技术的现状和发展趋势 张建东 上传时间:2006-06-26 nantong 一、传统的抗震方法 地震是由于地面的运动,使地面上原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动,因而在结构中产生内力、变形和位移。经过简化后模型的动力学分析,即一次次的震害分析进行修正、补充,得到一些建筑物在地震作用下的反应机理及破坏形式,提出了一些建筑物抗争的计算方法及设计的基本原则。这些在实际应用中得到了很不错的效果。 1、概念设计的一些原则 1)总体屈服机制。例如强柱弱梁。 2)刚度与延性均衡。砌体结构中为提高延性设构造柱与圈梁,形成一个较弱的框架。 3)强度均匀。结构在平面和立面上的承载力均匀。 4)多道抗震防线。 5)强节点设计。 6)避开场地卓越周期区。 2、在此基础上作结构地震反应分析,其分析方法主要有: ①地震荷载法; ②振型分解法; ③动力时程分析法。现在还发展了push-over法、能力谱等方法。抗震设防目标也从单一的、基于生命安全的性态标准发展到基于各种性态,强调“个性”设计的设计理念。 3、传统抗震方法的缺点与不足

传统抗震结构主要利用主体结构构件屈服后的塑性变形能和滞回耗能来耗散地震能量,这使得这些区域的耗能性能变得特别重要,而一旦由于某些因素导致这些区域产生问题,将严重影响到结构的抗震性能,产生严重破坏,由于破坏部位位于主要结构构件,其修复是很难进行的。 由于传统抗震结构是以防止结构倒塌为目标,其抗震性能在很大程度上依赖于结构(构件)的延性,以往的许多研究也注重于提高结构(构件)的延性方面,却忽略了对结构损伤程度的控制。 4、传统的抗震方法在提高结构性能方面有较多困难。 传统抗震结构的耗能能力主要依赖于主体结构的延性。既要求主体结构强度高,又要求延性好,很难实现。 1)框架结构 许多研究者推荐强柱弱梁体系作为最合适的抗震框架体系。该体系可将地震输入能量分散在结构的许多部位耗散掉,甚至可以控制塑性铰出现的顺序与部位,延性对于使建筑物在罕遇地震中保存下来固然很重要,但这些预期的塑性铰区在中等程度的地震中也会产生,延性也同时应被看作是一种“破坏”。后期修复费用也很高。 2)剪力墙结构 剪力墙结构体系具有抗侧刚度大,在水平地震作用下的侧移小,其总的水平地震作用也大等特点,常见的震害一般来说为墙面的斜向裂缝或是底部楼层的水平施工缝发生水平错动,当底部屈服后,剪力墙的抗侧作用就很小,且剪力墙的耗能也基本集中与底部塑性铰区域,上部墙体对抵御强震无显著作用。而且剪力墙要承担一定的竖向荷载,因此底部的破坏也十分难修复。 3)框架-剪力墙结构 从抗震概念设计来说,框架-剪力墙结构具有了多道抗震防线。有框架和墙体组成的抗震结构中,框架的刚度小,承担的地震作用力小,而弹性极限变形值和延性却较小。整个结构在地震作用下,墙体很快超过自身的较小弹性极限变形,出现裂缝,水平承载力下降,此时框架尚未充分发挥自身的水平抗力;墙体开裂后,框架承担的地震力增大,同时由于结构刚度的变化,地震作用效应也发生了变化。但无论是剪力墙还是框架,都是主体结构的一部分,损伤坏后的修复工作都是比较困难的,而且花费也不小。 二、减振、隔震和振动控制的现状

建筑结构隔震技术

建筑结构隔震技术 福州市规划设计研究院教授级高工夏昌 0引言 2008年5月12日,我国四川省发生里氏8 0级特大地震,造成死亡、失踪 8 万余人,房屋倒塌数千万平米的重大损失。纵观世界范围, 20世纪由于地震而 死亡的人数,中国人占到60%,三十年前唐山大地震的惨烈景象历历在目,三 十年后悲剧 再度重演,如何做好防震减灾,如何保证房屋在地震中的使用功能, 保护人民生命财产的安全,成为我们要迫切解决的问题。 让我们首先探讨现行结构抗震设计存在的问题。 1结构传统抗震设计存在的问题 传统的结构抗震技术,自新中国成立以来,经过长期的研究,多版本抗震规范的 完善,在工程实践中已有显著成果,但是,传统抗震设计仍存在诸多问题: 1)抗震设防思想落后: 设计人员错误把“设防烈度”当作保证安全的准确指标, 而实际上,预防为主不 是预报为主,地震预报工作远未达到成熟的水平。 中长期预报很不准确,地震区 划方法、地震危险性分析方法有待提高。基于上述不准确的“中长期预报”只能 定出不准确的“设防烈度”, 突发强地震时,难于控制结构受损程度,难保证 不倒塌。 我国近年来发生的典型大地震烈度(设防烈度)如下: 因此,抗震设计既应满足“按烈度设防”,也要考虑防御高烈度的大地震。 2)适应性问题:现有抗震技术只要求保护结构在设防烈度内可修、不倒,未保 护非结构构件及装修,未保护内部设备、仪器。 3)采用抗震技术设计时,若建筑设计复杂结构更易破坏: 不规则平面扭转破坏,不规则立面层间剪切破坏。 结构传统抗震设计存在的上述问题,极大的制约了我们防震减灾目标的完美实 现。如何做到在突发强地震时房屋不坏、不倒,保护室内装修和内部设施,保护 人民生命财产安全,经过多年的探索,更为科学的结构减震控制技术已臻成熟。 2结构减震控制技术 在工程结构的特定部位,装设某种装置(如隔震垫),或某种机构(如消能支撑), 或某种子结构(如调频质量),或施加外力,以改变或调整结构的动力特性或动 力作用,这就是结构减震控制技术。结构抗震技术和减震技术机理对比如下表 1。 工程结构减震控制技术的方法主要有:隔震技术、 消能减震技术、调谐减震技 术、主动控制技术、半主动混合控制技术。 隔震(免震)技术是指:在建筑物的内部设置既能支撑建筑物本体重量,又具有 在水平方向自由变形能力的隔震层, 将地震时产生的水平变形集中于隔震层。 在 隔震层中,设置用于吸收和消耗地震输入能量的隔震器。 表1结构抗震减震技术机理对比 1966年,邢台大地震, 1975年,海城大地震, 1976年,唐山大地震, 2008年,汶川大地震, 10度(6度); 9、10 度(6 度); 11度(6度); 11度(7度)。

隔震技术概述

《结构抗震工程概论》 姓名: 学号: 学院: 专业: 授课教师:

隔震概述 摘要:传统的抗震设计方法是考虑结构的延性来耗散地震能量。但问题在于它是用结构承重构件本身来抵御地震,为了经济起见往往使承重构件在塑性阶段工作。这样受到一次强烈地震时,结构构件在利用它的延性和自身变形能力耗散地震能量的同时,自身机构也受到了破坏。为解决这个问题,在结构上附加各种耗能阻尼器,以吸收地震能量,减小结构地震反应,从而促进了工程减震技术的迅速发展。现在,以改变结构频率为主的隔震技术是结构抗震控制技术中研究和应用最多、最成熟的技术。 关键词:抗震设计、隔震技术、耗能阻尼器 1 前言 隔震主要是指在建筑结构地面以下部分设置隔震装置(或机构),以减弱地震动输入给地面以上结构的能量,减小结构振动而采取的一种结构抗震技术措施。 隔震的概念由来已久,早在我国古代人们已经懂得用蒸熟的糯米和石灰混合,利用具有柔性和衰减性能的糯米层对地震能量的吸收能力,对一些重要的建筑物基础进行处理,从而起到了隔震效果。在日本,人们也早已懂得利用增加强度和阻尼控制结构反应对结构物进行减震隔震处理,譬如,在7世纪和8世纪建成的法隆寺五重塔,就是该塔上部吊有象电线竿那样的长木竿,竿的自重对五重塔起到了预压力作用,提高了塔的抗弯能力,竿的下部置于比竿直径还大的圆筒形洞内,地震时五重塔振动的一部分能量被竿的振动所转移,竿犹如振子振动碰撞洞壁,使能量耗散(这种方法与近代许多控制系统所采用的原理一致)。 2 隔震简介与技术发展 2.1 隔震的必要性 工程结构在地震作用下会产生振动,过大的结构振动现象不仅会影响到结构物的正常使用,还会造成主体结构的破坏、甚至倒塌。有的虽然主体结构未破坏,但由于建筑饰面、装修或非结构配件、室内昂贵仪器、设备的破坏而导致严重的损失。传统的抗震设计都是通过提高结构构件的强度和变形能力来保证结构抗震安全性的,结构的抗力与其强度和变形有关,而强度和变形的乘积是衡量结构耗能能力的标志,但是将地震作用看成能量输入时,它是一个较稳定的量,主要是与结构的总质量和基本自振周期有关,在传统设计方法中主要考虑的是安全性,而其它方面的性能却被忽略了。随着社会的发展、科技的进步,人们对结构的安全性和稳

隔震设计指导

目录 隔震结构设计要点及流程---西昌彩云府隔震项目总结 (2) 一、隔震目标: (2) 二、隔震建筑要求: (2) 三、嵌固端: (2) 四、隔震层设计: (2) 1、隔震层层高: (2) 2、隔震层位置: (2) 3、隔震层结构体系: (3) 3、隔震层结构抗震等级: (3) 4、隔震支座类型: (4) 5、隔震支座设计: (4) 6、竖向隔震缝设计: (4) 6、上支蹲和下支蹲设计: (5) 7、隔震层的抗风验算: (6) 8、其他隔震措施: (6) 五、隔震层以上结构设计: (6) 1、隔震后地震作用的确定: (6) 2、隔震后抗震等级的确定: (6) 3、竖向地震作用: (7) 4、剪重比: (8) 5、计算模型: (8) 六、隔震层以下结构设计: (9) 1、计算模型: (9) 2、隔震层以下地面以上的结构的层间位移角: (9) 七、基础设计: (9) 1、计算模型: (10) 八、抗风设计: (10) 九、采取的加强和改进措施: (10)

十、隔震后楼梯和电梯设计: (11) 十一、隔震层建筑、机电专业做法 (13) 隔震结构设计要点及流程---西昌彩云府隔 震项目总结 一、隔震目标: 仅隔离水平地震,不隔离竖向地震。 通常采用隔震设计后,水平地震作用可以降低半度、1度、1度半。 根据以往大量隔震工程项目经验,场地条件较好,属于ⅠⅡ类场地,上部结构比较规则、质量和刚度分布均匀。层数6层及以下时,多采用框架结构,可以初步确定隔震目标为降低一度半;6~12层,位于高烈度区,一般会采用框剪结构或者剪力墙结构,可以初步确定隔震目标降低一度或者一度半以上;对于12~22层的隔震建筑,可以确定隔震目标降低一度。 具体隔震目标需计算确定。详下述。 二、隔震建筑要求: 建筑高宽比<4;建筑场地宜为ⅠⅡⅢ类。 对于剪力墙结构,结构周边要尽量少布置剪力墙,尽量降剪力墙布置在结构内部。 三、嵌固端: 通常取隔震层下面一层顶板为嵌固端 四、隔震层设计: 1、隔震层层高: 一般隔震层梁底到地面的净高不应小于600,建议不小于800,因此层高至少为“梁高+800”。 2、隔震层位置: A:有地下室结构,通常设置在地下室顶部设置一个隔震层

建筑结构基础隔震概述

建筑结构基础隔震概述 发表时间:2017-06-15T14:45:19.083Z 来源:《建筑知识》2017年2期作者:李淼陈海彬[导读] 本文对其基本原理进行了概述,通过对基础隔震中粘弹性隔震支座、滑移隔震支座、摩擦摆隔震支座的原理及特点的介绍。 (华北理工大学建筑工程学院河北唐山 063000)【摘要】基础隔震支座是一种应用较为广泛的建筑隔震、减震措施,本文对其基本原理进行了概述,通过对基础隔震中粘弹性隔震支座、滑移隔震支座、摩擦摆隔震支座的原理及特点的介绍,对基础隔震支座的应用前景进行了分析。【关键词】基础隔震;抗震设计;橡胶隔震;摩擦摆隔震【中图分类号】TU31 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544(2017)02-0245-02 引言 我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震活动频度高、强度大、分布广,是一个震灾严重的国家。近些年来,四川的汶川地震、青海的玉树地震都给人民的生命财产安全造成严重损害。因此建筑结构设计中的抗震设计问题成为关系到民生的关键问题,随着新技术和新理念的发展,隔震和消能减震成为建筑结构抗震设计中减轻地震灾害的有效手段。目前研究较多隔震措施包括特殊材料隔震、基础隔震、层间隔震、无粘结支撑隔震、悬挂隔震等措施,但应用最广泛的隔震措施为基础隔震。 1.基础隔震概念及原理 基础隔震是在基础与上部结构之间设置中间隔震层,将上部结构与基础隔开,在地震作用下,隔震装置可以隔离地震能量的向上传输,以降低上部结构的地震反应[1]。与传统抗震措施相比,基础隔震有其独特的特点:传统抗震设计原则是小震不坏、中震可修、大震不倒,其主要做法是增加结构屈服段长度,但在遭遇地震时主体结构不可避免的要发生强烈晃动,而采用基础隔震措施可以有效的减小建筑物的晃动,使上部结构只发生微小的相对运动和变形,从而保证建筑物在水平地震作用下不发生损坏和倒塌。不仅能保证居住者的人身安全,还能保证建筑结构和内部设备的完好。 2.基础隔震分类及特点 基础隔震包括粘弹性隔震、滑移隔震、摩擦摆隔震等多种形式,隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、混合隔震装置等形式。 2.1 滑移隔震支座 滑移隔震按其隔震装置的不同可以分为滚轴滑移隔震和摩擦滑移隔震,滚轴滑移隔震利用滚轴和滚球作为摩擦装置,摩擦滑移隔震采用特殊的摩擦阻尼器进行隔震,两者的作用机理相似,通过在基础面上设置滑移层,隔开基础与上部结构,从而抑制地震能量的向上传递。当地震作用较大时,水平地震作用力大于滑移层的摩阻力,滑移面产生相对滑移,通过滑移耗散地震能量,并阻止能量的传递。滑移隔震的关键问题在于隔震支座的选择,由于全部上部结构的重力荷载均由滑移支座承担,因此支座必须具有足够大的强度;为了更有效的隔震,要求滑移面的摩擦系数较小,同时还需要设置一定的滑移范围保证滑移量。国内外学者对此进行了大量的试验研究[2-3],并提出了新的隔震装置和摩擦面材料,为滑移隔震的推广应用提供基础。 2.2 粘弹性隔震支座 粘弹性隔震主要是通过粘弹性阻尼器作为隔震装置,是一种典型的速度相关型隔震支座,通过粘弹性材料的变形性能减小结构地震动作用[4]。目前应用最多的是叠层橡胶隔震支座,可以分为天然橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座,天然橡胶隔震支座由钢板层和橡胶层粘结而成,在提供较大的竖向刚度的同时,限制了横向变形。铅芯橡胶隔震支座则是在天然橡胶支座中心增加铅芯制作而成,在相同橡胶层和钢板层条件下,其水平抗变形能力将大大提高,提高了粘弹性隔震装置在大震作用下的隔震性能。 2.3 摩擦摆隔震支座 摩擦摆隔震支座在本质上也是一种滑移支座,其最主要的优势在于具有自动复位功能,在较大地震作用下,滑移摩擦隔震支座产生的相对滑移很难进行复位,必须借助特制的复位阻尼装置,不但增加了成本,也影响其使用性能。Zayas等[5]在1985年,研发了摩擦摆隔震系统(FPS),通过特质的圆弧滑动面使得隔震装置具有自复位功能。经过20多年的研究,目前摩擦摆隔震支座的构造形式已有10余种,其地震敏感度、稳定性和自复位能力均得到显著提高,成为一种具有广泛发展前景的隔震支座 3.结语 进行隔震设计的建筑抗震性能较传统的抗震结构体系,安全性和可靠性均具有较大的提升,而基础隔震措施作为目前应用比较成熟的技术,已经具有大量的工程实例,其隔震性能经受住了实际地震作用的考验,随着新技术、新材料的研发,隔震减震技术必将在工程实际中得到更广泛的应用。 参考文献 [1]吕西林,朱玉华,施卫星.组合基础隔靈房屋模型振动台试验研究[J].土木工程学报,2001,(2):34-39. [2]周锡元,韩森,李大望.并联和串联基础隔震体系地震反应的某些特征[J].工程抗震与加固改造,1995,(4):1-5. [3]王荣辉,许群.竖向弹簧一滚球隔靂系统的水平地震作用[J].华南理工大学学报, 2003,31(6):11-12. [4]王烨华,周云,等.粘弹性阻尼减震结构研究与应用的新进展[J].防灾减灾工程学报,2006,26(1):109-120. [5]Zayas V,Low S and Mahin S.A simple pendulum technique for achieving seismic isolation[J]. Earthquake Spectra, 1990,6:34-37. 基金项目:国家自然科学基金(51478162)

浅谈建筑隔震设计流程及要点

浅谈建筑隔震设计流程及要点 发表时间:2018-11-14T09:02:30.700Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第16期作者:陆亮[导读] 本文根据笔者工作经验,对建筑隔震设计的流程以及注意要点进行阐述。1同济大学结构工程与防灾研究所,上海 200092 2江苏正宏城建设计研究院有限公司,江苏宿迁 223800 摘要:建筑隔震设计是个系统的全面的工作,需要扎实的理论知识、灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为设计人员,不仅要掌握隔震设计的流程及要点,保证结构设计的安全,还要善于总结工作中的经验。本文根据笔者工作经验,对建筑隔震设计的流程以及注意要点进行阐述。 关键词:隔震设计;流程;要点 一、建筑隔震设计流程 隔震技术已经系统化、实用化,包括摩擦滑移系统、叠层橡胶支座系统和摩擦摆系统,其中工程界最常用的是叠层橡胶支座隔震系统。目前常用的橡胶隔震支座主要有:普通叠层橡胶隔震支座、铅芯叠层橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座。 隔震结构建筑的减震原理隔震,即隔离地震。隔震结构是指在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层以隔离地震能量结构。在房屋底部设置由隔震支座和阻尼器等部件组成高度很低的柔性底层,称为隔震层,使基础和上部结构断开,以延长整个体系的自振周期、增大阻尼,减少输入上部结构的地震能量,达到预期防震要求。 建筑隔震设计的主要流程如下:1确定隔震层位置;2明确减震目标和设防标准;3基础隔震方案选择,上部结构布置及初步计算;4根据上部计算的支座反力进行隔震层结构布置;5上部结构带隔震层结构计算分析,并按照基本地震计算确定减震系数;6根据减震系数确定减震之后的地震影响系数最大值,然后进行减震结构上部设计;7隔震层及隔震支座验算(支座在重力荷载代表值下最大压应力,罕遇地震下支座拉应力,支座水平位移验算,偏心率验算,屈重比验算等)8下部承结构设计(下部支承结构按照中震进行正截面设计,按照罕遇地震进行斜截面设计);9基础设计及地基处理(基础按照正常结构进行设计);10明确隔震支座连接安装设计要求;11撰写基础隔震设计分析报告(供专项审查)。 二、建筑隔震设计要点 在隔震建筑设计时,主要需考虑预设地振动周期、烈度、最大位移量和建造物重量等参数.隔震器和阻尼器的合理利用,将降低1~2级地震烈度。与以往的建筑结构抗震设计,采用隔震技术的建筑物具有以下优点:提高地震时结构的安全性;设计自由度增大;防止内部物品的振动移动和翻到;防止非结构构件的破坏;抑制振动的不适感;可以保证机械器具的使用功能。为达到明显减震效果,通常设计的基础隔震系统需具备以下四种特性:(1)承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量;(2)隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和小震作用下,体系能保持在弹性范围内,满足正常使用的要求,而中强地震时,其水平刚度较小,结构为柔性隔震结构体系;(3)复位特性:地震后,上部结构能回复到初始状态,满足正常的使用要求。(4)耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地震时能耗散足够的能量,从而降低上部结构所吸收的地震能量。 我国目前使用最普遍的是铅芯叠层橡胶支座,普通叠层橡胶支座亦有少量应用。由于天然橡胶本身不具有耗能能力,天然橡胶支座阻尼比很小,使用时,常需与其他阻尼器结合使用。铅能与普通板式橡胶支座很好地结合,并且铅具有较低的屈服剪切强度(10MPa)和足够高的初始剪切强度(约130MPa),其恢复力特性接近刚塑性,因而在隔震支座中加入铅芯除了能起到阻尼作用以外,还可以防止建筑物在强风或微小地震作用时晃动。 隔震分析过程中要注意以下要点:(1)隔震结构方案的选择隔震主要用于高烈度地区或使用功能有特别要求的建筑以及符合以下各项要求的建筑:①不隔震时,结构基本周期小于1.0s的多层砌体房屋、钢筋混凝土框架房屋等。②体型基本规则,且抗震计算可采用底部剪力法的房屋。③建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,并应选用稳定性较好的基础类型。④风荷载和其他地震作用的水平荷载不宜超过结构的总重力的10%。隔震建筑方案的采用,应根据建筑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求,进行技术、经济可行性综合比较分析后确定。 (2)隔震层的设置隔震层宜设置在结构第一层以下的部位。当隔震层位于第一层及以上时,结构体系的特点与普通隔震结构可能有较大差异,隔震层以下的结构设计计算也更复杂,需作专门研究。①隔震层可由隔震支座、阻尼装置和抗风装置组成。阻尼装置和抗风装置可与隔震支座合为一体,亦可单独设置。必要时可设置限位装置。 ②隔震层刚度中心宜与上部结构的质量中心重合。③隔震支座的平面布置宜与上部结构和下部结构的竖向受力构件的平面位置相对应。④同一房屋选用多种规格的隔震支座时,应注意充分发挥每个橡胶支座的承载力和水平变形能力。⑤同一支承处选用多个隔震支座时,隔震支座之间的净距应大于安装操作所需要的空间要求。⑥设置在隔震层的抗风装置宜对称,分散地布置在建筑物周边或周边附近。 (3)隔震结构的抗震计算目前的叠层橡胶隔震支座只具有隔离或耗散水平地震的功能,对竖向地震隔震效果不明显,为了反应隔震建筑隔震层以上结构水平地震反应减小这一情况,引入“水平向减震系数”。隔震结构的抗震计算要点如下: ①橡胶隔震支座平均压应力限值和拉应力规定:橡胶支座的压应力既是确保橡胶隔震支座在无地震时正常使用的重要指标,也是直接影响橡胶隔震支座在地震作用时其他各种力学性能的重要指标。它是设计或选用隔震支座的关键因素之一。在永久荷载和可变荷载作用下组合的竖向平均压应力设计值,不应超过建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)的规定,在罕遇地震作用下,不宜出现拉应力。 ②隔震结构的抗震计算可采用底部剪力法和时程分析法。 采用底部剪力法时,隔震层以上结构的水平地震作用,沿高度可采用矩形分布,确定水平地震作用的水平向减震系数按建筑抗震设计规范规定确定。采用时程分析法计算隔震和非隔震结构时,计算简图可采用剪切型结构模型,当上部结构体型复杂时,应计入扭转变形的影响。

隔震结构的基本原理及动力分析

隔震结构的基本原理及动力分析 摘要:本文根据现行的《建筑抗震设计规范》,介绍了隔震结构的基本原理、实用范围和设计与分析方法,并通过一隔震结构的设计实例说明隔着结构的优越性。 关键词:基础隔震;地震响应;时程分析法; 引言 目前,我国和世界各国普遍采用的传统抗震方法是将建筑物设计为“延性结构”,通过适当控制调整结构物的自身刚度和强度,使结构构件(如梁、柱、墙、节点等)在强烈地震时进入非弹性状态后具有较大的延性,从而通过塑性变形消耗地震能量,减轻建筑物的地震反应,使整个结构“裂而不倒”,这就是“延性结构体系”[1~3]。它的设防目标是“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”。实践证明,这种方法对减轻地震灾害起到了积极作用,但是这种传统的结构抗震方法有其明显的不足,随着我国经济的高速发展,对建筑功能要求越来越高,结构的形式越来越多样化、复杂化,很多重要的建筑(电力、通讯中心、核电站、纪念性的建筑、海洋平台等)结构及内部设备的破化将造成巨大的经济损失。对这类建筑的抗震性能提出更高的要求——结构不允许进入塑性工作阶段,因此采用传统抗震方法很难满足此类建筑抗震要求。面对新的社会要求,各国地震工程专家一直寻求新的结构抗震设计途径,以隔震为代表的“结构振动控制技术”便是这种努力的结果[4~6]。 1、隔震结构的基本原理 结构隔震体系是指在建筑物上部结构的底部与基础面之间设置某种隔震装置,使之与固结于地基中的基础地面分离开来的一种结构体系[6]。隔震结构的基本原理可以用图1进一步阐明。图中三条曲线表示不同的阻尼大小,为普通中低层建筑的自振周期,为隔震层建筑的自振周期。 (a)加速度反应谱(b)位移反应谱 图1隔震原理 从图中可以看出,结构自振周期延长,结构的地震加速度反应减小,地震位移反应增大;结构阻尼增大,结构的地震加速度反应和位移反应均减小。隔震系统的水平刚度远远低于上部结构的抗侧刚度,因此,结构的自振周期大大延长,

浅析建筑结构设计中减隔震技术的原理及设计应用

浅析建筑结构设计中减隔震技术的原理及设计应用 摘要:在众多自然灾害当中,地震对我国人们生命财产安全带来的威胁是最大的,为了有效降低地震对经济发展带来的损失,维护人民生命财产安全,建筑行业开始着手深入研究建筑结构的减隔震技术。本文以建筑结构设计中应用减隔震技术的意义为切入点,通过深入研究建筑结构中减隔震技术的基本原理,探寻在建筑结构设计中减隔震技术的具体应用,进而为相关从业工作者提供参考性建议,为提升我国建筑结构质量,保障人民生命财产安全奠定坚实的技术基础。 关键词:建筑结构设计减隔震技术具体应用 地震是自然界中常见的一种地质现象,是地壳板块运动和碰撞的过程中迅速释放能量所带来的振动,我们生存的地球每年会产生约500万次地震,这些地震中的个别地震会给人类的生命财产安全带来巨大的破坏,因此,近年来,建筑结构设计进行防震处理就成为了人类社会发展所广泛关注的课题。减隔震技术是目前建筑结构设计中应用较为广泛,作用较为显著的抗震技术,通过对减隔震技术原理的不断分析以及进行深入推广应用是建筑结构设计未来的主要发展方向。 一、建筑结构中应用减隔震技术的重要意义。 在现代城市发展建设当中,特别是内陆城市,地震对城市居民能够造成了巨大安全威胁,地震对城市建筑物的破坏

是惊人的,给人们的生命财产造成巨大的破坏,为了提升城市建筑结构的抗震能力,确保人民的生命财产安全,我国建筑领域进行了深入的研究以及全面的探索。 通过大量的实验数据证明,应用了减隔震技术的城市建筑,其建筑结构的抗震能力远大于未应用减隔震技术的建筑物,建筑在应用减隔震技术后,遇到非大型破坏地震的情况下可以有效降低建筑结构损坏程度。减隔震技术进行抗震应用的原理在于它能够有效缓解地震带来的地表剧烈振动波,将削减近乎60%的地震反应速度,极大的保护了城市建筑结够的主体,对室内人员的生命财产安全带来的巨大的保障。因此,应用减隔震技术对保护我国人民群众生命财产安全,实现高质量民生工作开展具有十分积极的意义。 二、建筑结构设计中应用减隔震技术的基本原理。 2.1减隔震技术应用的基本概念。 减隔震技术应用的基本内容就是最大限度的降低地震产生的能量对建筑结构的伤害,以此保护建筑的主体结构。在传统的建筑结构抗震设计当中,往往通过增强结构件自身变形力的方式来抵御地震反应力,但是这种方式无法降低或者规避损失。减隔震技术就是通过一种装置将地震发生所产生的地震地面运动或支座运动与建筑物中的结构件隔离开来,避免地震产生的巨大破坏的能量传递至结构件当中。减隔震技术具有极高的抗震能力,同时还能够大幅降低建筑结

隔震技术与传统抗震技术的区别及优点

隔震技术与传统抗震技术的区别及优点 传统建筑把上部结构和基础牢固地连接在一起,这样地震时地面运动的能量就经过基础传输到上部结构,使结构发生振动和变形,当结构受力超过其结构强度时,便发生破坏甚至倒塌。为了抵抗地震的破坏,传统建筑物抗震技术是通过增大梁柱截面的尺寸、增加梁柱配筋和提高建筑材料强度等方法来实现。但这种以刚克刚的办法会导致结构刚度越大,向上部结构传递的地震作用越强的结果。简单地说,传统建筑的抗震思想可以概括为“以刚制刚”。  建筑隔震技术不同于传统的抗震技术,其“灵魂”是“以柔克刚”。目前工程界最常用的叠层橡胶支座隔震系统一般是在基础和上部结构之间,设置专门的橡胶隔震支座和耗能元件(如阻尼器和滑板支座等),形成刚度很低的柔性底层,称为隔震层,以延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼,减少输入上部结构的地震能量,达到预期防震要求。  相对于传统抗震技术,采用隔震技术更有以下优点: 1、更安全可靠 隔震建筑的设计目标是“双保护”不仅保证结构主体及非结构构件安全,同时要保证内部设备功能完好,地震后能够正常运转。隔震结构的地震反应仅为传统抗震结构(非隔震结构)地震反应的1/6~1/3。目前全世界已有6000多栋橡胶支座隔震建筑,有多栋隔震建筑经受了地震的考验,显示出良好的隔震效果。 2、更经济 从短期和直接的经济投入角度分析:一方面,隔震结构增设某些装置(隔震支座等),增加了结构的造价;另一方面,由于采用隔震设计,主体结构所承受的地震作用大大减小,因此,构件截面减孝构件配筋减少、跨度增大和高度增加等等,减少了结构的造价。对我国已有的隔震结构调查显示,隔震结构的造价与所在地区设防烈度、结构类型和结构层数等相关。一般而言,在7度及以下地区采用隔震技术,造价会略有增加或基本持平,但结构会更加安全;而在7度以上地区采用隔震技术,在结构安全性得到极大提高的同时,还能显著降低工程造价。  从长期角度分析,即考虑到未来该建筑遭遇较大地震的情况。传统的建筑遭遇地震时,其经济损失包括直接经济损失和间接经济损失两个方面。直接经济损失是指地震后建筑加固维修和重建的费用以及室内设备、物品维修和更换的费用。间接经济损失是指由地震造成的建筑、设备和物品等损坏导致的企业、工厂等不能正常工作和生产所带来的经济损失。地震所带来的直接经济损失是显而易见的,间接经济损失也是非常巨大的,间接经济损失有时甚至为超过直接经济损失。在遭遇较大地震时,隔震建筑及室内设备、物品不损坏或轻微损坏(不维修或简单维修即可使用),因此,采用隔震技术从根本上避免或者大大降低了直接经济损失,从而有效地降低间接经济损失。隔震建筑具有传统抗震建筑无法比拟的经济效益。  3、检修更方便 隔震结构的隔震效果,主要通过隔震支座实现,因此其抗震性能检测的主要对象是隔震支座,这比检测结构本身要快捷方便很多,它能确保地震后的快速修复,对震后快速恢复生产和生活具有十分重要的意义。  4、上部结构设计更自由 由于采用隔震技术,上部结构地震作用大大减小,因此,结构选型更自由灵活。  5、节约资源

浅谈建筑结构的隔震减震技术

高层建筑结构隔震减震技术研究 焦涛 南京理工大学理学院土木工程系 摘要近年来高层建筑隔震减震技术理论和应用进展,主要包括隔震技术措施与减震技术措施,并分析了在隔震减震技术研究与应用中所存在的问题。 关键词高层建筑结构;隔震;减震;耗能装置 1 引言 地震是一种多发自然灾害。据统计,世界上平均每年发生造成严重破坏的地震约18次,每年平均有10000人死于地震中。我国是世界上地震多发的国家之一,发生过破坏性地震的城市占全国城市总数的10%以上,给人民的生命财产和国民经济造成了巨大的损失。地震引起地面剧烈的颠簸和摇晃对房屋建筑特别是高层建筑会产生毁灭性的破坏。目前,城市建筑都朝着中高层建筑发展。因此,如何减少地震对高层建筑的影响是目前房建设计与施工所面临的一个重要问题。为防止地震对建筑的危害,传统的方法是采用抗震结构体系,依靠结构的承载力和变形能力,来耗散地震能量,使结构免于倒塌。但由于它是一种“被动防震”法,不免存在很多不足之处: 1. 由于地震的不确定性,实际地震力有时超出设计地震力较多,从而使地震设计失效; 2.地震力不是常值,它是随结构承载力和刚度的增大而加大,在高烈度区,单靠结构的承载力和刚度来抵御地震是不经济的; 3.结构破坏后,不但造成重大经济损失,而且修复工作十分困难; 4.随着生产、办公、生活的日益现代化,楼内的仪器设备的价值有时远远大于建筑物本身的造价,良好的抗震设计即使保住了建筑物本身,但剧烈的震动使仪器设备中断工作,甚至遭到破坏[1]。 建筑隔震减震技术作为一种新型的抗震防灾技术能大大提高高层建筑的抗震能力,已经在1994年美国圣费南尔多地震、1995年日本阪神地震中得到验证,并且表现出了良好的效

抗震设计中——隔震技术系统介绍

隔震技术介绍 本文源于上海大学隔震网,基于让广大读者更好了解隔震技术,将之copy至此。切勿乱传。谢谢配合。 前言: 我国地处全球两大地震带之间,是一个多地震国家,地震带主要分布在:东南-台湾和福建沿海一带,华北-太行山沿线和京津唐渤地区,西南-青藏高原、云南和四川西部,西北-新疆和陕甘宁部分地区。回顾过去的历史,地震给人类带来了巨大的灾难和损失。本网站希望能为人们提供一个了解隔震结构的平台,提供隔震理论与技术,以及实际工程应用等相关资料,并时刻关注隔震结构前沿发展,期望使人们对隔震建筑有全面的了解,以推动我国隔震建筑全面、快速、健康发展。 隔震结构与普通结构建造成本比较: 相比于普通建筑结构,采用隔震设计的建筑物,尽管增加了隔震部分的成本,但可以使上部建筑的设防烈度降低了一度,从而减少了相关的成本。 隔震理论: 隔震结构基本信息 在人类漫长的发展历史过程中,经历了无数次强烈地震,仅上个世纪的百年中,由地震引起的伤亡人数超过 5 万人的强震就多达近20次。1976年7月28日凌晨3时28分,在我国河北省北部工业重镇唐山市发生了里氏7.8级强地震,中心区烈度达到11度。地震引起的死亡人数为242769,受伤人数达到164851,倒塌房屋总数近322万间。日本在经历了 1923 年的关东大地震(1923年l月17日,死亡100000人)仁后,对建筑物的抗震及防灾给予了足够的重视。然而在1995年1月17日凌晨5时46分,兵库县南部发生了强烈地震(死亡5500人,受伤人数约为35000人,全部损坏或部分损坏的房屋达 180000 户,1995年2 月16日读卖新闻消息),造成巨大的人员和经济财产损失,对稳步发展的现代抗震结构提出了新的疑问。 传统抗震结构地震反应的计算分析理论在经历了20世纪 20-30年代的静力计算理论, 40-50年代的反应谱计算理论后,于60年代又逐步过渡到动力分析理论方面。无可置疑的是经过数十年的研究和工程实践,人类在抵抗地震这种突发自然灾害、保障人类生命安全方面确实取得了显著的进步。但在减少地震带来的经济损失方面可以认为是没有明显的进展,这一观点可能出乎很多人意料,事实上现代社会遭受地震灾害的损失远远大于1个世纪前。1995年日本神户大地震造成的经济损失高达 2000 亿美元,地震持续20秒,每秒的损失达 100 亿美元。这样巨大的经济损失严重影响一个国家、一个地区和城市的发展和建设。 基于传统建筑结构提出的抗震设计思想以“小震不坏、设防烈度可修、大震不倒”三水准为设防目标,建筑结构依靠结构的变形来吸收并消耗地震能量。在结构遭遇到中、小型地震时,依靠结构吸收并消耗地震能量是可行的。然而,当建筑结构遭遇到大地震或特大罕遇地震时,完全依靠结构难以吸收并消耗巨大的地震能量。因此,虽然采用了严格的设计,在遇到超过规范设计要求的大地震或特大地震时仍无法确保结构安全,寻求有别于传统抗震体系的新体系成了众多学者的研究目标。 基础隔震结构体系通过设置隔震层,将结构分为上部结构、隔震层和下部结构三部分,地震能量经由下部结构传到隔震层,由隔震层的隔震装置吸收并消耗主要地震能量后,仅有少部分能量传到上部结构。隔震层的设置改变了上部结构的周期,降低了结构的地震反应,确保上部结构在大地震时仍可处于弹性状态,或保持在弹塑形变形状态的初期状态。 美国Northridge大地震(1994年)和日本神户大地震(1995年)中地震区隔震建筑记录到的最大加速度反应表明:隔震结构顶层加速度反应峰值仅为非隔震结构的20%(隔震结构198Gal,非隔震结构965Gal)。

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