建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)

建筑構(gòu)造隔震技術(shù)福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)爭(zhēng)論院教授級(jí)高工夏昌引言2023年5月12日，我國(guó)四川省發(fā)生里氏8 0級(jí)特大地震，造成死亡、失蹤8萬余人，房屋倒塌數(shù)千萬平米的重大損失?？v觀世界范圍，20世紀(jì)由于地震而死亡的人數(shù)，中國(guó)人占到60％，三十年前唐山大地震的慘烈景象歷歷在目，三悲劇再度重演，如何做好防震減災(zāi)，如何保證房屋在地震中的使用功能，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，成為我們要迫切解決的問題。讓我們首先探討現(xiàn)行構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)存在的問題。構(gòu)造傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)存在的問題完善，在工程實(shí)踐中已有顯著成果，但是，傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)仍存在諸多問題：1〕抗震設(shè)防思想落后：定出不準(zhǔn)確的“設(shè)防烈度”，突發(fā)強(qiáng)地震時(shí)，難于把握構(gòu)造受損程度，難保證不倒塌。我國(guó)近年來發(fā)生的典型大地震烈度〔設(shè)防烈度〕如下：1966年，邢臺(tái)大地震，10〔6〕；1975年，海城大地震，9、10〔6〕；1976年，唐山大地震，11〔6〕；2023年，汶川大地震，11〔7〕。非構(gòu)造構(gòu)件及裝修，未保護(hù)內(nèi)部設(shè)備、儀器。3〕承受抗震技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，假設(shè)建筑設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔構(gòu)造更易破壞：不規(guī)章平面扭轉(zhuǎn)破壞，不規(guī)章立面層間剪切破壞。構(gòu)造傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)存在的上述問題，極大的制約了我們防震減災(zāi)目標(biāo)的完善實(shí)2〔如隔震墊〔如消能支撐或某種子構(gòu)造〔如調(diào)頻質(zhì)量〕，或施加外力，以轉(zhuǎn)變或調(diào)整構(gòu)造的動(dòng)力特性或動(dòng)1。工程構(gòu)造減震把握技術(shù)的方法主要有：隔震技術(shù)、消能減震技術(shù)、調(diào)諧減震技術(shù)、主動(dòng)把握技術(shù)、半主動(dòng)混合把握技術(shù)。隔震〔免震〕技術(shù)是指：在建筑物的內(nèi)部設(shè)置既能支撐建筑物本體重量，又具有隔震層中，設(shè)置用于吸取和消耗地震輸入能量的隔震器。1傳統(tǒng)抗震隔震概念加強(qiáng)構(gòu)件〔設(shè)柔性層，變形集中〕途徑硬抗地震隔離能量傳遞目標(biāo)不壞，處于彈性保護(hù)對(duì)象構(gòu)造構(gòu)造及內(nèi)部裝修和儀器設(shè)備設(shè)計(jì)方法強(qiáng)度剛度強(qiáng)度及構(gòu)造反響把握加速度〔地震力〕與位移，減低地震時(shí)構(gòu)造體的損毀。調(diào)諧減震技術(shù)是指：以高層建筑物為對(duì)象，在建筑物的頂部設(shè)置與建筑物的固調(diào)諧減震把握〔TMD〕。疊層橡膠隔震墊為隔震器的隔震技術(shù)。當(dāng)于同截面鋼筋砼柱〕和較小的水平剛度〔約為同截面鋼筋砼柱的1/1000〕，震橡膠支座》JG118-2023建設(shè)部產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)已能供給質(zhì)量高、價(jià)格適當(dāng)?shù)南盗挟a(chǎn)品。3在構(gòu)造的薄弱層或受力集中部位設(shè)置隔震層，利用隔震墊的變形吸取地震能量，制約，其設(shè)計(jì)流程一般如下：3 1從建筑功能、場(chǎng)地條件、經(jīng)濟(jì)性等方面，選擇是否承受隔震，并初步確定隔震構(gòu)造下部構(gòu)造方案等。是否承受隔震技術(shù)，《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔以下簡(jiǎn)稱《抗震標(biāo)準(zhǔn)》〕規(guī)定〔38 8、9《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)承受隔震技術(shù)構(gòu)造的具體要求是：構(gòu)造體型根本規(guī)章，不隔震時(shí)兩主軸方向構(gòu)造根本自振周期小于1 0s。建筑場(chǎng)地宜為I、II、III類，根底類型穩(wěn)定性較好。風(fēng)荷載和其它非地震作用產(chǎn)生的總水平力不宜超過構(gòu)造總重力的10％。STAWE剛心與上部構(gòu)造的質(zhì)心重合，阻尼器盡量設(shè)置在建筑物的四周以減小扭轉(zhuǎn)。3.2MIDAS、ETABS等軟件，以適合擬建工程建設(shè)場(chǎng)地類別的三條地震波分別計(jì)算〔選定波應(yīng)按《抗震標(biāo)準(zhǔn)》表5 1 力的平均值和罕遇地震時(shí)平均隔震層位移，藉此確定水平向減震系數(shù)，驗(yàn)證隔震層位移。1〕層間剪力最大比值與水平向減震系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表2：2層間剪力最大比值0.530.350.260.18水平向減震系數(shù)0.750.500.380.25水平向減震系數(shù)不宜低于0 25。遇地震時(shí)隔震支座位移應(yīng)滿足：Ui≤[Ui]〔[Ui]≤0.55D且3tr〕D：隔震支座直徑；tr：隔震支座橡膠層總厚度。3 3隔震構(gòu)造上部構(gòu)造可按傳統(tǒng)抗震的設(shè)計(jì)方法計(jì)算，水平地震作用取隔震后的數(shù)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果應(yīng)調(diào)整，使地震力滿足隔震后構(gòu)造的總水平地震作用不低于非隔震構(gòu)造在6度設(shè)防時(shí)的總水平地震作用，各樓層的水平地震剪力符合最小地震剪力系數(shù)要《抗震標(biāo)準(zhǔn)12 2 上部構(gòu)造抗震等級(jí)按〔《抗震標(biāo)準(zhǔn)》12 2 下表3：3建筑類別建筑類別甲、乙類丙類7－9度，水平向減震系數(shù)不大于0.5抗震措施水平向減震系數(shù)0局部抗震構(gòu)造措施降低豎向地震作用福建地區(qū)一般不計(jì)算。隔震層設(shè)計(jì)計(jì)算，建筑構(gòu)造處理等。1〕隔震支座的水平屈服荷載驗(yàn)算：1 4Vwk≤VrwVrw：隔震支座總屈服力設(shè)計(jì)值；荷載下隔震層水平剪力標(biāo)準(zhǔn)值。2〕隔震層彈性水平恢復(fù)力驗(yàn)算：K100tr≥1 4VRW100%時(shí)的水平有效剛度。隔震支座罕遇地震下的拉應(yīng)力驗(yàn)算：利用上部構(gòu)造時(shí)程分析所得柱底力直接推斷，不宜消滅拉應(yīng)力。隔震支座與構(gòu)造主體的連接：一般由廠家產(chǎn)品保證。隔震層構(gòu)造：小于140mm。隔震裝置必需能自由移動(dòng)：周邊：設(shè)防震縫，縫寬不小于罕遇地震下水平位移1 2倍；出入口、樓電梯：上下部構(gòu)造應(yīng)分別；管線：承受柔性材料或柔性接頭，預(yù)留伸展長(zhǎng)度；防火：依據(jù)使用空間的耐火等級(jí)實(shí)行相應(yīng)的防火措施。下部構(gòu)造設(shè)計(jì)隔震層以下構(gòu)造〔包括地下室的地震作用和抗震驗(yàn)算應(yīng)承受罕遇地震下隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩進(jìn)展計(jì)算〔《抗震標(biāo)準(zhǔn)12 2 下部構(gòu)造設(shè)計(jì)方法為傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法，下部構(gòu)造抗震等級(jí)如下表4〔建議〕：表4789鋼筋砼獨(dú)立柱加拉梁二一一獨(dú)立柱3.6二一特一根底：抗震標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定隔震構(gòu)造根底的設(shè)計(jì)要求，可參照相關(guān)資料進(jìn)展設(shè)計(jì)?！部拐痱?yàn)算、地基處理等〕同一般抗震房屋。4隔震構(gòu)造比照傳統(tǒng)的抗震構(gòu)造，有其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和造價(jià)上的變化：1/3－1/10，大地震時(shí)構(gòu)造不壞不倒，生命財(cái)產(chǎn)安全。2〕隔震技術(shù)既保護(hù)構(gòu)造，也保護(hù)室內(nèi)儀器設(shè)備，使用功能不中斷。大地震時(shí)構(gòu)造根本保持彈性，保護(hù)非構(gòu)造構(gòu)件。建筑設(shè)計(jì)自由：適用于規(guī)章構(gòu)造，也適用于不規(guī)章構(gòu)造。建筑造價(jià)變化：震構(gòu)造的特別處理、隔震層下部構(gòu)造加強(qiáng)等令隔震建筑直接建設(shè)費(fèi)用增加。震引起的損失可減小。100-200〔低烈度。但是，科學(xué)的分析，建筑經(jīng)濟(jì)應(yīng)承受壽命經(jīng)濟(jì)分析法，即建筑的經(jīng)濟(jì)應(yīng)5，由表可見，隔震技術(shù)的總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性良好。5工程最低比例最高比例隔震裝置57減小上部構(gòu)造工程量－5－20隔震構(gòu)造13根