建筑结构设计与隔震技术应用研究刘龙辉

建筑结构设计与隔震技术应用研究刘龙辉

珠海市建筑设计院广东珠海519000

摘要:本文首先分析了建筑结构的隔震设计要求,在此基础上介绍当前隔震技术在建筑结构中的具体应用,并根据建筑结构设计中的隔震技术应用实例分析隔震技术,最后提出建筑结构设计中隔震技术的实现路径和具体方法,以期为相关工程提供借鉴。

关键词:建筑结构设计;隔震技术;应用

引言:

隔震技术不同于传统的抗震结构,隔震技术优势明显,安全性高,为建筑结构设计提供了较大的发挥空间。在建筑结构中应用隔震技术,能够在发生地震时最大限度上防止物品反转和掉落,提高建筑稳定性,有效的预防次生灾害。隔震技术能够将地震反应有效降低,将结构自身的界面和配筋率降低,实现对工程成本的控制。

1.隔震设计对结构的要求

隔震技术主要应用为基础隔震和层间隔震,基础隔震适用范围广,层间隔震适用于底部空间大、裙楼和主楼联系紧密及山区等建筑结构,能有效发挥减震效力。在进行建筑结构的隔震设计时,要确保隔震层的侧向刚度、阻尼及竖向承载力满足设计要求。确定非地震作用的其他水平荷载(如风荷载)标准值时,其产生的总水平力要以低于结构总重力的10%为标准。根据工程实践可知,地震中产生的中、高频波会受到软弱场地的影响,被过滤掉,因此应避免在其上建造隔震房屋,以避免增大地震反应。按照设计规范可知隔震建筑场地应选择Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类等硬土场地,确保场地稳定,若在其他类场地建造隔震房屋,要经过专业部门审核。隔震技术中常用的橡胶隔震支座抗拉屈服强度低,隔震架构的最大高度以及非隔震结构的设计都应该严格遵守相关设计规范,保持小于4的高宽比。在隔震设计中若出现高宽比大于4的非隔震结构,应组织人员进行专门研究,以保证隔震结构发挥效益。

2.建筑结构中隔震技术的具体应用

2.1滑动隔震支座的应用

(1)滑板式隔震支座

滑板式隔震支座具有较高的耐磨性且比较稳定,是一种纯摩擦滑动隔震系统。在应用时应该注意的是其隔震层容易发生较大的变形,难以自动复位,当前国内缺乏有效的滑板式隔震支座的应用规范,还需进一步实践,可见其市场前景广阔。

(2)摩擦板隔震支座

摩擦板隔震支座相较于滑板式隔震支座具有较强的自动复位能力,且耐久性和滞回性良好,在隔震设计市场上广受欢迎,对摩擦板隔震支座进行高温加热,其仍然能够保持稳定的性能,可靠度高。

2.2橡胶隔震支座的应用

(1)普通橡胶隔震支座

该支座纵向受压承载能力和水平变形能力较高,是由钢板和薄橡胶板分层交叠在高温高压的条件下硫化而成的,对制作材料的要求较高,当前我国已经拥有了较为成熟的普通橡胶隔震支座的制作工艺。

(2)铅芯橡胶隔震支座

在普通橡胶隔震支座中注入铅即可制作出铅芯橡胶隔震支座,铅芯橡胶隔震支座具有较高的阻尼值和良好的抗震性能。在使用铅芯橡胶隔震支座时,需将橡胶隔震支座和钢板粘合,这是最容易出现问题的环节,极易出现钢板与橡胶层间的撕裂,因此在使用铅芯橡胶隔震支座时,应该适当使用粘合剂,确保粘合良好。

(3)高阻尼橡胶隔震支座

高阻尼橡胶隔震支座规避了铅芯橡胶隔震支座存在的铅心易被挤压变形且难以复位的问题,且高阻尼橡胶隔震支座对环境的污染小,具有稳定的抗震性能,但是在我国的应用还不普及,仍处于研究试验阶段。

2.3混合隔震技术的应用

橡胶支座和摩擦滑动支座的混合型支座便是混合隔震技术应用的具体体现,可将其称为组合隔震或是并联复合隔震,有效结合二者的优点,使得延长系统的自振周期延长,提升了隔震效果。

2.4隔震加固技术的应用

隔震加固技术是基于现有的隔震技术的基础上对建筑结构进行改造,以提升隔震结构的稳定性,提升隔震效能。隔震加固技术的核心工作时托换,在隔震支座中放置已经建成的建筑,砖混结构隔震加固技术是最为常用的隔震加固技术方法,首先对部分墙体进行施工,施工结束后将墙体切断,最后完成隔震加固。

3.目前建筑结构设计具有隔震工程的应用案例

3.1昆明新机场

昆明机场具有1120m的结构长度和855m的结构宽度,单层建筑面积18万m2,昆明机场前中心的混凝土及钢结构中均未有变形缝的设置。航站楼有7段屋面钢结构,有6道变形缝设置在其中,392m的最大长度。隔震支座在昆明机场中应用较多,用量达1810个,直径均为1000mm,并且结合4.8m长的粘滞阻尼器,增加阻尼,提高抗震性能。昆明机场建造了324m,宽260m,单层面积达8万m2的隔震建筑,施工队那为针对昆明机场的实际情况研发出符合自身的隔震施工技术,主要有:橡胶隔震支座的安装和更换施工技术、隔震建筑与周边建筑的管线处理技术、隔震支座变形监控及粘滞阻尼器安装施工技术,最后是超长、超大混凝土无缝结构隔震工程施工技术,大大改善了隔震支座的隔震性能。

3.2中国博览会会展综合体项目(北块)施工总承包

中国博览会会展综合体项目(北块)施工时主要涉及到钢结构、幕墙、电梯工程、精装修等。其中C1区屋盖具有270m的结构宽度和338m结构长度和32.579m~42.000m的标高。其钢结构复杂,多为跨连续三角形空间管桁架结构,横向主桁架及纵向连系桁架构成了屋盖主结构,为了提升屋盖的稳定性,需要做好支撑系统,以混凝土柱为支撑柱,选用80个混凝土柱以及相应的抗震支座实现对屋盖钢结构的有效支撑,隔震支座主要采用滑动支座、橡胶支座、粘滞阻尼器的组合形式。

4.建筑结构设计与隔震技术的实现路径及方法

4.1实现路径

研究隔震技术是一项专门的学科技术,对结构动力学的专业知识要求较高,且需要研究人员同时具备防灾减灾和防震知识,同时要联合施工企业,加强理论与实践的联系,共同促进隔震技术研究和应用水平的提升。在此基础上,要重视在隔震技术研究领域经验丰富的教授,加强对耗费较大的动力试验的研究,重点进行振动台试验和MTS耗能原件滞回性能试验,要尽可能的控制研究经费。要投入大量的专业人员进行房屋建筑结构体系的研究,主要分析混凝土框架和普通剪力墙结构,做好钢结构的分析需要试验-仿真双重模拟,明确职责,提高工作效率。为了提高建筑结构设计中的隔震技术应用的经济效益,相关人员应该积极构建出一种普遍适应性的分析隔震设置前后经济效益的成本对比情况的经济学模型,并进行专业评估。最后要建立起综合评价一个隔震体系的优劣的标准,以适应不同工程对隔震器的要求。

4.2实现方法

隔震建筑结构的施工单位要重视对近几年隔震施工技术成果的分析和总结,积累隔震技术的施工经验,最大化的优化隔震设计,提高隔震设计的施工质量,确保隔震效果良好,避免地震灾害的严重危害。为了进一步提升隔震建筑的抗震性能,要重视对隔震建筑的二次加固,通过适当的改造和规范已有的建筑结构实现建筑加固,提升建筑结构稳定性。隔震建筑在高烈区一般能发挥更好的效益,使抗震构件的尺寸和含钢率降低,能有效控制经济成本。在建筑结构中,地震灾害一旦发生危害较为严重的结构为预制装配式建筑,因此,应加强对预制装配式建筑相适应的隔震技术的研究,尽可能的控制预制构件尺寸和含钢率,使预制构件的震害生存指标保持在较高水平。

5.结语:

隔震设计在建筑结构中的应用是一个必然趋势,可以将其广泛应用到不同的房屋建筑结构设计中去,以避免地震发生时对房屋建筑的巨大冲击和损害,提高建筑结构的抗震性能,提高建筑结构的整体稳定性,并尽可能的减少对人员等的伤害。建筑业应加强对隔震技术的应用研究,以提高自身的隔震技术应用水平,增强自身的市场竞争力,提高企业的经济和社会效益。

参考文献:

[1]李璐羽.建筑结构隔震技术的应用[J].科技风,2016,23:80.

[2]王静.建筑结构设计与隔震技术应用研究[J].今传媒,2016,11:155-158.

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