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在發生地震時,地震源向地表傳遞地震波,建筑物受地震波的影響,特別是對民用建筑物影響,會出現建筑物搖動、結構發生振動、變形、甚至倒塌。所以,消能減震技術在建筑物的應用是緩解地震災害沖擊的重要選擇。消能減震技術簡單的來說,就是通過技術手段把地震災害直接與建筑物的能量降低、減弱,把建筑物基礎結構支撐點、剪力墻等構件設計成耗能部件,基礎結構與建筑上部結構分離,通過耗能桿和阻尼器,防止地震能量向建筑物上部輸入,達到保護建筑安全的目的。
2民用建筑結構設計的主要消能減震技術措施
民用建筑的消能減震措施非常之多,有對地基進行特殊處理的,有設置抗震裝置的,也有對建筑結構上層進行設計的等。但在實際運用中,一個建筑物有可能都應用了以上幾種措施,有些會更多。但總的來說,建筑物的消能減震設計關鍵還在于地基采用的特殊減震材料和建筑隔震層的設計。
2.1建筑消能建筑材料的應用
消能減震材料的應用主要作用于建筑的地基,地震對建筑物的直接作用也是地基,所以建筑物要達到消能減震的最佳效果是在地基上做一些主要的設計,這樣也是最能達到效果,也是最直接的處理手段。建筑地基的隔震,通常是通過鋪設一些特殊的材料來削弱地震時的地震波,把地震產生的能量吸收一部分,達到消除地震波對上層建筑的破壞。在民用建筑結構設計中,消能減震措施都使用傳統的施工工藝,主要的材料是粘土和砂子,或者在地基上直接使用粘土和砂子墊層。隨著科學的發展進步,國際上很多建筑物把瀝青作為消能建筑的材料,并且達到很好的效果,現今已經得到了廣泛的應用。
2.2建筑基礎設置減震裝置和隔離層的應用
減震裝置和隔離層這種消能減震措施主要應用于建筑物在地基與建筑上部連接之間,減震裝置的設置可以對地震能量降低2/3左右,通常采用的辦法有摩擦滑移隔震、粘彈性隔震等,應用比較靈活,對材料沒有局限,可根據具體情況進行選擇。建筑隔離層與隔離裝置相比效果不是非常明顯,它減震的效果在2/10左右,它的作用無法參與到建筑設計的整體中去,因此減震效果明顯差一些。但它適用于舊房的減震改建,施工簡單、易操作。所以兩者都是我們設計者值得關注的,充分體現它們的區別和作用是關鍵。
3對于建筑物消能減震技術的主要措施
3.1消能減震技術應用的加固措施
近年來,自然災害對建筑的損壞受到大部分人的關注,也是大家都關心的問題。隨著這種安全意識的加強,民用建筑抗震加固是人們迫切的需求。消能減震的應用也直接關系到人民生命財產的安全,所以在設計的時候,要在地基部分采用特殊材料處理之外,還需要設計減震裝置甚至是減震層來削弱地震對建筑物的作用力,確保能有效的對抗地震等自然災害。針對建筑物的抗震加固,我們一定要根據建筑物的結構設計和基礎條件等因素來完成相應的工作。
3.2在建筑物性能和需求的消能減震措施
在建筑物的消能建筑設計方法上,我們需要根據建筑物的基本性能和消能需求等作出有效的設計措施。而混合消能支撐系統(VD-BRB系統)是我們選擇的最佳措施,它的主要設計方法是在建筑物的底層配置防屈曲消能支撐,并在其它的建筑層配置粘滯阻尼器。所以在我們對建筑物進行消能減震設計的過程中,要精確進行結構驗算,在保證建筑物變形的最大限度、結構的最大承載力等是否符合規范要求,用最有力的數據來判斷消能減震技術的可行。如果可行,就需要我們確定阻尼器的數量和最大優化它的布置方式,保證結構達到預先驗算的結果;如果不能滿足建筑物性能和需求的,需要我們及時調整方案,增加阻尼器的數量和布置方式進行消能減震加固。所以混合消能支撐系統(VD-BRB系統)是建筑物面對不同的性能和需求時,可以實現有效的管控,因為它的變量只有阻尼器的變化,可以根據實際需要進行設計和應用。所以它的有效主要體現在以下幾個方面;
1)混合消能支撐系統(VD-BRB系統)有比較高的性價比;
2)對地震波能力可以第一時間反應和削弱消耗,降低建筑本身對抗的風險;
3)可配置子阻尼器合理的在各種自然災害中發揮作用;
4)采用改進的基于性能和需求的消能減震方法進行加固設計比較便捷。
5)阻尼器的應用有利于改善結構薄弱層的抗震性能;
6)能夠有效減少結構加固的工作量,且對建筑結構的影響小;現在我們對于住房追求越來越高,民用建筑日趨漸多,尤其是一些超高層的建筑物,如果地震一旦發生,我們對建筑物沒有加入消能減震的技術進去,可想而知,后果是怎樣。建筑抗震中的消能減震技術能夠很大的程度上降低地震對結構的損害,并且消能減震技術是一個較為成熟、施工方便,在高層建筑中的應用很廣泛。同時對建筑物的抗震加固也有廣泛的應用前景,可以說是抗震加固技術的主流。
作者:楊小兵 單位:太原理工大學建筑設計研究院