超高层隔震建筑物结构设计技术探析

作者:未知

  【摘 要】我国大部分地区都位于地震带上,每年发生地震的几率十分的大,因此对建筑物进行耐震设计是十分必要的,传统的耐震技术主要考虑强度和韧性,随着我国地震的频繁发生,隔震和消能是耐震设计的两种耐震新技术。
  【关键词】超高层;隔震;结构设计
  地震灾害是对人类造成杀伤性最大的自然灾害之一,尤其是对于人口密集的城市来说,一旦发生地震灾害,如果不能做好建筑物的抗震设计来抵御,那么后果将不堪设想,近些年随着高层建筑的不断涌现,让抗震设计显得更加重要,只有做好超高层的隔震方面的结构设计工作,才能避免在地震中最大程度的减少受影响程度,甚至可以避免受到灾害波及。在此主要浅谈一下超高层的隔震建筑物的结构设计相关的技术类问题,以期与同行共同探讨共同进步。
  1抗震设计概述
  地震是目前最为常见的自然灾害和破坏性隐患之一,而我国又地处太平洋地震带附近,因此有着很强、很频繁的地震隐患。因此,在目前的建筑工程项目中,做好建筑防震设计十分关键和重要,是保证建筑结构整体性安全中最为关键和重要的环节。
  1.1地震概念
  地震也被人们称之为地动,是地壳快速释放能量的过程中所造成的振动现象,在这期间极容易产生一定的地震波,进而形成自然灾害。由于我国位于太平洋地震带和欧亚地震带上,因此我国每年都有大量的地震发生,其中更是产生了许多让人难以忘记的血腥事件,给我们带来了沉痛的记忆。如唐山大地震、汶川地震和玉树地震等。
  1.2隔震设计
  隔震设计体系是目前建筑工程中最为常见的建筑结构之一,其主要是通过上部结构的质心与隔震曾刚度中心不重合来进行计算和统计的,从而避免扭转变形给建筑物带来的影响。对于钢筋混凝土结构的建筑工程施工中,其在设计的过程中通常都是采用钢结构作为主要的抗震层来进行控制和分析的。
  2隔震技术
  隔震技术不仅在新建工程中获得应用,而且已用于现有建筑的抗震加固改造。隔震装置可安装在结构的防火层或设备层,隔震层可设置在结构的不同部位,如基础、中间层等,也可设置在房屋的顶层,同时起到结构加层和抗震加固的目的。由于传统的加固改造技术对结构震后的性能和不可靠程度缺乏准确地了解,故较难达到强度和延性的合理匹配。采用隔震技术对结构进行加固改造,通过在隔震层设置刚度很小的隔震装置,将地震变形集中到隔震装置上,相对于依靠结构本身的较高强度和较低变形来吸引地震能量而言,隔震结构的周期和阻尼都有很多的提高,故加速度和位移反应明显降低。
  3建筑隔震结构的设计
  3.1建筑隔震体系的组成
  隔震系统由隔震支座、阻尼器、抗风装置、限位装置等组成,隔震系统须具备三项基本功能:可靠支撑上部结构的竖向承载能力、水平向耗能隔震能力、震后自复位能力。隔震系统通常设置在基础和上部结构之间,故又称之为隔震层,建筑隔震体系由上部结构、隔震层和下部结构三部分组成。隔震房屋常选用叠层橡胶支座,主要类型为普通橡胶支座和铅芯橡胶支座。叠层橡胶支座的主要性能参数有:水平和竖向刚度、竖向承载力、屈服后的刚度比、水平变形能力、阻尼比等。叠层橡胶支座抗拉屈服强度较低,抗震设计时应尽量避免其受拉,宜通过控制建筑物高宽比来控制结构整体倾覆力矩,防止支座压屈破坏或拉应力超过1Mpa。
  3.2隔震结构设计的方法
  隔震设计前应对建筑物的结构形式、荷载、所在地区设防烈度等认真分析,设定经济合理的预期控制目标。预估隔震结构所能达到的水平向减震系数和隔震层在罕遇地震下的最大位移,隔震支座的规格、数量和布置形式应根据其材料性能参数通过计算确定。隔震结构通常采用分部设计法,即将整个隔震结构分为上部结构、隔震层和下部结构及基础,分别进行设计。上部结构计算仍采用传统结构多遇地震下的振型分解反應谱法,水平地震作用下的地震加速度和地震影响系数最大值采用隔震以后的折算值,竖向地震作用不降低;隔震层除满足正常使用状况下竖向承载力要求外,还应满足罕遇地震下的压应力、拉应力以及隔震支座的位移,隔震层与上下部结构的连接构件应进行罕遇地震下强度验算;下部结构应进行设防地震的抗震承载力验算,并按罕遇地震进行抗剪承载力验算;地基基础的抗震验算不考虑隔震产生的减震效应,按本地区抗震设防烈度设计。
  3.3隔震结构的计算分析
  建立隔震和非隔震两种计算模型,按抗震规范要求选取一定数量的地震波,其中地震影响系数最大值和峰值加速度按设防地震输入,两种模型应选用在统计意义上相符的相同地震波,分别采用时程分析法计算各层剪力包络值。对于多层建筑,隔震与非隔震结构各层层间剪力的最大比值即为水平向减震系数β。隔震后的水平地震影响系数最大值αmax1=βαmax/ψ,其中αmax为非隔震的地震影响系数最大值,ψ为调整系数,一般取0.80,αmax1减小相当于降低了设防地震烈度,上部结构可用多遇地震振型分解反应谱法按降低烈度后的普通抗震结构计算。隔震后的设防地震烈度和加速度以减震系数0.40划分界限,隔震结构抗震等级按照降低后的烈度取值,隔震结构设计最小水平地震烈度不得低于6度。如某工程抗震设防烈度8度,设计基本地震加速度值0.2g,隔震设计模型计算所得水平向减震系数0.35<0.40,根据规范隔震后结构水平地震作用所对应的设防地震烈度7度,设计基本地震加速度值0.1g,即采用此隔震技术本工程结构能达到降低一度设防的目标。
  4超高层隔震建筑物设计技术
  4.1长周期建筑物之隔震效果
  隔震建筑物之最优越抗震效果即在延长建筑物基本振动周期,但高层建筑物基本振动周期往往超过3秒,隔震后即使将建筑物基本振动周期拉长至5秒以上,由反应谱显示,两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应,则有其贡献。
  4.2倾覆作用造成隔震组件受拉力
  隔震组件设计时必须考虑拉力作用,因此拉力试验成为规范修订之首要任务。
  4.3风力作用
  隔震层设计时必须考虑地震力作用,但是小地震或风力作用,隔震组件是否发挥功能?仍有待深入探讨。
  5结束语
  在当前的高层建筑结构设计工作中,减震隔震措施的采用是防止地震对建筑以及生命财产造成威胁的重要保障,在此,本文主要针对减震隔震结构的设计进行了简单的说明和叙述,希望能对今后高层建筑工程结构设计中关于减震隔震措施的研究和采用提供一些文本上的帮助和思考。
  参考文献:
  [1]贾红霞,谭术利.浅议建筑结构设计中的隔震减震措施[J].内蒙古石油化工,2013.
  [2]吴星海.建筑结构隔震与减震设计问题分析与措施探讨[J].科技风,2014.
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