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隔震

一、隔震建筑原理

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。经过简化后的模型动力学分析和建筑抗震经验设计,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震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。但是,针对某些重要的建筑物安全性较高的要求和对一些建筑物的修复加固改造的问题,在建筑设计和施工中逐渐地采用隔震和消能减震技术。

隔震即是隔离地震,在建筑物和构筑物的基底或某个位置设置控制机构来隔离或耗散地震能量,以避免或减少地震能量向上部结构的传输,使结构振动反应减轻,实现地震时建筑物只发生较轻微的运动和变形,从而保障建筑物的安全。随着科技发展,这种技术越来越来受到人们的重视。

二、隔震结构原理

从隔震结构原理的模型图分析得知:

(1)、弹簧的刚度越大,振子的周期就越短;弹簧的刚度越弱,振子的周期就越长。当弹簧的刚度特别大,则建筑物就不能滚动,只有自身的往复变形运动,即建筑物的自身振动,隔震措施就没有发挥出隔震作用;当弹簧的刚度特别小时,建筑物就不能往复运动,即不能成为振子。

(2)、当滚珠的摩擦力特别小时,建筑物的往复运动就不会停止;当滚珠的摩擦力特别大时,建筑物就会立刻停止。

因此,建筑物的运动特性取决于自振周期和阻尼两个因素,而自振周期又取决于建筑物的质量和弹簧的刚度。可知,对建筑物采取的隔震措施,其效果取决于隔震器和阻尼器的特性。

三、隔震分类

隔震主要分为:积极隔震(对动力设备采取隔振措施)、消极隔震(对建筑结构采取隔震措施)。无论积极隔震还是消极隔震,采取隔震措施就是在基底和结构之间设置减振器或减振材料。在隔震设计时,要经过计算,进行多方案比较选择最佳方案。不经过计算而直接采取隔震措施,有时会导致隔震效率不高或者不经济。当处理不好时,还可能产生共振,不仅无益还会加大震害。

四、隔震简介

隔震层一般由隔震支座和消能器组成,隔震支座一方面要支撑建筑物的竖向重量,另一方面在水平方向提供一个较小的水平刚度,并且具有自复位的功能。目前建筑常用的隔震支座主要有叠层橡胶支座和滑板隔震支座。消能器又称阻尼器,主要用来吸收或耗散地震能量,抑制隔震层产生较大的位移。常用的阻尼器有金属变形阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等。铅芯叠层橡胶支座则是将叠层橡胶支座与铅阻尼器完美结合在一起,发挥隔震作用的同时,又能起消能的作用。

五、隔震结构设计

(1)隔震层的位置

设置在建筑物最小层的基础隔震和设置在建筑物中间层的中间层隔震。在实际工程中,主要根据建筑物的用途、性能、造价等因素来进行综合判断确定合适的隔震层位置。如将隔震构件用于较大范围若干栋中低层住宅的底下部分,其空间可作为设备用房,停车场和共用管道沟,这样可有效利用城市空间。

(2)隔震层水平刚度的结构方案

为了提高隔震效果,隔震层的水平刚度应十分低,使建筑物的自振周期增大。在实际中,可以采用大间距、大直径多层橡胶的结构方案,使得每个隔震器的受荷面积增大,而总数减少。

(3)多层橡胶层不产生拉力的结构方案

    多层橡胶受拉剪的试验资料比受压剪的少,应保证其受力可靠。因此,多层橡胶与上部分结构不采用螺栓连接而采用铰接连接,使多层橡胶层不产生拉力。

(4)净空间距

在遭遇特大地震作用时,建筑物的变形不能导致碰撞。因此,水平方向上,应保证具有上部结构的地震变形的1.5~2.1倍的净空间距。

(5)隔震构件的置换

隔震建筑中,变形和能量吸收都集中在隔震层,因此隔震层构件有可以置换的隔震结构的优点。特别是与隔震器独立的阻尼器的置换一般较为方便。由于隔震器承受建筑物的重量,不如阻尼器置换容易。一般采用在建筑物或局部设置千斤顶来置换隔震器或对其加固。

(6)隔震层构造要求

1)隔震支座与上部结构、下部结构应有可靠的连接。

2)与隔震支座连接的梁、柱、墩等应考虑水平受剪和竖向局部承压,并采取可靠的构造措施,如加密箍筋或配置网状钢筋。

3)利用构件钢筋做避雷线时,应采用柔性导线连通上部与下部结构的钢筋。

4)穿过隔震层的竖向管线应符合下列要求:

A、直径较小的柔性管线在隔震层处应预留伸展长度,其值不应小于隔震层在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍;

B、直径较大的管道在隔震层处宜采用柔性材料或柔性接头;

C、重要管道、可能泄漏有害介质或燃介质的管道,在隔震层处应采用柔性接头。

D、隔震层设置在有耐火要求的使用空间中时,隔震支座和其它部件应根据使用空间的耐火等级采取相应的防火措施。

E、隔震层所形成的缝隙可根据使用功能要求,采用柔性材料封堵、填塞。

F、隔震层宜留有便于观测和更换隔震支座的空间。

G、上部结构及隔震层部件应与周围固定物脱开。

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