談建筑工程中的結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)

1、談建筑工程中的結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)    摘要：地震是一種突發(fā)性的自然災(zāi)害，其對(duì)于房屋的破壞是不容忽視的，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)當(dāng)注重建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，以減少地震帶來的災(zāi)害與損失。本文提出了建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)中的三大關(guān)鍵問題，重點(diǎn)分析了建筑工程結(jié)構(gòu)抗震控制的技術(shù)。    關(guān)鍵詞：建筑工程， 結(jié)構(gòu) ， 抗震 ，技術(shù) 建筑工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的最基本的思想就是要想方設(shè)法增加建筑物的阻尼，以增大對(duì)地震所釋放能量的吸收和消耗量，從而達(dá)到減輕振動(dòng).減少損害的目的。這是建筑工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)抗震技術(shù)的根本所在，結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)是

2、將地震看作一種能量的釋放過程，透過增加建筑物的阻尼的方式主動(dòng)抗震，從而減輕地震對(duì)建筑物的破壞。而傳統(tǒng)的抗震方法只是將地震看作是一種力的作用，透過增強(qiáng)建筑物的剛度和強(qiáng)度的方式實(shí)行被動(dòng)防震，效果并不理想。一、建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)中的三大關(guān)鍵問題1.抗震場(chǎng)地的選擇選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地,宜避開對(duì)建筑抗震不利的地段,不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲.乙.丙類建筑。地震造成建筑物的破壞,除地震直接引起的結(jié)構(gòu)破壞外,場(chǎng)地條件也是一個(gè)重要的原因。地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂,地基土的小均勻沉陷,滑坡和粉.砂土液化等。因此,應(yīng)選擇對(duì)建筑抗震有利的地段,應(yīng)避開對(duì)抗震不利地段,如軟弱場(chǎng)地土.易液化土.狀態(tài)明顯不均勻等地段;當(dāng)無法避

3、開時(shí),應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施,應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別.地基液化等級(jí),分別采取加強(qiáng)地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度.部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施;當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層.新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時(shí),估計(jì)地震時(shí)地基不均勻沉降或其他不利影響,采用樁基.地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施;對(duì)于地震時(shí)可能導(dǎo)致滑移或地裂的場(chǎng)地,應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施。2.建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇建筑結(jié)構(gòu)體系的合理選擇是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一個(gè)重要問題,結(jié)構(gòu)方案的選取是否合理,對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性起決定的作用。具體而言,應(yīng)注重以下幾方面的設(shè)計(jì):第一,結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或

4、對(duì)重力荷載的承載能力?？拐鹪O(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是結(jié)構(gòu)應(yīng)具有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能,即使地震中部分構(gòu)件退出工作,其余構(gòu)件仍能將豎向荷載承擔(dān)下來,避免整體結(jié)構(gòu)失效或失穩(wěn)。第二,結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。在這過程中,豎向構(gòu)件的布置,應(yīng)盡量使豎向構(gòu)件在垂直重力荷載作用下的壓應(yīng)力水平按近均勻;樓屋蓋梁系的布置,應(yīng)盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構(gòu)件墻.柱上去;轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的布置,應(yīng)盡量做到使上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件傳來的垂直重力荷載通過轉(zhuǎn)換層一次至多二次轉(zhuǎn)換。與此同時(shí),整體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系也必須明確,抗側(cè)力結(jié)構(gòu)一般由框架.剪力墻.簡(jiǎn)體.支撐等組成,它們宜盡量貫通連續(xù),若它們沿

5、豎向要有變化,則變化要緩慢均勻。第三,結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備必要的承載能力,良好的變形能力和消耗地震能量的能力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的塑性內(nèi)力重分布能力,能較充分地發(fā)揮吸收和耗散地震能量的作用。第四,結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有合理的剛度和強(qiáng)度。宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中;框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使節(jié)點(diǎn)基本不破壞,底層柱底的塑性鉸宜晚形成,應(yīng)當(dāng)使梁.柱端的塑性鉸出現(xiàn)得盡可能分散;對(duì)于可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力。3.重視建筑平面布置的規(guī)則性建筑的平.立面布置應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)原則,宜采用規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)方案,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?？拐鹪O(shè)

6、計(jì)規(guī)范規(guī)定,對(duì)平面不規(guī)則或豎向不規(guī)則,或平面.豎向均不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu),應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型;對(duì)凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時(shí),應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)的實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型;對(duì)薄弱部位應(yīng)乘以內(nèi)力增大系數(shù),應(yīng)按規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析,并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。在我國建筑中,結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性主要指的是抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱。對(duì)稱的建筑如平面對(duì)稱的簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu).筒中筒結(jié)構(gòu).簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu).框剪結(jié)構(gòu).剪力墻結(jié)構(gòu).框架結(jié)構(gòu)等,一般比較容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:一是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的剛度要比較接近.變形特性要比較相近;二是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)沿豎向斷面.構(gòu)

7、成變化比較均勻,不要突變;三是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置,應(yīng)注意同一主軸方向各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度盡量均勻;四是建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置還應(yīng)注意中央核心與周邊結(jié)構(gòu)的剛度協(xié)調(diào)均勻,保證主體結(jié)構(gòu)具有較好的抗扭剛度,以避免建筑在地震或風(fēng)的扭矩作用下產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形,從而引起結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。可以說,重視建筑平面布置的規(guī)則性在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)重要,在實(shí)踐中應(yīng)高度重視這方面的規(guī)范。二、建筑工程結(jié)構(gòu)抗震控制的技術(shù)分析1.被動(dòng)控制被動(dòng)控制的防震技術(shù)并不包含外部能源的抗震技術(shù)，通常是在建筑物的某個(gè)部位增加子系統(tǒng)，或者對(duì)建筑物的某些構(gòu)建進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的處理，以改變其動(dòng)力特性。當(dāng)前，建筑物的被動(dòng)控制抗震技

8、術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，在很多建筑工程中都有應(yīng)用，被動(dòng)控制抗震技術(shù)可以分為基礎(chǔ)隔震以及耗能減震兩個(gè)類別。（1）基礎(chǔ)隔震建筑物的基礎(chǔ)隔震技術(shù)指的是在建筑物的基礎(chǔ)部分構(gòu)建控制機(jī)構(gòu)來阻隔地震時(shí)能量的向上傳送，以達(dá)到減輕建筑物的振動(dòng)，降低地震破壞的效果。從隔震技術(shù)的發(fā)展過程來看，它有以下的特點(diǎn)：第一，建筑物隔震技術(shù)在建筑業(yè)的運(yùn)用越來越普及，越來越廣泛。建筑物隔震技術(shù)不但在近幾年的一些新建工程中有廣泛的運(yùn)用，在舊有建筑物的防震加固中也時(shí)常用到。第二，建筑物隔震技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)日益多樣化，已經(jīng)從傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展為組合結(jié)構(gòu).鋼結(jié)構(gòu)以及木結(jié)構(gòu)。第三，隔震技術(shù)可以選擇的隔震裝置日益增多。當(dāng)

9、前研究應(yīng)用的建筑物震技術(shù)主要有：摩擦滑移隔震.層橡膠墊隔震.支撐式擺動(dòng)隔震.珠及滾軸隔震以及混合隔震等。（2） 耗能減震建筑物耗能減震技術(shù)是將建筑物的一些部件設(shè)計(jì)成耗能元件，或者在建筑物的一些部位裝配阻尼器。在小震以及風(fēng)荷載的作用下，這些阻尼器和耗能元件都處于彈性狀態(tài)，使建筑物的整個(gè)結(jié)構(gòu)具備很強(qiáng)的側(cè)向剛度，進(jìn)而在地震中發(fā)揮重要作用。在強(qiáng)烈地震發(fā)生時(shí)，阻尼器和     耗能元件會(huì)進(jìn)入非彈性狀態(tài)，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主體振動(dòng)大大減小，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)建筑物的效果。建筑物耗能減震技術(shù)的原理是將地震能量導(dǎo)向特別的元件或者機(jī)構(gòu)并加

10、以吸收和消耗，進(jìn)而減輕建筑物主體的損耗，它有以下特點(diǎn)：第一，安全，憑借耗能裝置來消耗地震能量，進(jìn)而保護(hù)建筑物；第二，經(jīng)濟(jì)，成本不是很高；第三，合理；第四，維護(hù)費(fèi)用低，適用范圍廣。當(dāng)前，比較常用的耗能減震裝置有復(fù)合型耗能器.摩擦耗能減震裝置.粘滯阻尼器.金屬阻尼器以及粘彈性阻尼器等。2.主動(dòng)控制建筑工程中的主動(dòng)控制抗震技術(shù)需要外部能源來實(shí)現(xiàn)，它需要透過施加和振動(dòng)方向相反的作用力來進(jìn)行建筑物減震。這種技術(shù)的原理是：傳感器對(duì)建筑物的外部激勵(lì)以及動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后將信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)， 計(jì)算機(jī)再依據(jù)程序計(jì)算應(yīng)該施加的作用力的大小，然后經(jīng)過外部的能源驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生所需求的作用力。當(dāng)前建筑業(yè)已經(jīng)研究和

11、開發(fā)的建筑物主動(dòng)控制抗震裝置主要有： 主動(dòng)拉索系統(tǒng).主動(dòng)質(zhì)量阻尼系統(tǒng).主動(dòng)空氣動(dòng)力擋風(fēng)板系統(tǒng).主動(dòng)支撐系統(tǒng)以及氣體脈沖發(fā)生器等。3.半主動(dòng)控制建筑物半主動(dòng)控制抗震技術(shù)是使用控制機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)建筑物在地震發(fā)生時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)減震目的的，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于外部能源的要求不高，不需要使用強(qiáng)電，只需要弱電裝置來供應(yīng)就可以了，比如蓄電池等。半主動(dòng)控制抗震技術(shù)通常使用開關(guān)來控制，透過開關(guān)來調(diào)節(jié)控制器的狀態(tài)，進(jìn)而改變建筑物的動(dòng)力特性。當(dāng)前建筑業(yè)比較常用的建筑物半主動(dòng)控制減震裝置有：可變阻尼系統(tǒng).可變剛度系統(tǒng).可控液體阻尼器.主動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)以及可控摩擦式隔震系統(tǒng)等。4.混合控制建筑物混合控制抗震技術(shù)是被動(dòng)控

12、制與主動(dòng)控制的綜合應(yīng)用。這種抗震技術(shù)充分運(yùn)用了被動(dòng)控制與主動(dòng)控制的抗震優(yōu)點(diǎn)，它既能夠透過被動(dòng)控制抗震系統(tǒng)吸收和耗散地震能量，又能夠運(yùn)用主動(dòng)控制抗震系統(tǒng)來達(dá)到抗震效果， 所以混合控制抗震技術(shù)具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前建筑業(yè)比較常用的混合控制抗震裝置主要有：阻尼耗能抗震與主動(dòng)控制抗震相結(jié)合的混合控制抗震系統(tǒng)；調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)與主動(dòng)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)組合的混合控制；滑掀體阻尼系統(tǒng)與主動(dòng)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)結(jié)合的混合控制抗震系統(tǒng)；基礎(chǔ)隔震抗震與主動(dòng)控制抗震結(jié)合的混合控制抗震系統(tǒng)，等等。在以上四種建筑工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)中，主動(dòng)控制抗震技術(shù)擁有最好的抗震效果，但是因?yàn)樗柰獠磕芰看螅偌由峡刂葡到y(tǒng)比較復(fù)雜，所以在實(shí)際運(yùn)用上反而不夠普及；被動(dòng)控制抗震技術(shù)實(shí)用性比較大，當(dāng)前發(fā)展迅速，應(yīng)用最為廣泛；半主動(dòng)控制抗震技術(shù)由于其精確度比較高，價(jià)格相對(duì)低廉，所以有著很好的市場(chǎng)前景；混合控制抗震技術(shù)具備了幾種抗震