建筑安全減災(zāi)設(shè)計(jì)新技術(shù)以抗震為例

建筑安全減災(zāi)設(shè)計(jì)新技術(shù)以抗震為例第1頁(yè)/共52頁(yè)2結(jié)構(gòu)抗震新技術(shù)

隔震耗能減震結(jié)構(gòu)與智能控制第2頁(yè)/共52頁(yè)3

剛?cè)嶂疇?zhēng)

消耗戰(zhàn)-----主體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)損傷

防御戰(zhàn)----用耗能部件保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免受損傷

招安----地震能量的存儲(chǔ)和應(yīng)用提高結(jié)構(gòu)抗震安全策略思想的發(fā)展第3頁(yè)/共52頁(yè)一、隔震第4頁(yè)/共52頁(yè)5一、什么是工程隔震保護(hù)

在工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間，設(shè)置一種特殊裝置——隔震層把結(jié)構(gòu)物和地面分開，隔離地震能量向工程結(jié)構(gòu)傳遞，減輕地震災(zāi)害。這就是工程隔震保護(hù)?；A(chǔ)地震波工程結(jié)構(gòu)特殊裝置地面隔震演示第5頁(yè)/共52頁(yè)傳統(tǒng)房屋地震時(shí)激烈晃動(dòng)房屋加速度放大

100%250%梁柱裂,內(nèi)部裝飾,設(shè)備破壞

隔震房屋地震時(shí)緩慢平動(dòng)(長(zhǎng)周期)房屋加速度減少

100%40%結(jié)構(gòu)彈性(變形集中在柔軟支座)保護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾,設(shè)備隔震/不隔震=1/6第6頁(yè)/共52頁(yè)7有基底隔震Withbaseisolation無(wú)基底隔震Withoutbaseisolation

隔震器baseisolation房屋Building

基礎(chǔ)Found-ation第7頁(yè)/共52頁(yè)央視一套《科技博覽》第8頁(yè)/共52頁(yè)9二、隔震保護(hù)原理第9頁(yè)/共52頁(yè)震源釋放出的大量能量，以地震波為載體進(jìn)行傳播，遇到不隔震的工程結(jié)構(gòu)則直接輸入到結(jié)構(gòu)中去。不隔震結(jié)構(gòu)地震能量流動(dòng)震源第10頁(yè)/共52頁(yè)

隔離了地震能量向結(jié)構(gòu)的輸入震源隔震結(jié)構(gòu)地震能量流動(dòng)第11頁(yè)/共52頁(yè)12第12頁(yè)/共52頁(yè)13用反應(yīng)譜驗(yàn)證了能量流理論

“隔震”可將結(jié)構(gòu)周期延長(zhǎng)2倍以上。從反應(yīng)譜知，周期延長(zhǎng)，地震影響系數(shù)減小。

加速度反應(yīng)譜（地震影響系數(shù)）周期第13頁(yè)/共52頁(yè)14阻尼器+橡膠隔震支座隔震層由隔震支座、阻尼器等組成三、隔震層——隔離工程結(jié)構(gòu)和地面的特殊裝置第14頁(yè)/共52頁(yè)15多種隔震型式:

（1）基底隔震（有地下室）

（2）首層隔震（無(wú)地下室）（3）層間隔震（豎向不規(guī)則）第15頁(yè)/共52頁(yè)16隔震支座的作用支承工程結(jié)構(gòu)重量，隔離地震能量向結(jié)構(gòu)輸入。第16頁(yè)/共52頁(yè)17保護(hù)膠鉛芯鋼-橡膠復(fù)合材料體一層鋼板一層橡膠相間疊合橡膠隔震支座組成第17頁(yè)/共52頁(yè)18橡膠隔震支座性能有較大的豎向剛度有較小的水平剛度能產(chǎn)生較大的水平位移阻尼較小第18頁(yè)/共52頁(yè)19安陽(yáng)糧油綜合樓（1994年）國(guó)內(nèi)第一幢現(xiàn)代隔震房屋第19頁(yè)/共52頁(yè)20關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化之一我國(guó)第一個(gè)建筑“隔震與消能減震”設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

主持編制了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第12章“隔震與消能減震房屋”

第20頁(yè)/共52頁(yè)21我國(guó)第一個(gè)《建筑隔震橡膠支座》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化之二產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化主持編制了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“建筑隔震橡膠支座”第21頁(yè)/共52頁(yè)22國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（2004）IsolationRubberBearing

橡膠隔震支座

ISO22762-1試驗(yàn)方法

ISO22762-2橋梁隔震支座

ISO22762-3建筑隔震支座編制：日本，美國(guó)，中國(guó)主編（2001-2004)第22頁(yè)/共52頁(yè)23最高隔震建筑（after椿）50

層場(chǎng)所：OsakaCity結(jié)構(gòu)：

地下1層，50層，塔樓2層高度：結(jié)構(gòu)168.5m(最高177.4m)平面尺寸：

40.6mx29.3高寬比：4.2（短邊），

5.7（長(zhǎng)邊）竣工：2006年12月第23頁(yè)/共52頁(yè)24隔震設(shè)計(jì)基本方法初步設(shè)計(jì)隔震支座的布置與選型計(jì)算水平減震系數(shù)ψ（對(duì)應(yīng)多遇地震的情況，即采用隔震支座剪切變形為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的水平剛度和等效粘滯阻尼比）隔震層水平位移驗(yàn)算隔震層下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算構(gòu)造要求

第24頁(yè)/共52頁(yè)25三里河辦公樓隔震分析該項(xiàng)目產(chǎn)品應(yīng)用：GZP600-800281個(gè)GZY600-800129個(gè)

七部委聯(lián)建第25頁(yè)/共52頁(yè)26隔震支座布置第26頁(yè)/共52頁(yè)第27頁(yè)/共52頁(yè)廣州地鐵第28頁(yè)/共52頁(yè)八王墳地鐵大平臺(tái)隔震樓第29頁(yè)/共52頁(yè)徐州鳳凰山康居小區(qū)地下室南京鐵匠營(yíng)小區(qū)第30頁(yè)/共52頁(yè)廣州科學(xué)中心

云南省抗震防災(zāi)中心第31頁(yè)/共52頁(yè)隔震用于公共建筑第32頁(yè)/共52頁(yè)烏魯木齊建材工業(yè)設(shè)計(jì)院岳陽(yáng)華興電子設(shè)備廠第33頁(yè)/共52頁(yè)昆明新機(jī)場(chǎng)航站樓，1800多個(gè)隔震支座第34頁(yè)/共52頁(yè)35第35頁(yè)/共52頁(yè)36四、隔震保護(hù)的優(yōu)越性

1減災(zāi)效果好，地震作用可減少80%；

2結(jié)構(gòu)變形很小，不僅可保護(hù)結(jié)構(gòu)自身的安全，不損壞工程內(nèi)部設(shè)備，還可保護(hù)信息系統(tǒng)、有毒物品、珍貴文物的安全；

3基本不中斷人的正常生活與服務(wù)，因而保證地震發(fā)生時(shí)，指揮、通訊、消防等部門和工程控制中心正常運(yùn)行。第36頁(yè)/共52頁(yè)37五、隔震保護(hù)經(jīng)受了地震考驗(yàn)第37頁(yè)/共52頁(yè)38松村組隔震與不隔震房屋地震反應(yīng)對(duì)比

最大加速度觀測(cè)值（cm/s2）X方向Y方向地面辦公樓（不隔震）頂實(shí)驗(yàn)樓（隔震）頂272.7965.4198.1265.6677.7273.1第38頁(yè)/共52頁(yè)美

國(guó)

兩

所

醫(yī)

院

災(zāi)

害

對(duì)

比

USC醫(yī)院

OliveView醫(yī)院地下1層，地上7層

地上6層

(1994年1月17日6.7級(jí)地震)隔震不隔震第39頁(yè)/共52頁(yè)40隔震與非隔震建筑地震災(zāi)害對(duì)比USC大學(xué)醫(yī)院（隔震）1室內(nèi)花瓶沒有傾倒。2各種設(shè)施未被損壞。3醫(yī)院能正常作。4震后無(wú)須恢復(fù)，醫(yī)院工作正常。OliveView醫(yī)院（不隔震）1抗震墻開裂。2設(shè)施落地、醫(yī)療儀器、家具翻倒，病歷飛散、水管斷裂，整個(gè)大樓浸水。3建筑物完全喪失功能，不能使用。4震后經(jīng)20天維修恢復(fù)后，正常工作。第40頁(yè)/共52頁(yè)41南加洲大學(xué)醫(yī)院是世界上第一個(gè)隔震醫(yī)院，采用的是鉛芯橡膠墊。地震時(shí)PGA達(dá)380gal，但結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)小于210gal。第41頁(yè)/共52頁(yè)42新潟地震驗(yàn)證北陸學(xué)園総合本館，遭受JMA6度弱影響，頂部加速度降為1/4——用作防災(zāi)據(jù)點(diǎn)萬(wàn)代島：M5.9余震觀測(cè)，頂部位移減小1/3第42頁(yè)/共52頁(yè)43咸陽(yáng)西北國(guó)棉一廠家屬區(qū)有二幢隔震樓。1998年陜西涇陽(yáng)4.8級(jí)地震時(shí)，家屬區(qū)其他房屋的住戶均從樓內(nèi)跑至樓下空地。唯這兩棟隔震樓內(nèi)住戶沒有震感，無(wú)一人往室外跑，其中一戶正在裝修，亦正常進(jìn)行。丹東隔震房屋在1999年遼陽(yáng)地震中無(wú)震感，而不隔震房屋震感強(qiáng)烈。類似情況在云南、汕頭等地也已出現(xiàn)。中國(guó)隔震房屋的表現(xiàn)第43頁(yè)/共52頁(yè)麗江地震驗(yàn)證（1996年）第44頁(yè)/共52頁(yè)45汶川地震后武都縣隔震房屋表現(xiàn)良好甘肅武都縣(地面加速度0.17g)3棟砌體結(jié)構(gòu)6層隔震房屋:隔震房屋：振動(dòng)緩慢屋中家具、花瓶等完好墻體無(wú)裂縫第45頁(yè)/共52頁(yè)46主動(dòng)控制半主動(dòng)控制混合控制技術(shù)被動(dòng)控制技術(shù)

難以大量推廣比較適合于改善工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防能力二、消能減震與智能控制第46頁(yè)/共52頁(yè)47什么是消能減震

在工程結(jié)構(gòu)中，融入阻尼器（構(gòu)）件或設(shè)備，以消耗部分地震、風(fēng)能量，控制（減輕）工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)效應(yīng)。提高結(jié)構(gòu)物的抗震、抗風(fēng)能力，保護(hù)工程結(jié)構(gòu)的安全。第47頁(yè)/共52頁(yè)48在結(jié)構(gòu)體系中融入消能器件阻尼器第48頁(yè)/共52頁(yè)49消能建筑—東京議會(huì)大樓在頂部某層放置此消能設(shè)備調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（