建筑结构论文

课程名称：建筑结构概论

任课教师：黄俐

建筑结构中隔震减震加固技术的应用

—在5.12特大地震后的应用

姓名王嘉荣

学号201330843021

班级13级房产4班

专业土管系房地产专业

论文提交时间：2016年7月1日

摘要

随着近些年来地震灾害的多发，造成了巨大的人民生命财产损失人们对于建筑结构设计中的抗震的设计，隔震减震措施越来越重视。本文就结合当前的地震灾害的情况，论述建筑结构设计中的隔震减震措施，以及灾后减震加固技术的应用。

关键词隔震消能减震 5.12特大地震

1.引言

在过去近十年里，四川汶川地震、青海玉树地震以及世界各地接连不断的地震都给社会造成了巨大的损失，为此在建筑结构中是否充分考虑抗震问题，是否合理运用了相关的减震隔震加固技术对灾后房屋加固也成为事关人民生命财产安全和国家安全的重要问题。建筑结构中的抗震设计尤为重要。隔震和消能减震是建筑结构减轻地震受损的有效技术。又为了适应我国经济发展的需要，有条件的在隔震和消能减震加固技术方面加大投入力度，尽快得到一个能有效降低地震损失的抗震体系，保障人民人身和财产安全。

本文以5.12地震作为一个切入点，以5.12特大地震后国家采取的消能减震加固技术作为实例，来探讨消能减震加固技术在未来建筑结构中隔震减震设计的运用。

2.消能减震体系和隔震体系概述

一般建筑减震是通过巧妙应用建筑的阻尼与地震能量之间的关系来实施的。建筑的阻尼的增加能够对地震能量起到较大的消耗作用，减震措施止是通过增加建筑的阻尼来实现消耗地震能量的目的，使建筑的主体结构受到地震的破坏得到避免和减轻。关于对消能部件个数的设置、具体位置设置等布置问题，一般需要经过仔细分析和计算。通常在结构的两个主轴方向设置消能构件，能够达到附加两个方向的阻尼及刚度的目的。少数情况在结构变形较大的位置设置消能结构，使整个建筑的阻尼得到均衡，使地震能量被分散，从而提高整个建筑物抗震性能，达到保证建筑物安全的目的。

2.1. 消能减震体系

消能减震设计指在房屋结构中设置特别的机构或效能元件，通过其局部变形提供附加阻尼，以消耗输入上部结构的地震能量，以确保主体结构的安全，进而使主体结构构件在罕见地震中不发生严重破坏。消能减震的目的是提高结构的抗震能力，使建筑在大震下破坏较轻，震后能很快恢复正常使用，遭遇强震时建筑不倒塌。从能量守恒的角度，消能减震的基本原理可以阐述如下，及结构在地震中任意时刻的能量方程：[1]

消能减震方程：Ea Es Ed Er Ein +++=

式中：

Ein —地震过程中输入结构体系的地震能量；

Er —结构体系地震反应的能量，即结构体系震动的动能和势能；

Ed —结构体系自身阻尼消耗的能量（一般不超过5%）；

Es —主体结构或承重构件的非弹性变形（或损坏）所消耗的能量；

Ea —消能（阻尼）装置或耗能元件耗散或吸收的能量。

消能减震结构中附加的消能减震原件或装置一般统称为消能器。根据消能器耗能机理的不同，可分为位移相关型消能器、速度相关型消能器和其他消能器；位移相关型消能器通常用塑性变形性能好的材料制成，在地震往复作用下通过其良好的塑性滞回消能能力来耗散地震能量，消能器耗散的地震能量与消能器变形量相关；速度相关型消能器通常由粘滞或粘弹性材料制成，在地震往复作用下利用粘滞和粘弹性材料的特性来耗散地震能量，消能器耗散的地震能量与消能器变形的速度相关。以下为图 1 常见消能器类型：[2]

图 1 常见消能器类型

隔震体系

隔震体系可分为基础隔震体系和层间隔震体系。基础隔震体系是指在基础与上部结构之间设置隔震支座以延长结构的自振周期、减小结构地震响应形成的结构体系，它包括三部分：上部结构、隔震支座、基础。以下为常见的隔震支座：

图 2 隔震支座主要类型

建筑物的结构周期和阻尼比与地震作用有紧密影响。对于普通中低层建筑物刚度大，周期短，其结构周期正处于地震输入能力最大频段上，相应的地震加速度比地面运动要放大得多，但是如果增大建筑结构的周期，并加大结构的阻尼比，建筑结构上的地震加速度反应将会大大减弱，位移反应也会明显降低，起到很好的隔震效果。

虽然基础隔震可以有效减小地震作用，但其使用也受到一定的限制：

首先，因为隔震层会产生很大水平位移，所以结构与地面之间需预留很宽的缝以避免结构与地面的碰撞；其次，隔震层设置于基础之上，在一些近海工程中，基础部分受海水冲刷影响严重，隔震支座易老化或失效，需要时常检查和维护；另外，在一些旧房改造或加层工程中，基础隔震无法应用。

所谓层间隔震体系即将隔震层位置上移，不再局限于基础位置，而是隔震层

位于楼层与楼层之间，经国内外实际工程证明，层间隔震体系可有效地延长结构周期，减小上部结构地震响应。

3.建筑结构中消能减震主要措施

3.1.新建建筑物的消能减震设置加入

消能减震措施可用在新建结构的减震，对建筑物的基础部分采用特殊处理，借助消能减震设置或元件来削弱地震对建筑物的作用，保护建筑物主体结构，保护人们的生命和财产安全。在对建筑物进行建筑隔震设计时，把消能减震设置考虑到建筑物安全设置中。我们在建筑物没有动工以前必须按照隔震设计的措施完成相应的工作，最迟也需要在建筑物施工过程中，在建筑物的关键部位设置特殊的减震装置。

在进行消能减震设计过程中，需要根据建筑物的重要性标准、设防烈度、场地条件等因素，结合罕见地震作用下预期结构位移控制要求，确定结构的减震要求，确定结构构件的断面尺寸。根据对相关因素的总结分析，选择消能器及类型，确定消能器的数量和分布，采用合适的分析方法（基于性能的抗震设计流程图）来进行消能减震抗震设计。

图3基于性能的抗震设计流程图

3.2.建筑物建成后消能减震装置补充

在建筑物建成后，需要采用增加阻尼的办法，在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。从使用的部分来说也是很广泛的，它不仅可以应用于建筑物的上部结构，也可用于建筑物的隔震夹层。消能器在结构中布置中通常是沿结构各层布置最优，其次是进行隔层布置，然后是结构底部多层布置，最后是中部多层布置，减震效果相对最不好的结构上部多层设置消能器，建筑上层的消能器无法真正实现吸收地震能量的作用，消减器还在一定程度上增加了建筑的负重。

消能器与主体结构进行的可靠连接，是保证消能器充分发挥作用的前提。所以在建筑建成后，要增加建筑的消能减震效果，可直接将消能器加固在建筑物中。采用消能减震技术进行抗震加固时，消能器及其支撑构件和连接件可预先制作，现场安装，不仅施工方便，施工时间短，而且不改变原建筑的面貌，可以很好地应用在首脑机关，救灾中心，防止贵重设备或特殊文物的房屋（纪念性建筑、特种亿元、通讯、消防、动力等重要建筑）。

4.建筑结构中隔震主要措施

4.1.基础隔震措施

基础隔震是在基础与上部结构之间设置隔震装置，减小地震动往上部结构传递，降低上部结构的地震反应。该种隔震方法适用于体形规则的低层或多层建筑结构，用于高层建筑结构的效果较差（隔震结构延长了结构的自振周期）基础隔震包括粘弹性隔震、滚轴（珠）滑移隔震、摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震等多种形式，隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置基底滑移隔震装置、混合隔震装置等等[3]。

基础隔震技术已经比较成熟，应用也相对广泛，对自震周期较短的房屋抗震效果明显，但自震周期较长的房屋对上部结构和隔震支座的要求较高，因为较长的周期性水平振动存在共振的危险。在上述提到的隔震装置中，橡胶支座的性能指标需要提高，从而充分发挥橡胶支座的水平和竖向抗震能力，并开发科学智能隔震系统，对地震有自我对抗能力。可以考虑在主体结构的中间层和结构顶层加装隔震装置，同时起到加层和抗震加固作用。

4.2.层间隔震措施

层间隔震的初衷是在原结构上安装耗能减震装置，该装置由质量和隔震支座组成，地震来临时，装置隔震和质量减震共同协作用于吸收地震能量，消弱地震