房屋建筑基礎工程抗震的結(jié)構(gòu)設計

1、房屋建筑基礎工程抗震的結(jié)構(gòu)設計秦志榮廣州新城建筑設計院有限公司510700摘要:地震是一種對人類破壞極大的自然災害,為了更好的保證人類的生命財產(chǎn),我們對現(xiàn)代的房屋建筑結(jié)構(gòu)的性能和功能提出了更高的要求。本文對房屋建筑的結(jié)構(gòu)體系進行了綜述,分析了房屋建筑基礎隔震的原理及特點,提出了房屋基礎隔震結(jié)構(gòu)設計的注意要點,最終確立了現(xiàn)代房屋建筑基礎工程隔震結(jié)構(gòu)設計的方案,對結(jié)構(gòu)設計理論與方法是一種補充和完善,為減輕地震災害的影響起到十分重要的現(xiàn)實意義。關鍵詞:房屋建筑;基礎隔震;結(jié)構(gòu)設計前言建筑物抗震設計的原則就是盡可能減小地震對上部結(jié)構(gòu)的影響,并確保隔震支座的變形不超過極限變形范圍。與隔震層相比,上部結(jié)構(gòu)

2、吸收的能量是很小的,假如上部結(jié)構(gòu)能夠抵御與其剛體狀態(tài)相稱的地震,那么建筑物的建設就不在受其能量吸收能力的各種制約控制。此外上部結(jié)構(gòu)的能量及剛度偏心帶來的扭轉(zhuǎn)振動,可以利用隔震層的偏心基本得到消除。因此與傳統(tǒng)的建筑相比,隔震建筑的設計自由度更大。1.房屋建筑隔震結(jié)構(gòu)體系概述工程減震領域內(nèi)應用最廣和研究最早的技術就是隔震,在建筑物的基底或某個位置安裝控制裝置來隔離或消耗地震產(chǎn)生的能量,以減少或者消除其傳輸?shù)缴喜拷Y(jié)構(gòu),實現(xiàn)減震的目的。通過對地震影響的實際研究,證明隔震體系可有效地削弱地震對結(jié)構(gòu)的影響?？偟膩碚f,隔震裝置應該滿足下列要求:能夠充分上部結(jié)構(gòu)的重量;在大風及小震的作用下,具有足夠的水平剛度

3、,整個結(jié)構(gòu)體系能保持在彈性范圍內(nèi),不影響正常的使用;強震作用下,能夠減少地震產(chǎn)生的能量,起到延長結(jié)構(gòu)體系自震周期的作用;具備優(yōu)良的耗能特性及地震作用后的自動復位功能。2、房屋建筑基礎隔震的基本原理和特點2.1基礎隔震的基本原理“隔離避讓”、“以柔克剛”是隔震技術設防策略的立足點?；A隔震結(jié)構(gòu)的基本原理就是在建筑物的基礎和上部結(jié)構(gòu)之間安裝隔離設備(如隔震器、阻尼器等組成的系統(tǒng),在水平方向形成一個剛度較小的隔震層,用來對整個體系的剛度K和阻尼C進行調(diào)整,從而使結(jié)構(gòu)的自震頻率發(fā)生改變,使結(jié)構(gòu)的自震周期延長,這樣就能夠使結(jié)構(gòu)的吸能和耗能的能力得到大幅提升,結(jié)構(gòu)的地震反應大大減小,削弱地震對上部結(jié)構(gòu)的破

4、壞力。我們可以利用結(jié)構(gòu)的動力微分方程對這一基本原理做出合理的解釋。2.2基礎隔震的特點基礎結(jié)構(gòu)的顯著特點就是由于隔震層的安裝,整個結(jié)構(gòu)的力學性能產(chǎn)生了很大的變化,主要起到兩個方面的作用:(1由于隔震層的剛度較小,這樣就使得地震作用產(chǎn)生的變形集中在隔震層,層間的變形大大減小,上部結(jié)構(gòu)呈“整體移動”,使得上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件避免了因發(fā)生大變形而損壞;(2結(jié)構(gòu)自震周期T的延長,大大降低了上部結(jié)構(gòu)的加速度,這樣室內(nèi)人員就不會發(fā)生嚴重不適的情況,同時防止室內(nèi)設施及物品大量的損壞,保障建筑物在震中及震后的使用,降低地震次生災害發(fā)生幾率。3.基礎隔震結(jié)構(gòu)設計注意事項基礎隔震是目前使用最廣的一種隔震形式,也是最基本的

5、隔震結(jié)構(gòu)形式,其設計時需要注意以下幾個方面的事項:(1由于隔震層部分要比建筑物基礎大,因此周邊的場地要充足。(2隔震層外圍設檔土墻,其上部還存在墻外狹道等,所以必須保證不會因為上部結(jié)構(gòu)在地震時的移動產(chǎn)生其他問題。(3隔震建筑物和周圍建筑物的聯(lián)系通道必須適應相對變形,保證通暢無礙。(4隔震裝置的安裝位置要方便檢查和更換。(5一般情況下需采用柔性連接,或球型接點,保證隔震層的變形和位移不影響設備管線,同時安放裝置及檢修空間也要考慮。4.建筑基礎隔震結(jié)構(gòu)設計4.1隔震支座的選型與布置隔震結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件就是隔震支座,通常選用疊層橡膠支座。它是由橡膠和鋼板交互疊置在一起的。由于橡膠的彈性模量很小,可以將

6、其做成薄層,利用鋼板來限制軸向壓力引起的橫向膨脹,不但減小軸向變形,還能產(chǎn)生很強的抗壓能力。假如受到水平作用力,疊層橡膠支座就會按照自身的彈性模量變形,從而形成一個水平柔軟、豎向堅固的支座。疊層橡膠支座的水平變形能力很重要,為了保證其水平變形的能力,可以加厚橡膠層,但其縱向支撐力會有所下降,水平剛度的軸力相關性會變大。假如在底層車庫的柱底安裝隔震支座,由于是半地下車庫,因而應留較大的空間在房屋的四周,確保橡膠墊變形空間充足。所以隔震支座的安裝地點選在底層車庫頂板,在車庫車庫層柱的柱頂四周布置。4.2水平向減震系數(shù)的概念減震系數(shù)其實就是指與不采用隔震技術相比,采用隔震技術后,建筑物受到地震影響降

7、低程度的一個系數(shù)。結(jié)構(gòu)隔震與非隔震建筑物各層最大層間剪力的比值可以反映減震系數(shù)。表一水平向減震系數(shù)劃分隔震與非隔震層間剪力的計算,采用多遇地震作用下的時程分析比較合適。時程分析法計算層間剪力時,可利用用剪切型結(jié)構(gòu)模型。假如上部結(jié)構(gòu)體型復雜,那么扭轉(zhuǎn)變形的影響也應該考慮進來。4.3隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設計應依據(jù)預期的位移控制要求和水平向減震系數(shù)進行隔震層的設計,選取合適的隔震支座、阻尼器及為支撐風載荷和地基微振動提供初始剛度的部件組成。隔震層頂部需設置平面內(nèi)剛度足夠大的梁板體系,確保隔震層能整體協(xié)調(diào)工作。隔震支座上方的梁體系必須現(xiàn)澆,為增強頂部梁板平面內(nèi)剛度,可以配加強筋或者增大梁的截面尺寸。由于考慮

8、到隔震支座附近的梁、柱受力情況比較復雜,因而需要加密箍筋,情況特殊時,可采用網(wǎng)狀鋼筋。5.結(jié)論抗震設計的目的就是減輕地震引發(fā)的各種損失和災害,為了實現(xiàn)這一目的,我可以采取設置隔震層的方法。本文提出的就是現(xiàn)代房屋建筑基礎工程的隔震結(jié)構(gòu)設計,通過設置柔性隔震層,改變結(jié)構(gòu)的頻率,增大結(jié)構(gòu)的自震周期,避免與周圍場地發(fā)生共振,降低結(jié)構(gòu)受水平地震的影響,特別對于磚混結(jié)構(gòu)。此外,從投入成本分析,隔震技術也是經(jīng)濟可行的。參考文獻:1GB500112001,建筑結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范S.2楊迪雄.李剛,程耿東.隔震結(jié)構(gòu)的研究概況和主要問題C.力學進展,2003.33(3:302 312.3祁皚,林于東.改進的基礎隔震結(jié)構(gòu)地震作用簡化計算方法J.地震工程與工程振動,2006, 26.4陳尚鴻,祁皚,陳紅媛.關于基礎隔震結(jié)構(gòu)中隔震影響系數(shù)的研究J.福州大學學報, 2005,33(增刊:245250.5劉文廣譯,日