减震与隔震技术在建筑抗震加固设计中的应用研究

摘 要：通过对减震与隔震技术内容的概述，并重点介绍了减震与隔震技术在建筑抗震中的应用与研究，简要的提出了减震与隔震技术在建筑抗震加固设计中的施工工艺原理和施工工序。

关键词：减震 隔震技术 建筑 抗震加固 应用

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

一、前言

随着全球环境的恶化，天灾也在不断的发生，例如汶川地震、雅安地震、舟曲地震，都从建筑上给我们提出了一个严峻的课题，相对于建筑中的结构，也提出了对减震与隔震技术的新要求。减震隔震技术在建筑抗震加固设计中的应用研究，成为本文研究的一项主要内容之一。

二、减震与隔震技术概述

我国70年代以前建造的房屋普遍没有考虑抗震设防,此类建筑的抗震加固是十分必要的。传统建筑结构加固的方法较多,但这些方法通常都是从增强结构构件强度的角度出发,没有考虑到结构在加固后整体在地震作用下性能的改变。常规增强构件强度的措施,通常会增加结构刚度,从而导致结构所承受地震力的上升。

采用隔震技术对建筑进行加固,可以减少输入上部结构的能量,降低地震对上部结构的破坏,达到提高建筑结构抗震能力的目的。与传统抗震加固方法相比,其加固思想从原来的/硬抗转变成为疏导，将原来由建筑结构构件塑性变形吸收地震能量,转变为由隔震层隔绝和吸收地震能量。另外,基础隔震加固时一般仅对建筑结构基础部分施工,不影响上部结构的建筑功能和正常使用,是一种经济适用的抗震加固方法,特别适用于具有历史意义的文物建筑、生命线工程以及高烈度区需加固的工程结构。

三、消能减震技术的优越性

1、安全性

消能减震结构体系设置了非承重的消能构件(消能支撑、消能剪力墙等)或消能装置,它们具有极大的消能能力,在强地震中能率先消耗结构的地震能量,迅速衰减结构的地震反应,并保护主体结构和构件免遭损坏,确保结构和建筑内的重要设备、仪器的安全。

2、经济性

消能减震结构通过“柔性消能”的途径以减少结构地震反应,在减少剪力墙的设置、构造断面、配筋的同时,还能大大提高抗震安全度。若用于旧有建筑结构的耐震性能改造加固,消能减震加固方法比传统抗震加固方法,节省造价10%-60%。

3、技术合理性

消能减震结构则是通过设置消能构件或装置,使结构在出现变形时大量迅速消耗地震能量,保护主体结构在强地震中的安全。结构越高、越柔,跨度越大,消能减震效果越显著。震后易于修复或更换,使建筑结构物迅速恢复使用。

四、减震与隔震技术在建筑抗震加固设计中的应用

1、砌体结构基础隔震技术

基础隔震技术通过设置隔震层,将上部结构和基础隔开,水平柔性的隔震层大大延长了结构的水平自振周期,因结构体系的柔化而隔离了地面的强烈震动,从而大大减小了结构的水平地震作用。隔震结构与相应的非隔震结构相比,其水平地震加速度可减少至非隔震结构的1/2至1/12,它还使结构水平变形集中于隔震层,使结构从激烈的摆动变为缓慢的平动,从而使上部结构的层间位移大大减小,层间剪力也相应减小,整个上部结构在地震作用下基本处于弹性工作状态,这样不仅能在强烈地震中有效保护结构本身的安全,而且能够保护建筑的装修以及避免内部的仪器设备等遭受破坏,具有优越的抗震效果。

基础隔震是最常用的隔震技术之一。基础隔震可以延长结构的自振周期,减小地震能量向上部结构的传递,有效降低上部结构的地震反应;合理的隔震设计甚至可以使上部结构在罕遇地震作用下仍处于弹性状态,从而使结构由传统抗震设计的/大震不倒提高到/大震不坏,结构具有优越的抗震性能。

隔震技术对于一些重要工程,如政府机关、医院、邮政部门、电讯枢纽、学校等的抗震加固具有重要的工程应用价值。

目前开发的基础隔震方案很多,归纳起来主要有以下几种类型: a.橡胶垫隔震；b.滑移隔震；c.滚珠及滚轴隔震；d.摆动隔震；e.悬吊隔震；f.螺旋钢弹簧隔震；g.混合隔震。

其中,目前工程中最为常用的为橡胶垫隔震。隔震技术的发展已经进入推广使用阶段,国内外的隔震房屋已越来越多,我国的建筑抗震设计规范 (GB5OO11)2001)也已经将隔震和消能减震设计纳入其中。但在既有建筑物上的应用目前还较少,主要是施工难度较大。在上部结构和基础之间设置橡胶垫隔震层的施工,可参照建筑物纠偏顶升技术中的柱墙托换工艺：

第一步:对墙下基础及基础梁按隔震结构的受力要求进行加固,然后在砖墙上开凿出能够满足安装隔震支座和基础隔震支座正常工作空间的洞口,预埋隔震支座的下连接钢板预埋件。

第二步:按新建隔震建筑中隔震支座的施工方法,安装基础隔震支座。

第三步:在隔震支座的顶板上方,分段浇注上支撑梁和托换底盘(或托换夹梁加连系梁),待混凝土达到设计强度时,拆除上支撑梁与基础梁之间的砖墙,保证整个上部结构能在地震发生时可以在水平方向上具有较大的变形能力,并采取必要的构造保护措施(对隔震支座的保护以及墙体的密封措施等),即可完成对砌体结构的隔震加固改造。

2、基于性能和需求的消能减震设计方法

（1）、设计方法概述

基于性能和需求优化配置消能支撑的消能减震设计方法, 即构建混合消能支撑系统(VD-BRB系统),在房屋底层配置防屈曲耗能支撑,在其余层配置粘滞阻尼器。

（2）、利用消能减震技术进行

抗震加固设计流程设计过程中，首先按照现行规范抗震设计方法进行结构验算，确定结构承载力、变形性能等是否符合规范要求，判断采用消能减震加固技术是否可行；如若可行，初步确定阻尼器的数量和布置方式，通过不断试算优化阻尼器布置，保障结构达到预先确定的性能目标; 此后，设计阻尼器并计算消能减震结构附加阻尼比，将阻尼比代入原结构验算结构构件承载力，个别构件承载力不满足规范要求时应进行加固。整个设计过程只包含阻尼器一组变量，因此较容易实现。

（3）、基于性能和需求的消能减震方法进行加固的优势

对建筑采用基于性能和需求的消能减震方法进行加固, 有良好的效果和独特的优势, 主要体现在以下几个方面:

a.这种方法有利于地震能量在第一时间进行耗散, 并且有利于能量向下部基础传播。 b.采用消能减震支撑, 有利于改善结构薄弱层的抗震性能, 使得加固效果的评析更加清晰。

c.混合消能减震支撑系统(VD-BRB系统)有相对较高的性价比。

d.分析显示通过这种方法配置的阻尼器更加合理, 在小、中、大震下阻尼器的性能都发挥很好。

e.采用消能减震支撑的加固措施, 减少了结构加固的工程量, 对原建筑结构影响较小。

f.采用改进的基于性能和需求的消能减震方法进行加固设计相对便捷

五、施工工艺原理和施工工序

1、工艺原理

对砌体结构进行隔震加固的工艺原理主要包括以下两点:

(1)、采用框式托换技术,利用托换夹梁和贯穿墙体的连系梁形成一个刚性底盘,上部结构荷载转移到底盘上,使上部结构与基础分离。其中,墙下托换梁的设计构造是隔震加固过程中关键点之一。

(2)、在底盘与基础之间安装隔震支座,对隔震支座与上下结构构件进行可靠的连接,同时对基础进行加固处理。其中基础加固也是砌体房屋隔震加固设计施工的重点和难点。

2、施工工序

根据工程特点,为使隔震加固安全实施,确定正确的施工工序为: 水准测量y室内外土方开挖y施工放样控制标高y基础加固y施工段划分y墙体托换y墙体开凿y隔震支座就位y混凝土养护、拆模如图1所示。施工过程中除编制施工组织设计外,还要分别编制墙体托换、基础加固等施工专项方案,对各施工分部分项的工序流程、工艺做法要求进行周密分析研究,并做出详尽的规定,对各种可能出现的问题做出预防措施,为工程顺利进行提供充分的技术支持。

六、结束语

从本文的内容可以看出,减震隔震技术的运用,对于建筑结构的抗震加固设计,是设计理念的一次思想的飞跃,这项技术的应用,可以成为建筑的常规加固措施的一个补充和建筑工程中加固技术的延续,能较好的满足建筑的抗震和减震隔震的要求。

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