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隔震與消能減震技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)抗震技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)?

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在 18世紀(jì) 工業(yè)革命時(shí)期,以英國(guó)為中心,發(fā)展了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。但英國(guó)等歐洲國(guó)家處于地震發(fā)生較少的區(qū)域,致使防震技術(shù)在第一次工業(yè)革命未被啟動(dòng)。

至 19—20世紀(jì) ,技術(shù)革命向存在地震危險(xiǎn)的美國(guó)、日本等國(guó)家擴(kuò)展,防震技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展,首先是建立了強(qiáng)度抗震體系( 20世紀(jì)30年代 ),然后又發(fā)展了強(qiáng)度-延性抗震體系( 20世紀(jì)70年代 ),即現(xiàn)在的傳統(tǒng)抗震體系。

※ 傳統(tǒng)抗震體系存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)抗震技術(shù)體系雖然有不錯(cuò)的抗震效果,但是也存在一些難以解決的問(wèn)題:

(1) 結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題 。在設(shè)計(jì)烈度內(nèi),這種傳統(tǒng)抗震體系能避免結(jié)構(gòu)倒塌,但當(dāng)遭遇 超過(guò)設(shè)計(jì)烈度 的地震時(shí),將可能導(dǎo)致成片建筑結(jié)構(gòu)倒塌,引發(fā)地震災(zāi)難。

(2) 建筑破壞問(wèn)題 。在地震作用下,傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)鋼筋屈服和混凝土裂縫,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)延性,國(guó)內(nèi)外專家早就指出“延性就是破壞”,導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)在震后難以修復(fù),雖未倒塌但又不能使用,成為 “站立著的廢墟” 。

(3) 建筑功能喪失問(wèn)題 。在地震作用下,傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的非彈性變形和強(qiáng)烈振動(dòng),引起建筑中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及裝修、吊頂?shù)鹊钠茐?,以及室?nèi)設(shè)備、儀器、瓶罐等的掉落破壞,必然導(dǎo)致建筑使用功能甚至城市功能的喪失,引起 直接或間接 的人員傷亡或?yàn)?zāi)難。

由于傳統(tǒng)抗震技術(shù)體系長(zhǎng)期存在難以解決的問(wèn)題,所以新的防震技術(shù)便產(chǎn)生了——隔震技術(shù)與消能減震技術(shù)。

※ 隔震體系

隔震體系是指在結(jié)構(gòu)底部或某層間設(shè)置由柔性隔震裝置(如疊層橡膠隔震支座)組成的隔震層,形成水平剛度很小的“柔性結(jié)構(gòu)”體系。

與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比,隔震結(jié)構(gòu)有下述的優(yōu)越性:

(1) 隔震體系可使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)降為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的 1/41/8 ,使隔震結(jié)構(gòu)有很寬的“防巨震安全極限邊界”。

結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)自振周期延長(zhǎng)而降低

(2) 地震時(shí)上部結(jié)構(gòu) 保持彈性 ,結(jié)構(gòu)在地震中不損壞,避免震后困難的修復(fù)工作。

(3) 可實(shí)現(xiàn)性能化防震設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)地震設(shè)防的 “雙保護(hù)” ,既保護(hù)結(jié)構(gòu)安全, 也保護(hù)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、室內(nèi)設(shè)備儀器等的使用功能不中斷。

隔震與消能減震技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)抗震技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)?

傳統(tǒng)抗震體系(左)與隔震體系(右)

(4)適用于規(guī)則建筑結(jié)構(gòu),也適用于非規(guī)則建筑結(jié)構(gòu) 。隔震后的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)大幅降低,結(jié)構(gòu)的水平變形(層間變形或扭轉(zhuǎn)變形等)都集中在柔軟的隔震層而不發(fā)生在建筑結(jié)構(gòu)本身,從而保護(hù)功能要求較高的復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu),在地震中不被損壞。

(5) 采用隔震技術(shù), 投資增加不多 。當(dāng)隔震技術(shù)應(yīng)用于防震性能要求較高或高烈度地區(qū)時(shí),還能降低建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)。

(6) 隔震技術(shù)不僅可用于新建建筑,也可用于 對(duì)既有結(jié)構(gòu) 進(jìn)行隔震加固,能大幅提高地震安全性。

※ 消能減震技術(shù)體系

結(jié)構(gòu)消能減震體系,是把結(jié)構(gòu)的某些非承重構(gòu)件(如支撐、剪力墻等)設(shè)計(jì)成消能構(gòu)件,或在結(jié)構(gòu)的某些部位(節(jié)點(diǎn)或聯(lián)結(jié)處)安裝耗能裝置(阻尼器等)。

隔震與消能減震技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)抗震技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)?

傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)(左)消能減震結(jié)構(gòu)(右)

在風(fēng)荷載或小地震時(shí) ,這些消能桿或阻尼器仍處于彈性狀態(tài),結(jié)構(gòu)仍具有足夠的側(cè)向剛度,以滿足正常使用要求。

在中強(qiáng)地震發(fā)生時(shí) ,隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大,這些消能構(gòu)件和阻尼器率先進(jìn)入非彈性變形狀態(tài),產(chǎn)生較大阻尼,消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量,使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的破壞,并迅速衰減結(jié)構(gòu)地震反應(yīng),從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震中免遭過(guò)度破壞。

隔震與消能減震技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)抗震技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)?

采用消能減震技術(shù)的建筑

與傳統(tǒng)的抗震體系相比較,消能減震體系有如下的優(yōu)越性:

(1) 傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系是把結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件 (梁、柱、節(jié)點(diǎn)) 作為消能構(gòu)件的,地震中受損壞的是這些承重構(gòu)件,甚至導(dǎo)致房屋倒塌。而消能減震體系則是以非承重構(gòu)件作為消能構(gòu)件或另設(shè)耗能裝置,它們的損壞過(guò)程是保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的過(guò)程,所以是安全可靠的。

(2) 消能構(gòu)件在震后易于修復(fù)或更換,使建筑結(jié)構(gòu)物 迅速恢復(fù) 使用。

(3) 可利用結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件( 支撐、剪力墻等 )作為消能構(gòu)件,無(wú)須專設(shè)。

(4) 可衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 20%50% 。

資料參考:《隔震、消能減震與結(jié)構(gòu)控制體系——終止我國(guó)城鄉(xiāng)地震災(zāi)難的必然技術(shù)選擇》周福霖。

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