-
浅谈工业建筑的消能减震技术
摘要
:
本文简述了消能减震技术在工业建筑中的发展应用,简要分析了消能减<
/p>
震技术的设计原理,
介绍了应用消能减震技术原理的减震器种类及
其特点,
最后
分析了消能减震技术在应用中存在的问题。
关键词
:
消能减震
;工业建筑
Application of
Energy
-
Dissipating and
Shock
-
Absorbing
Technique in Industrial Construction
Abstract
:
This
text
sketched
the
application
and
developmen
t
of
p>
Energy
-
Dissipating
and Shock
-
Absorbing
Technique in industrial construction. The
principle and structure of
Energy
-
Dissipating and
Shock
-
Absorbing Technique
were
analyzed briefly. Then, the
varieties and application range of
shock
absorber which
was
designed
with
Energy
-
Dissipatin
g
and
Shock
-
Absorbing
Technique
were
introduced.
Finally,
this
text
also
analyzed
the
problems
existed
in
application
of
Energy
-
Dissipatin
g and Shock
-
Absorbing
Technique.
Key
words
:
Energy
-
Dissipating and
Shock
-
Absorbing;
Industrial Construction.
1.
引言
地震是一种多发自然灾害。
据统计,
世
界上平均每年发生造成严重破坏的地震
约
18
次,
每年平均有
10000
人死于地震中。
我国是世界上地震多发的国家之一,
发生过破坏性地震的城市占全国城市总数的
10%
以上,给
人民的生命财产和国民
经济造成了巨大的损失。
地震引起的震动
对工业建筑会产生毁灭性的破坏,
不仅
对人员造成严重的伤害,
还造成重大的经济损失。
为防止地震对建筑的危害,
传
统的方法是采用抗震结构体系,
依靠结构的承载
力和变形能力,
来耗散地震能量,
使结构免于倒塌。
但传统抗震方法在实际应用中存在诸多的不利因素,
如地震的
不确定性,经济性,修复困难,造价高等。而随着技术的发展,消能减震技术大
大提高了建筑的抗震能力。
本文结合工业建筑的设计与施工中阻尼器的使用,
对
消能减震技术在工业建筑中的应用进行了探讨、研究。
2
消能减震技术的发展
上世纪末,
有专家学者设想在建筑物上部结构和基础之间设滑移层作为隔离装
置,阻止地震能量向
上传递。
1921
年,日本东京的帝国饭店基础,采用了密集短
桩穿过硬土层,伸到软泥层底部,利用软泥土层作为“隔震垫”的做法,这一隔
震设计方法使该建筑在
1923
年的关东大地震
中保存完好。
早期的隔震建筑还有南
斯拉夫的贝斯特洛奇小学、
新西兰的威廉·
惠灵顿大楼等。
美国与
日本的有些隔
震建筑也分别在洛杉矶北岭的
6.8
级地震和日本阪神的
7.2
级地震中经受了考验。<
/p>
我国从上世纪印年代开始关注隔震理论的研究,
近年来已取得了很多成果与经
验。
我国隔震建筑目前已
应用于多个省市自治区,
已设计和建成的隔震房屋数量
仅次于日
本,其中较有代表性的有
:
汕头全国第一幢隔震住宅楼,被联合
国评价
为
“世界隔震技术发展的第三个里程碑”
;
北京通惠家园住宅区隔震住宅楼
;
< br>全国
第一座铁路隔震桥梁—
新
疆布谷孜大桥
(9
孔,
各
32m);
全国第一座隔震公路桥梁
一石家庄石津渠
桥
(3
孔,各
14m)
等。
3
消能减震技术的设计原理
依据
<<
建筑抗震设计规范
>> ( GB
50011-2010)
规定
,
当主体结构基本处于弹
性工作阶段时
,
消能减震设计可采用线性分析方法作简化估算。
<<
建筑抗震设计规范
>>
对于阻尼器的设计参数规定只提及由试验确定
,
对于
阻尼器的理论并无多加说明。
根据美国
FEMA
356
规范
,
可将位移型阻尼器之行为
等效线性化
,
其受力与位移反应关系如下
:
F
p>
?
K
eff
D
p>
(1
)
式中
,
K
e
ff
为阻尼器的有效刚度
; D
为阻尼器上下两端点的相对位移。
消能减震部件附加给结构的有效阻尼比可依下式估算
:
?
p>
a
?
W
c
(2)
4
?
W
s
式中
,
?
a
为消能减震结构的附加有效阻尼比
,
依
<<
建筑抗震设计规范
>>
规定
,
?
a
不超过
20% Wc
为所有消能部件在结
构预期位移下往复一周所消耗的能
量
;Ws
为设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能
,
在不计及扭转影时
,Ws
?
1
?
可为
:
W
s
?
?
p>
?
?
Fu
i
i
(
3
)
p>
?
2
?
式中
,
F
i
为质点
p>
i
的水平地震作用标准值
; ui
为质点
i
对应于水平地震作用标
准值的位移。
为能较准确掌握阻尼器的线性分析结果
,
依据
<<
建筑抗震设计规范
>><
/p>
及美国
FEMA
356
规范的相关规定
,
将线性分析步骤简单描述如下
:
(1
)
计算与阻尼器相接合的斜撑、
墙体或梁等支撑构件的刚度
p>
?
K
b
?
j
,
j
代表第
j
个阻尼器。
(2
)
设定阻尼器的初始设计参数
(
如
p>
?
K
eff
阻尼比
。
(3)
将阻尼器的有效刚度
?
K
eff
?
j
,
C
j
)
及初始的消能减震结构之有效
?
j
和支撑构件的刚度
?
K
p>
b
?
j
,
利用串联关系计算
求得各消能减震部件
(
p>
含阻尼器及其接合的支撑构件
)
的等值刚
度
?
K
a
?<
/p>
j
。
(4)<
/p>
利用
?
K
a
p>
?
j
将各消能减震部件转换为等值斜撑或等
值柱
,
并求得其断面性
质。
(5)
将消能减震结构的初始有效阻尼比和各等值斜撑或等值柱的断面性质放入
分析模型中
,
并依据
< br><<
建筑抗震设计规范
>>
规定
,
采用底部剪力法、振型分解反
应谱
法和时程分析法做结构分析。
(6)
经由结构分析求得各楼层的水平剪力、水平相对位移及各等值斜撑或等值
柱的剪力
?
F
a
?
j
和相对位移
?
?
a
?
j
。
(7)
利用各楼层的水平剪力、水平相对位移或
利用公式
( 3)
计算结构在水平地
震
力下的总应变能
W
s
。
(8)
依能量相等法则
,
如图
1
所示
,
利用各等值斜撑或等值柱的剪力
?
F<
/p>
a
?
j
和相
p>
对位移
?
?
a
p>
?
j
可求得第
j<
/p>
个阻尼器在地震作用下实际的阻尼力
?
F
D
?
j
及位移
?
?
D
?
p>
j
图
1
能量相等法则示意图
F ig. 1
Sketch of equa l
-
energy rule
(9)
由阻尼器的阻尼力及位移
?
p>
?
D
?
j
计算求得所有阻尼器所做的功
W
c
。
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-
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