房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)應(yīng)用的探究工學(xué)論文
摘要：筆者經(jīng)過(guò)實(shí)踐并進(jìn)行理論總結(jié)后，在本文中就房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)的原理和施工技術(shù)要點(diǎn)做了詳細(xì)和系統(tǒng)的介紹，并且通過(guò)比較將房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)抗震性能好和節(jié)約成本等優(yōu)越性展現(xiàn)出來(lái)。最后筆者還就目前該技術(shù)的應(yīng)用情況做出了總結(jié)。
關(guān)鍵詞：房屋基礎(chǔ)隔震原理技術(shù)要點(diǎn)優(yōu)勢(shì)現(xiàn)狀
2008年的5·12汶川地震在給我們帶來(lái)傷痛的同時(shí)也引起了各界對(duì)房屋建設(shè)的關(guān)注，對(duì)于每一名房屋設(shè)計(jì)和建設(shè)者來(lái)說(shuō)如何提高房屋的抗震能力成了必須思考和探索的問(wèn)題。廣木線(xiàn)穿心店站的貨運(yùn)樓在其周?chē)课莼镜顾那闆r下仍然可以保持房屋上部結(jié)構(gòu)的基本完整性這一特殊的現(xiàn)象為我們有效提高房屋抗震性能提供了一種可能。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該樓房在修建過(guò)程中應(yīng)用房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)，這就提示我們房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)能有效提供房屋抗震性能，而這一點(diǎn)在國(guó)家現(xiàn)行的GB50011．2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中得到證明。下面就介紹一下房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)的基本原理和優(yōu)越性，并且探討一下其應(yīng)用的方法。
1房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)的基本原理
房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)的基本原理就是在房屋的上部結(jié)構(gòu)同地基之間實(shí)現(xiàn)柔性連接——一般是在上下結(jié)構(gòu)的中間增加水平剛度低且具有適當(dāng)?shù)母粽鸷驮黾咏Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)的柔性，使上部結(jié)構(gòu)得以同可能造成破壞的地面運(yùn)動(dòng)分離，以達(dá)到降低房屋上部結(jié)構(gòu)的地震能量加速，且提高房屋對(duì)于地震的抵抗能力的目的�？梢哉f(shuō)基礎(chǔ)隔震技術(shù)通過(guò)“以柔克剛”的方式使得房屋的抗震性能大大提高。當(dāng)?shù)卣鹌茐某潭容^小時(shí)，“隔震裝置的初始剛度足以使房屋屹立不動(dòng)”[1]，在遇到破壞性大的地震時(shí)這種設(shè)計(jì)就可以保持房屋的基本結(jié)構(gòu)讓房屋不至完全倒塌，就像5·12地震中的廣木線(xiàn)穿心店站的貨運(yùn)樓。
房屋結(jié)構(gòu)應(yīng)用基礎(chǔ)隔震措施后,其周期是沒(méi)有應(yīng)用基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的2～3倍，依據(jù)反應(yīng)譜理論可知較長(zhǎng)的隔震建筑的周期可以使地震對(duì)房屋的影響大幅度減小。但就傳統(tǒng)對(duì)原理的解釋來(lái)看，這種隔震設(shè)計(jì)一般多用于層數(shù)較少的樓房，而目前我國(guó)在高層建筑中也開(kāi)始了基礎(chǔ)隔震技術(shù)的使用。雖然，這用傳統(tǒng)的理論很難解釋其合理性，但是從實(shí)際運(yùn)用中來(lái)看，我們?nèi)耘f可以發(fā)現(xiàn)其合理因素所在，即就隔震能力本身而言基礎(chǔ)隔震技術(shù)降低房屋上部結(jié)構(gòu)的地震能量加速。
2房屋基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的優(yōu)越性
無(wú)論是從理論上還是實(shí)踐中基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)在抗震能力和節(jié)約成本方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。
2.1抗震能力更好明顯有效地提高了地震對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的影響�；A(chǔ)隔震技術(shù)使得房屋結(jié)構(gòu)的加速度降低60%左右，也就是相當(dāng)于沒(méi)有運(yùn)用基礎(chǔ)抗震技術(shù)結(jié)構(gòu)的1／10～1／4。如此一來(lái)房屋上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)也剛體平動(dòng)十分類(lèi)似，從而能讓房屋的整體結(jié)構(gòu)得到有效的保護(hù)，同時(shí)也因結(jié)構(gòu)的震動(dòng)得以保持在較為輕微的水品內(nèi)而讓房屋的內(nèi)部設(shè)施。同時(shí)在地震時(shí)，應(yīng)用了基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的房屋能夠保持上部結(jié)構(gòu)的彈性工作狀態(tài)的正常運(yùn)作，這可以給某些重要的建筑物以可靠的保護(hù)。
2.2節(jié)約成本從目前國(guó)內(nèi)的房屋建設(shè)實(shí)例來(lái)看，采用了基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的房屋在初始造價(jià)上往往較非基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的房屋高，但是我們?cè)谟?jì)算隔震設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性時(shí)不能只考慮初始的工程費(fèi)用，而應(yīng)該從其抗震性能、抗震安全性、震后維護(hù)等方面來(lái)進(jìn)行評(píng)估。首先，房屋基礎(chǔ)隔震可以有效的保護(hù)房屋內(nèi)部的浮放設(shè)備，防止內(nèi)部物品的破損，減少了受災(zāi)群眾的經(jīng)濟(jì)損失和次生災(zāi)害的發(fā)生。其次，抗震措施簡(jiǎn)單明了，隔震設(shè)計(jì)僅考慮隔震裝置，“這樣就可以把設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造的注意力集中到這些構(gòu)件上”[2]，因此建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工得以簡(jiǎn)化。最后，地震后無(wú)需對(duì)隔震建筑進(jìn)行過(guò)多的維修。
3房屋基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法
3.1隔震裝置的選擇現(xiàn)階段常用的隔震裝置有：加鉛芯的多層橡膠支座、橡膠隔震支座、摩擦滑動(dòng)層隔震裝置、阻尼器。這些隔震裝置都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，具體什么選擇還得按照房屋的總體設(shè)計(jì)需要來(lái)，但總的來(lái)講要想隔震裝置在地震中發(fā)揮作用，保證房屋整體的抗震性能和安全性，就必須就有適當(dāng)?shù)淖枘峒跋苣芰A(chǔ)隔震裝置必須具有一定的阻尼、消能能力和豎向承載能力。下面我們就以疊層橡膠隔震支座為例。疊層橡膠隔震支座一般用天然橡膠或者人工合成橡膠制作，呈圓柱形，直徑在300mm以上1000mm以下，單個(gè)可以承重500KN到700KN。其有點(diǎn)是有很好的自復(fù)能力。其缺點(diǎn)是“由于上部結(jié)構(gòu)的粱是由疊層橡膠支座為其豎向支座的，為了減小梁的跨度，就需要放置比較多的`疊層橡膠支座，那么就提高了整個(gè)隔震體系的成本�！盵3] 3.2確定水平向減震系數(shù)水平向減震系數(shù)取值必須大于等于0.25，而且隔震作用發(fā)揮后，地震作用的總水平應(yīng)該是隔震結(jié)構(gòu)相對(duì)的減震系數(shù)的百分之七十。為了更加合理化水平向減震系數(shù)，我們要根據(jù)具體情況配合相應(yīng)的防烈度，具體來(lái)說(shuō)可看下表：
水平向減震系數(shù)防裂度
0.256-7
0.386-8
0.56-8
0.757-9
3.3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)當(dāng)我們進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮隔震產(chǎn)生的減震效果，只需按原設(shè)防烈度著手設(shè)計(jì)即可。
3.4隔震層設(shè)計(jì)要點(diǎn)隔震層能在地震中起到應(yīng)有作用是設(shè)計(jì)的根本，因而就必須確保整體隔震結(jié)構(gòu)得以協(xié)調(diào)工作，這樣一來(lái)我們?cè)趯⒕哂泻线m剛度的梁板體系安排在隔震結(jié)構(gòu)的項(xiàng)部的同時(shí)要做到讓該層隔震裝置的兩種負(fù)荷——永久、可變負(fù)荷的“豎向平均壓應(yīng)力限值不超過(guò)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，且在罕遇地震下不出現(xiàn)拉應(yīng)力�！盵4]還有一點(diǎn)需要我們注意，就是雖然在前面已經(jīng)列出了防烈度的相應(yīng)系數(shù)，但是考慮到在遇到豎向地震是隔震層的相對(duì)無(wú)力，在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是我們有必要把水平向換算烈度提高�；A(chǔ)隔震設(shè)計(jì)不是單靠哪一個(gè)部分就能夠完成的，要想使得隔震設(shè)計(jì)的性能得到良好的發(fā)揮，就必須保證設(shè)計(jì)的每個(gè)部分都不能脫節(jié)，要重視連接點(diǎn)的重要性，從全局出發(fā)著手設(shè)計(jì)。
3.5隔震層設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)隔震層的抗震性能還收其以下結(jié)構(gòu)的影響，因此我們要注意一下的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：①對(duì)于支柱、支墩等地相連且有相當(dāng)大的承重任務(wù)的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)要以高標(biāo)注也就是罕見(jiàn)破壞性地震作為隔震底部相關(guān)力如豎向力和水平力的計(jì)算依據(jù)。②要具體問(wèn)題具體分析，不同的地區(qū)對(duì)于隔震建筑地基有這不同的要求和標(biāo)準(zhǔn)，所以我們?cè)谧鞒鼍_計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)不能忽略相應(yīng)地區(qū)抗震防烈度。
4房屋基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)在我國(guó)的應(yīng)用情況和前景展望
基礎(chǔ)隔震的概念早在1881年就已提出，但其真正開(kāi)始在工程上運(yùn)用是到上世紀(jì)20年代才開(kāi)始。而我國(guó)卻是到了60年代才開(kāi)始有學(xué)者關(guān)注這一技術(shù)，所以該技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，不過(guò)經(jīng)過(guò)不斷的推廣，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有包括北京、天津、汕頭、西安、南京、深圳等在內(nèi)的地方進(jìn)行了基礎(chǔ)隔震技術(shù)工程的試點(diǎn)建設(shè)和推廣。但是我們發(fā)現(xiàn)在西部，這一技術(shù)的應(yīng)用并不充分，而我國(guó)西部一些人口密集的城市地處地震帶，汶川、玉樹(shù)的地震給我們提了個(gè)醒，我們應(yīng)該重視推廣該技術(shù)的應(yīng)用輻射地區(qū)，特別是西部地區(qū)。
參考文獻(xiàn)：
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