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中图分类号:TQ336文献标识码: A
摘要:中国经历了过多次刻骨铭心的地震经历,这其中1976年唐山地震和2008年四川汶川地震给国人留下的教训最为惨痛和深刻,基于这种惨痛的经历,相对于传统的加强结构的强度、刚度和延性来抵御地震消极被动的抗震策略,隔震与耗能减震这种积极而主动的抗震策略应运而生,这种方法一定会在未来的建筑设计实践中不断地完善,也会得到更好的发展与应用。
一、 地震现象
地震是地球内部构造运动的产物,是一种自然现象。全世界每年大约发生500万次地震,其中99%的地震都非常小,用很灵敏的仪器才能测量到,而剩下的1%就成为有感地震,这其中能够造成严重破坏的地震,全球每年大约发生18次。
地震按其成因可分为构造地震,火山地震,陷落地震,诱发地震四类。其中由于地壳运动,推挤地壳岩层薄弱部位发生断裂而引发的地震叫构造地震,构造地震分布最广,危害最大;由于火山喷发,岩浆猛烈冲击地面引起的地震成为火山地震;地表或地下岩层突发大规模陷落和崩塌引起的小范围的地面震动叫陷落地震;由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动叫诱发地震。
地震构造运动中,在断层形成的地方大量释放能量,产生剧烈震动,此处就叫做震源,按震源的深浅,地震又可以分为浅源地震,中源地震和深源地震。浅源地震的震源深度在70km以内,它释放着一年中全世界所有地震能量的约85%;中源地震震源深度70~300km范围内,一年中全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地震;震源深度超过300km的地震叫做深源地震,一年中释放所有地震释放能量的3%。
二、 地震对工程结构的破坏
工程结构在地震时所遇到的破坏是造成人民生命财产损失的主要原因,起破坏情况与结构类型和抗震措施等有关。主要破坏情况有:称重结构承载力不足或变形过大而造成的破坏;结构丧失整体稳定性而造成的破坏;地基失效引起的破坏。此外,地震造成的次生灾害,如水灾、火灾、毒气泄漏、滑坡、泥石流、海啸和核泄漏等,其破坏后果也相当严重。2011年日本本州岛以东9.0级特大地震,导致福岛第一核电站3号2号机组相继发生氢气爆炸,除直接造成的人员伤亡外,其核泄漏对子孙后代的影响也是不可忽略的。
回到国内,中国历史上有两次记忆犹新的地震震害教训,1976年唐山地震和2008年汶川地震。1976年7月28日凌晨3时49分56秒,唐山市发生7.8级强烈地震,这是中国历史上、也是400多年来世界地震史中最悲惨的一次。这次地震破坏范围超过3万平方千米,有感范围波及全国14个省、市、自治区,相当于国土面积的一半,这次地震有24.24万人死亡,重伤16万,轻伤36万。震后唐山一片废墟,倒塌房屋530萬间,经济损失100亿人民币。震时列车出轨,桥梁坍塌,供水供电,交通,通讯等系统破坏。发生于北京时间2008年5月12日14时28分的汶川地震,震中位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内、四川省省会成都市西北偏西方向90千米处。根据中国地震局的数据,此次地震面波震级达8.0Ms、矩震级达8.3Mw,破坏地区超过10万平方公里。截至2008年9月18日12时,大地震共造成69227人死亡,374643人受伤,17923人失踪,是新中国成立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最惨重的一次。
两次地震相隔32年,却用数量巨大的伤亡人数,房屋成片倒塌的情景,以及让人潸然泪下的画面和撕心裂肺般的哭喊牵动着每一个人的心,每次回忆,它都像个伤疤一样,即便已经约合却还是忘不了那种痛苦。
地震是最严重的自然灾害之一,而地震引起的房屋倒塌是造成人民生命财产损失的主要原因。因此,采用结构控制提高房屋的抗震性能,实现抗震设防小震不坏,中震可修,大震不倒的三水准设防要求,是减轻地震震害最主要的途径。
三、 隔震与消能减震
传统的结构抗震是通过加强结构本身的抗震性能,即加强结构的强度、刚度和延性来抵御地震,由结构本身储存和消耗地震能量,是被动消极的抗震对策。合理有效的抗震途径是对结构施加控制装置,由控制装置和结构本身共同承受地震作用,同事储存和消耗地震能量,减轻结构地震反应,通过这种减震控制来积极主动的对抗地震。
积极主动的抗震对策有:隔震结构,消能减震结构。
1、隔震结构
在建筑物基础与地基之间设置隔震装置形成隔震层,把房屋结构与基础隔离开来,利用隔震装置来隔离或耗散地震能量以避免或减少地震能量向上部结构传输,减少上部建筑物的地震响应,隔震减震的,从而使建筑在地震作用下不至损害或倒塌,达到最大程度减少人员伤亡的目的。
基础隔震的原理就是通过设置隔震装置系统形成隔震层,延长结构的周期,适当增大结构阻尼,使结构的加速度反应大大减少,同时使结构的位移集中于隔震层,上部结构相对位移较小,结构基本上处于弹性工作阶段,不产生破坏或倒塌。
建筑隔震我优点主要有:增加结构安全性,抗震措施简单明了,防止建筑内部物品移动,翻到,防止非结构构件破坏,震后无需修复,社火经济效益明显,工程造价低。
隔震建筑适用于医院、银行、消防、通信、电力等重要建筑,图书馆和纪念性建筑,首脑机关,指挥中心以及放置贵重设备、物品的房屋。当然也适用于一般工业与民用建筑。
2、耗能减震结构
与隔震结构立足于“隔”不同,耗能减震结构立足于“消”、“减”。
耗能减震技术是在结构某些部位,如柱间、剪力墙、节点、联接缝等部位设置效能器一增加结构阻尼,通过耗能装置产生摩擦以及弯曲弹塑性滞回变形耗能来耗散和吸收地震或风输入结构中的能量,从而减少结构在风荷载和地震作用下的反应。
耗能减震结构具有减震机理明确、减震效果显著、经济合理、技术先进、使用范围广等优点。
应用与耗能减震设计的消能器通常有:摩擦耗能器、钢弹性耗能器、液体阻尼器等。《建筑抗震设计规范》将消能器分为位移相关性、速度相关型和其他类型。大量研究和实践结果表明,在建筑物适当位置合理设置耗能装置后,结构可同时减小水平和竖向地震作用,同时当结构具有足够的附加阻尼时,可满足罕遇地震下预期的结构位移控制。由于耗能器相当于在结构上增加一道防线,其建筑抗震安全性明显增加。
耗能减震结构适用于建筑物使用功能有特殊要求,或建筑物位于8度、9度地震区,且需要减少建筑水平地震位移,采用耗能减震设计的建筑物,起抗震设防目标可高于“三水准”设防目标。
四、总结
隔震和耗能减震是建筑结构减轻地震灾害的新技术,新方法和新途径。隔震体系通过延长结构自振周期减少结构水平地震作用;耗能减震体系通过耗能器增加结构阻尼来减少结构在风和地震作用下的位移,对减少结构水平和竖向地震反应都是有效的。
综合世界上的大地震资料,震源浅,震级高且震源位于人类居住区的地震对于建筑物的破坏是不可避免的,这时候就要实现抗震设防第三水准的设防目标,即“大震不倒”,遇到大于本地区设防烈度要求的罕遇大地震,只要房屋不至于倒塌,让人们有足够的时间逃离建筑,我们抗震的目标也就实现了。
在参加建筑抗震的学习班时,有老师也讲过这样的话,我们不是要求建筑在任何地震时都不破坏,而是地震时可以破坏的次要的构件你就得先坏,这样吸收了绝大一部的地震能量,其他主要构件就能安全地支撑建筑不倒塌,这才是建筑抗震应该做的。隔震和耗能减震结构正是这样一个目的,这样积极主动的抗震理论,设计方法和施工方法,在将来的设计实践中会得到不断的完善和发展。
参考文献:王社良 《抗震结构设计》武汉理工大学出版社
林新阳 周福霖 《消能减震的基本原理和实际应用》【J】世界地震工程 2002.09
雷静雅 罗登贵 《多层建筑基础隔震的减震效果分析》
GB50011-2011 《建筑抗震设计规范》 中国建筑工业出版社
摘要:中国经历了过多次刻骨铭心的地震经历,这其中1976年唐山地震和2008年四川汶川地震给国人留下的教训最为惨痛和深刻,基于这种惨痛的经历,相对于传统的加强结构的强度、刚度和延性来抵御地震消极被动的抗震策略,隔震与耗能减震这种积极而主动的抗震策略应运而生,这种方法一定会在未来的建筑设计实践中不断地完善,也会得到更好的发展与应用。
一、 地震现象
地震是地球内部构造运动的产物,是一种自然现象。全世界每年大约发生500万次地震,其中99%的地震都非常小,用很灵敏的仪器才能测量到,而剩下的1%就成为有感地震,这其中能够造成严重破坏的地震,全球每年大约发生18次。
地震按其成因可分为构造地震,火山地震,陷落地震,诱发地震四类。其中由于地壳运动,推挤地壳岩层薄弱部位发生断裂而引发的地震叫构造地震,构造地震分布最广,危害最大;由于火山喷发,岩浆猛烈冲击地面引起的地震成为火山地震;地表或地下岩层突发大规模陷落和崩塌引起的小范围的地面震动叫陷落地震;由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动叫诱发地震。
地震构造运动中,在断层形成的地方大量释放能量,产生剧烈震动,此处就叫做震源,按震源的深浅,地震又可以分为浅源地震,中源地震和深源地震。浅源地震的震源深度在70km以内,它释放着一年中全世界所有地震能量的约85%;中源地震震源深度70~300km范围内,一年中全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地震;震源深度超过300km的地震叫做深源地震,一年中释放所有地震释放能量的3%。
二、 地震对工程结构的破坏
工程结构在地震时所遇到的破坏是造成人民生命财产损失的主要原因,起破坏情况与结构类型和抗震措施等有关。主要破坏情况有:称重结构承载力不足或变形过大而造成的破坏;结构丧失整体稳定性而造成的破坏;地基失效引起的破坏。此外,地震造成的次生灾害,如水灾、火灾、毒气泄漏、滑坡、泥石流、海啸和核泄漏等,其破坏后果也相当严重。2011年日本本州岛以东9.0级特大地震,导致福岛第一核电站3号2号机组相继发生氢气爆炸,除直接造成的人员伤亡外,其核泄漏对子孙后代的影响也是不可忽略的。
回到国内,中国历史上有两次记忆犹新的地震震害教训,1976年唐山地震和2008年汶川地震。1976年7月28日凌晨3时49分56秒,唐山市发生7.8级强烈地震,这是中国历史上、也是400多年来世界地震史中最悲惨的一次。这次地震破坏范围超过3万平方千米,有感范围波及全国14个省、市、自治区,相当于国土面积的一半,这次地震有24.24万人死亡,重伤16万,轻伤36万。震后唐山一片废墟,倒塌房屋530萬间,经济损失100亿人民币。震时列车出轨,桥梁坍塌,供水供电,交通,通讯等系统破坏。发生于北京时间2008年5月12日14时28分的汶川地震,震中位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内、四川省省会成都市西北偏西方向90千米处。根据中国地震局的数据,此次地震面波震级达8.0Ms、矩震级达8.3Mw,破坏地区超过10万平方公里。截至2008年9月18日12时,大地震共造成69227人死亡,374643人受伤,17923人失踪,是新中国成立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最惨重的一次。
两次地震相隔32年,却用数量巨大的伤亡人数,房屋成片倒塌的情景,以及让人潸然泪下的画面和撕心裂肺般的哭喊牵动着每一个人的心,每次回忆,它都像个伤疤一样,即便已经约合却还是忘不了那种痛苦。
地震是最严重的自然灾害之一,而地震引起的房屋倒塌是造成人民生命财产损失的主要原因。因此,采用结构控制提高房屋的抗震性能,实现抗震设防小震不坏,中震可修,大震不倒的三水准设防要求,是减轻地震震害最主要的途径。
三、 隔震与消能减震
传统的结构抗震是通过加强结构本身的抗震性能,即加强结构的强度、刚度和延性来抵御地震,由结构本身储存和消耗地震能量,是被动消极的抗震对策。合理有效的抗震途径是对结构施加控制装置,由控制装置和结构本身共同承受地震作用,同事储存和消耗地震能量,减轻结构地震反应,通过这种减震控制来积极主动的对抗地震。
积极主动的抗震对策有:隔震结构,消能减震结构。
1、隔震结构
在建筑物基础与地基之间设置隔震装置形成隔震层,把房屋结构与基础隔离开来,利用隔震装置来隔离或耗散地震能量以避免或减少地震能量向上部结构传输,减少上部建筑物的地震响应,隔震减震的,从而使建筑在地震作用下不至损害或倒塌,达到最大程度减少人员伤亡的目的。
基础隔震的原理就是通过设置隔震装置系统形成隔震层,延长结构的周期,适当增大结构阻尼,使结构的加速度反应大大减少,同时使结构的位移集中于隔震层,上部结构相对位移较小,结构基本上处于弹性工作阶段,不产生破坏或倒塌。
建筑隔震我优点主要有:增加结构安全性,抗震措施简单明了,防止建筑内部物品移动,翻到,防止非结构构件破坏,震后无需修复,社火经济效益明显,工程造价低。
隔震建筑适用于医院、银行、消防、通信、电力等重要建筑,图书馆和纪念性建筑,首脑机关,指挥中心以及放置贵重设备、物品的房屋。当然也适用于一般工业与民用建筑。
2、耗能减震结构
与隔震结构立足于“隔”不同,耗能减震结构立足于“消”、“减”。
耗能减震技术是在结构某些部位,如柱间、剪力墙、节点、联接缝等部位设置效能器一增加结构阻尼,通过耗能装置产生摩擦以及弯曲弹塑性滞回变形耗能来耗散和吸收地震或风输入结构中的能量,从而减少结构在风荷载和地震作用下的反应。
耗能减震结构具有减震机理明确、减震效果显著、经济合理、技术先进、使用范围广等优点。
应用与耗能减震设计的消能器通常有:摩擦耗能器、钢弹性耗能器、液体阻尼器等。《建筑抗震设计规范》将消能器分为位移相关性、速度相关型和其他类型。大量研究和实践结果表明,在建筑物适当位置合理设置耗能装置后,结构可同时减小水平和竖向地震作用,同时当结构具有足够的附加阻尼时,可满足罕遇地震下预期的结构位移控制。由于耗能器相当于在结构上增加一道防线,其建筑抗震安全性明显增加。
耗能减震结构适用于建筑物使用功能有特殊要求,或建筑物位于8度、9度地震区,且需要减少建筑水平地震位移,采用耗能减震设计的建筑物,起抗震设防目标可高于“三水准”设防目标。
四、总结
隔震和耗能减震是建筑结构减轻地震灾害的新技术,新方法和新途径。隔震体系通过延长结构自振周期减少结构水平地震作用;耗能减震体系通过耗能器增加结构阻尼来减少结构在风和地震作用下的位移,对减少结构水平和竖向地震反应都是有效的。
综合世界上的大地震资料,震源浅,震级高且震源位于人类居住区的地震对于建筑物的破坏是不可避免的,这时候就要实现抗震设防第三水准的设防目标,即“大震不倒”,遇到大于本地区设防烈度要求的罕遇大地震,只要房屋不至于倒塌,让人们有足够的时间逃离建筑,我们抗震的目标也就实现了。
在参加建筑抗震的学习班时,有老师也讲过这样的话,我们不是要求建筑在任何地震时都不破坏,而是地震时可以破坏的次要的构件你就得先坏,这样吸收了绝大一部的地震能量,其他主要构件就能安全地支撑建筑不倒塌,这才是建筑抗震应该做的。隔震和耗能减震结构正是这样一个目的,这样积极主动的抗震理论,设计方法和施工方法,在将来的设计实践中会得到不断的完善和发展。
参考文献:王社良 《抗震结构设计》武汉理工大学出版社
林新阳 周福霖 《消能减震的基本原理和实际应用》【J】世界地震工程 2002.09
雷静雅 罗登贵 《多层建筑基础隔震的减震效果分析》
GB50011-2011 《建筑抗震设计规范》 中国建筑工业出版社