谈建筑工程中的结构抗震技术

1、谈建筑工程中的结构抗震技术    摘要：地震是一种突发性的自然灾害，其对于房屋的破坏是不容忽视的，在建筑结构设计过程中，我们应当注重建筑结构的抗震设计，以减少地震带来的灾害与损失。本文提出了建筑结构抗震技术中的三大关键问题，重点分析了建筑工程结构抗震控制的技术。    关键词：建筑工程， 结构 ， 抗震 ，技术 建筑工程结构抗震技术的最基本的思想就是要想方设法增加建筑物的阻尼，以增大对地震所释放能量的吸收和消耗量，从而达到减轻振动.减少损害的目的。这是建筑工程结构抗震技术区别于传统抗震技术的根本所在，结构抗震技术是

2、将地震看作一种能量的释放过程，透过增加建筑物的阻尼的方式主动抗震，从而减轻地震对建筑物的破坏。而传统的抗震方法只是将地震看作是一种力的作用，透过增强建筑物的刚度和强度的方式实行被动防震，效果并不理想。一、建筑结构抗震技术中的三大关键问题1.抗震场地的选择选择对建筑抗震有利的场地,宜避开对建筑抗震不利的地段,不应在危险地段建造甲.乙.丙类建筑。地震造成建筑物的破坏,除地震直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂,地基土的小均匀沉陷,滑坡和粉.砂土液化等。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段,如软弱场地土.易液化土.状态明显不均匀等地段;当无法避

3、开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别.地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度.部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施;当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层.新近填土和严重不均匀土层时,估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,采用桩基.地基加固和加强基础和上部结构的处理措施;对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。2.建筑结构体系的合理选择建筑结构体系的合理选择是结构设计应考虑的一个重要问题,结构方案的选取是否合理,对安全性和经济性起决定的作用。具体而言,应注重以下几方面的设计:第一,结构体系应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或

4、对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的赘余度和内力重分配的功能,即使地震中部分构件退出工作,其余构件仍能将竖向荷载承担下来,避免整体结构失效或失稳。第二,结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。在这过程中,竖向构件的布置,应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀;楼屋盖梁系的布置,应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙.柱上去;转换结构的布置,应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。与此同时,整体抗侧力结构体系也必须明确,抗侧力结构一般由框架.剪力墙.简体.支撑等组成,它们宜尽量贯通连续,若它们沿

5、竖向要有变化,则变化要缓慢均匀。第三,结构体系应具备必要的承载能力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力。钢筋混凝土结构具有良好的塑性内力重分布能力,能较充分地发挥吸收和耗散地震能量的作用。第四,结构体系应具有合理的刚度和强度。宜具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中;框架结构设计应使节点基本不破坏,底层柱底的塑性铰宜晚形成,应当使梁.柱端的塑性铰出现得尽可能分散;对于可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。3.重视建筑平面布置的规则性建筑的平.立面布置应符合抗震概念设计原则,宜采用规则的建筑设计方案,不应采用严重不规则的设计方案。抗震设

6、计规范规定,对平面不规则或竖向不规则,或平面.竖向均不规则的建筑结构,应采用空间结构计算模型;对凹凸不规则或楼板局部不连续时,应采用符合楼板平面内的实际刚度变化的计算模型;对薄弱部位应乘以内力增大系数,应按规范有关规定进行弹塑性变形分析,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。在我国建筑中,结构的对称性主要指的是抗侧力主体结构的对称。对称的建筑如平面对称的简体框架结构.筒中筒结构.简体结构.框剪结构.剪力墙结构.框架结构等,一般比较容易实现结构的对称性。结构的规则性主要体现在以下四个方面:一是建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近.变形特性要比较相近;二是建筑主体抗侧力结构沿竖向断面.构

7、成变化比较均匀,不要突变;三是建筑主体抗侧力结构的平面布置,应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀;四是建筑主体抗侧力结构的平面布置还应注意中央核心与周边结构的刚度协调均匀,保证主体结构具有较好的抗扭刚度,以避免建筑在地震或风的扭矩作用下产生过大的扭转变形,从而引起结构或非结构构件的破坏。可以说,重视建筑平面布置的规则性在建筑结构设计中相关重要,在实践中应高度重视这方面的规范。二、建筑工程结构抗震控制的技术分析1.被动控制被动控制的防震技术并不包含外部能源的抗震技术，通常是在建筑物的某个部位增加子系统，或者对建筑物的某些构建进行结构上的处理，以改变其动力特性。当前，建筑物的被动控制抗震技

8、术已经成为一个研究热点，在很多建筑工程中都有应用，被动控制抗震技术可以分为基础隔震以及耗能减震两个类别。（1）基础隔震建筑物的基础隔震技术指的是在建筑物的基础部分构建控制机构来阻隔地震时能量的向上传送，以达到减轻建筑物的振动，降低地震破坏的效果。从隔震技术的发展过程来看，它有以下的特点：第一，建筑物隔震技术在建筑业的运用越来越普及，越来越广泛。建筑物隔震技术不但在近几年的一些新建工程中有广泛的运用，在旧有建筑物的防震加固中也时常用到。第二，建筑物隔震技术的结构形式设计日益多样化，已经从传统的砌体结构以及钢筋混凝土结构发展为组合结构.钢结构以及木结构。第三，隔震技术可以选择的隔震装置日益增多。当

9、前研究应用的建筑物震技术主要有：摩擦滑移隔震.层橡胶垫隔震.支撑式摆动隔震.珠及滚轴隔震以及混合隔震等。（2） 耗能减震建筑物耗能减震技术是将建筑物的一些部件设计成耗能元件，或者在建筑物的一些部位装配阻尼器。在小震以及风荷载的作用下，这些阻尼器和耗能元件都处于弹性状态，使建筑物的整个结构具备很强的侧向刚度，进而在地震中发挥重要作用。在强烈地震发生时，阻尼器和     耗能元件会进入非弹性状态，使建筑物的阻尼大大增加，大量吸收和消耗地震能量，使建筑物的主体振动大大减小，进而达到保护建筑物的效果。建筑物耗能减震技术的原理是将地震能量导向特别的元件或者机构并加

10、以吸收和消耗，进而减轻建筑物主体的损耗，它有以下特点：第一，安全，凭借耗能装置来消耗地震能量，进而保护建筑物；第二，经济，成本不是很高；第三，合理；第四，维护费用低，适用范围广。当前，比较常用的耗能减震装置有复合型耗能器.摩擦耗能减震装置.粘滞阻尼器.金属阻尼器以及粘弹性阻尼器等。2.主动控制建筑工程中的主动控制抗震技术需要外部能源来实现，它需要透过施加和振动方向相反的作用力来进行建筑物减震。这种技术的原理是：传感器对建筑物的外部激励以及动力响应进行监测，然后将信号传送到计算机， 计算机再依据程序计算应该施加的作用力的大小，然后经过外部的能源驱动控制系统产生所需求的作用力。当前建筑业已经研究和

11、开发的建筑物主动控制抗震装置主要有： 主动拉索系统.主动质量阻尼系统.主动空气动力挡风板系统.主动支撑系统以及气体脉冲发生器等。3.半主动控制建筑物半主动控制抗震技术是使用控制机构来调节建筑物在地震发生时的结构参数来实现减震目的的，这项技术对于外部能源的要求不高，不需要使用强电，只需要弱电装置来供应就可以了，比如蓄电池等。半主动控制抗震技术通常使用开关来控制，透过开关来调节控制器的状态，进而改变建筑物的动力特性。当前建筑业比较常用的建筑物半主动控制减震装置有：可变阻尼系统.可变刚度系统.可控液体阻尼器.主动调节参数质量阻尼系统以及可控摩擦式隔震系统等。4.混合控制建筑物混合控制抗震技术是被动控

12、制与主动控制的综合应用。这种抗震技术充分运用了被动控制与主动控制的抗震优点，它既能够透过被动控制抗震系统吸收和耗散地震能量，又能够运用主动控制抗震系统来达到抗震效果， 所以混合控制抗震技术具有非常高的应用价值。当前建筑业比较常用的混合控制抗震装置主要有：阻尼耗能抗震与主动控制抗震相结合的混合控制抗震系统；调谐质量阻尼系统与主动质量阻尼系统组合的混合控制；滑掀体阻尼系统与主动质量阻尼系统结合的混合控制抗震系统；基础隔震抗震与主动控制抗震结合的混合控制抗震系统，等等。在以上四种建筑工程结构抗震技术中，主动控制抗震技术拥有最好的抗震效果，但是因为它所需外部能量大，再加上控制系统比较复杂，所以在实际运用上反而不够普及；被动控制抗震技术实用性比较大，当前发展迅速，应用最为广泛；半主动控制抗震技术由于其精确度比较高，价格相对低廉，所以有着很好的市场前景；混合控制抗震技术具备了几种抗震