建筑抗震技术介绍

1、建筑抗震技术介绍建筑抗震技术介绍姚立民建筑工程学院 2013年10月渭南职业技术学院报告内容提要报告内容提要一、地震的破坏作用一、地震的破坏作用二、传统抗震技术二、传统抗震技术三、新型抗震技术三、新型抗震技术渭南职业技术学院一、地震的破坏作用一、地震的破坏作用渭南职业技术学院地下岩层发生断裂、错动形成地震地下岩层发生断裂、错动形成地震渭南职业技术学院 由于建筑物依附在地球表面，建筑物受地震破坏的方式主要受地震由于建筑物依附在地球表面，建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响。简单地说，波的传播方式影响。简单地说，建筑物破坏有三种方式建筑物破坏有三种方式：上下颠簸、水上下颠簸、水平摇摆、

2、左右扭转平摇摆、左右扭转。多数的时候，还是三种方式的。多数的时候，还是三种方式的复合作用复合作用。地震波的传播方式有地震波的传播方式有纵波、横波纵波、横波，由于地球表层岩性的复杂性，传，由于地球表层岩性的复杂性，传播过程中也会出现像激流中播过程中也会出现像激流中“旋涡旋涡”一样的复杂情况。一样的复杂情况。渭南职业技术学院纵波纵波 地震时首先到达地面的波是纵波。这种波地震时首先到达地面的波是纵波。这种波使建筑物上下颠簸，力量使建筑物上下颠簸，力量非常大非常大，建筑物来不及跟着运动，导致底层柱子和墙突然增加很大的动，建筑物来不及跟着运动，导致底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压

3、力，若超出底层柱、墙的承载能力，柱、荷载，叠加建筑物上部的自重压力，若超出底层柱、墙的承载能力，柱、墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，又压坏第二层，发生连续倒塌，整个建筑物直接又压坏第二层，发生连续倒塌，整个建筑物直接“坐坐”下来，原来的第下来，原来的第三层瞬间变为第一层三层瞬间变为第一层横波横波 在纵波之后到达地面的是横波。它可引起地面在纵波之后到达地面的是横波。它可引起地面水平晃动，传播较水平晃动，传播较慢，减弱也较慢，传播的距离也远些慢，减弱也较慢，传播的距离也远些。所以，在震中区，先是感到地面。所

4、以，在震中区，先是感到地面激烈的上下跳动，然后才是水平晃动。离震中较远的地方，上下跳动就激烈的上下跳动，然后才是水平晃动。离震中较远的地方，上下跳动就不如水平晃动那么明显。离震中更远的地方，往往只能感到水平晃动了。不如水平晃动那么明显。离震中更远的地方，往往只能感到水平晃动了。与纵波不同，横波只能在固体中传播，不能在液体中传播。与纵波不同，横波只能在固体中传播，不能在液体中传播。渭南职业技术学院 破坏建筑物的第三种作用方式是破坏建筑物的第三种作用方式是扭转扭转。引起扭转的原因是。引起扭转的原因是有的地震有的地震波本身就是打着波本身就是打着“旋儿旋儿”过来的，也有的情况是因为地震波到达建筑物过来

5、的，也有的情况是因为地震波到达建筑物两端早晚的时间差引起的两端早晚的时间差引起的，这种情况引起建筑物扭动。震区有的房子角，这种情况引起建筑物扭动。震区有的房子角部坍塌，多属这种情况。部坍塌，多属这种情况。此外，每栋建筑都有自己特定的自震频率，如果这个频率与地震作此外，每栋建筑都有自己特定的自震频率，如果这个频率与地震作用的频率接近，还会引起类似用的频率接近，还会引起类似共振共振的效用，那样带来的破坏力就更可怕的效用，那样带来的破坏力就更可怕了。了。渭南职业技术学院根据国家地震局研究得出的相关数据，我国将建筑抗震设防烈度的区域划分为6度区、7度区、8度区、9度区4个等级。北京为8度区，也就是要求

6、建筑物抗震设防烈度为8度。地震级数是指地震的能量，而烈度是指地震的破坏程度。二者不太容易进行科学地换算，如果进行简单换算的话，设防烈度为8度的建筑大约相当于能够抵抗里氏6.5级的地震。渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术 我国一般建筑中通常采用传统的抗震技术，属于被动型抗震，也就是完全靠抗震结构构件的刚度来抵抗地震。采用这种抗震技术，当地震来临时，随着建筑物晃动，抗震构件之间会发生裂缝，这些裂缝会消耗一部分地震能量，从而减少对建筑物的破坏，它的代价就是结构会发生损坏，需要地震过后进行修复。这种抗震技术一旦遇到超过设防烈度的地震，有可能会引起梁、柱断裂，建筑物倒塌的严重后果。 按照建

7、筑抗震设计规范，抗震设计的基本理念是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。也就是要求建筑在发生较小强度地震时，结构不允许发生任何破损。在发生设防烈度的地震时，允许结构构件发生损坏，地震后经过结构修复，建筑物仍能够继续正常使用。当发生罕见的超过设防烈度的大地震时，建筑物可能内部损坏比较严重，结构无法修复，但要求尽量保证建筑不倒塌、不伤人。然而，在实际地震中，房倒屋塌的现象一再出现，其结果值得深思渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.1 2.1 正确选择建设场地正确选择建设场地选择：地势开阔平坦，土质坚实、 稳定、均匀地带；远离：地震断裂带、古河道、河流、 湖泊、池塘岸边、山顶、陡坡、

8、软弱、软硬不均地段。渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.2 2.2 打牢地基打牢地基2.2.1 2.2.1 素土夯实法素土夯实法 挖至老土层，再分层回填夯实， 每层虚铺厚度20-30公分渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.2.2 2.2.2 灰土法灰土法 体积比2:8或3:7 手握成团，落地开花 分层夯实渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.2.3 2.2.3 湿陷性黄土地基处理湿陷性黄土地基处理灰土换填，分层夯实。渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.3 2.3 基础做法基础做法2.3.1 2.3.1 砖砌基础砖砌基础渭南职业技术学

9、院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.3 2.3 基础做法基础做法2.3.2 2.3.2 钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.3.3 2.3.3 毛石基础毛石基础渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.3.3 2.3.3 毛石基础毛石基础渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4 2.4 提高主体结构抗震性能提高主体结构抗震性能2.4.1 2.4.1 砖混结构房屋砖混结构房屋渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.1 2.4.1.1 平立面布局合理平立面布局合理（1 1）高宽比合理）高宽比合理渭南职业技术学

10、院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.1 2.4.1.1 平立面布局合理平立面布局合理（2 2）抗震横墙间距）抗震横墙间距渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.1 2.4.1.1 平立面布局合理平立面布局合理（3 3）层高要求）层高要求渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.2 2.4.1.2 承重墙砌筑承重墙砌筑（1 1）厚度）厚度（2 2）砖强度）砖强度（3 3）砂浆）砂浆渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.2 2.4.1.2 承重墙砌筑承重墙砌筑（4 4）墙体局部长度）墙体局部长度（5 5）砌筑质量）砌筑质量渭南职

11、业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.3 2.4.1.3 构造柱的设置构造柱的设置（1 1）构造柱的位置）构造柱的位置外墙四角、大房间四角、内外墙交接处渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.3 2.4.1.3 构造柱的设置构造柱的设置（1 1）构造柱的位置）构造柱的位置楼梯间四角、大洞口两边、女儿墙渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.3 2.4.1.3 构造柱的设置构造柱的设置（2 2）构造柱的做法）构造柱的做法与基础圈梁连接、截面尺寸渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.3 2.4.1.3 构造柱的设置构造柱

12、的设置（2 2）构造柱的做法）构造柱的做法 纵筋直径、箍筋间距、 柱端箍筋加密渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.3 2.4.1.3 构造柱的设置构造柱的设置（2 2）构造柱的做法）构造柱的做法 先砌墙后浇柱、 墙体留马牙槎、 拉结钢筋渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.3 2.4.1.3 构造柱的设置构造柱的设置（3 3）墙体交接处的连接）墙体交接处的连接7-9度设防区，拉结筋间距0.5米渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.4 2.4.1.4 圈梁和过梁的设置圈梁和过梁的设置（1 1）圈梁）圈梁 位置渭南职业技术学院二、

13、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.4 2.4.1.4 圈梁和过梁的设置圈梁和过梁的设置（1 1）圈梁）圈梁钢筋直径、箍筋间距七度设防七度设防八度设防八度设防九度设防九度设防渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.4 2.4.1.4 圈梁和过梁的设置圈梁和过梁的设置（1 1）圈梁）圈梁 圈梁部位： 所有纵横墙基础顶部、 所有纵横墙楼屋盖处、 与构造柱对应的部位、 楼梯间每层设圈梁渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.4 2.4.1.4 圈梁和过梁的设置圈梁和过梁的设置（1 1）圈梁）圈梁间距、截面尺寸（宽度同墙宽）渭南职业技术学院二、传统抗震技术二

14、、传统抗震技术2.4.1.4 2.4.1.4 圈梁和过梁的设置圈梁和过梁的设置（2 2）过梁）过梁搁置长度渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.5 2.4.1.5 屋盖、楼盖与墙体的连接屋盖、楼盖与墙体的连接渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.1.6 2.4.1.6 楼梯的构造与做法楼梯的构造与做法设置位置、构造柱、设置位置、构造柱、圈梁、踏步圈梁、踏步渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.2 2.4.2 框架结构房屋框架结构房屋渭南职业技术学院二、传统抗震技术二、传统抗震技术2.4.2 2.4.2 框架结构房屋框架结构房屋 框架结构

15、的抗震技术比较复杂，除了建设场地选择、地基处理、基础形式、建筑平立面布局、构造柱设置等要求之外，还包括结构抗震计算、构件配筋率、钢筋锚固与连接、钢筋力学性能、梁柱节点构造措施等。 框架结构的梁、柱按照塑性铰设计，遵循的原则是：强柱弱梁、强剪弱弯、强节点、强锚固。通过这样的措施可以吸收部分地震能量，减少地震损失，力求实现“大震不倒，中震可修，小震不坏”的抗震设防目标。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术 传统抗震传统抗震技术的技术的优点优点是构造简单，技术要求低；是构造简单，技术要求低；缺点缺点则是以增大结构则是以增大结构刚度来抵抗地震破坏，以结构构件破坏为代价消耗地震能量，在地震中

16、可刚度来抵抗地震破坏，以结构构件破坏为代价消耗地震能量，在地震中可能造成建筑物垮塌的严重后果，震后的建筑物修复加固费用也非常巨大。能造成建筑物垮塌的严重后果，震后的建筑物修复加固费用也非常巨大。传统抗震技术随着建筑物高度的增加，其适用性越来越差。因此，传统抗震技术随着建筑物高度的增加，其适用性越来越差。因此，在高层在高层建筑中，传统抗震技术正逐渐被新型抗震技术取代建筑中，传统抗震技术正逐渐被新型抗震技术取代。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.1 3.1 建筑隔震技术建筑隔震技术 隔震技术是将过去传统的“硬抗”技术转变为“软抗”，采用基础隔震技术将建筑物的上部结构和基础“隔开”

17、。所谓“基础隔震”，是在建筑物底部与地基之间，增加适当的缓冲物，使建筑物在受到地震波作用后的加速度反应大大减弱，同时让建筑物的位移主要由隔震系统承担，从而使建筑物在地震中产生的变形非常小，以达到防护目的。一般来说，基础隔震机构的地震反应只是抗震结构的14112，大大提高了结构的安全度。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.1 3.1 建筑隔震技术建筑隔震技术渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.1 3.1 建筑隔震技术建筑隔震技术 目前应用较多的基础隔震元件是叠层橡胶支座。叠层橡胶支座是由一层钢板一层橡胶层层叠合起来的，并经过加工将橡胶与钢板牢固地结合在一起。采用叠

18、层橡胶支座的建筑物，设防目标一般可以提高一个设防等级。传统建筑的设防目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而设计合理的基础隔震建筑通常能做到“小震不坏，中震不坏或轻度破坏，大震不丧失功能”。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.1 3.1 建筑隔震技术建筑隔震技术 叠层橡胶支座作为基础隔震系统最初是在1965年用于伦敦地铁车站上面的建筑，采用多层橡胶支座防止了地铁的振动传给上部建筑物。随后，这种基础隔震技术在国内外得到实际应用，取得很好的防震减灾效果。 例如，1994年1月17日，在

19、美国发生的洛杉矶地震，震级为6.7级，伤亡超过7000人，损失很大。大多数医院因建筑内部设备损坏而失去使用功能。与此相反，南加州大学医院是一个地下一层、地上七层的隔震建筑。地震中该建筑内的各种仪器设备均未损坏，甚至花瓶也没有一个掉下来。之后的1995年1月17日，日本发生了7.2级“阪神”地震。震区内有两栋基础隔震建筑，一个为邮政楼，一个是研究所。同样神奇的是，基础隔震建筑不仅结构保持完好无损，内部设施也完全正常。 我国广东省汕头市陵海路有一座8层住宅楼，它建成于1993年，不仅是中国第一幢橡胶支座隔震房屋，也是当时世界上最高、最大的基础隔震住宅楼。它虽没有直接经受过地震的考验，但也间接验证了

20、隔震建筑的不同寻常。2006年12月26日，发生在台湾海域的强震也同样撼动了南粤大地，市民普遍有感，而隔震楼中的居民却完全没有感觉到晃动。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.1 3.1 建筑隔震技术建筑隔震技术 我国的建筑抗震设计规范(2001年)在基础隔震设计目标上规定：在遭受小强度地震影响时，建筑结构基本不受损坏和影响使用功能；当遭遇设防烈度的地震影响时，不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，将不发生危及生命安全和丧失使用功能的破坏。 叠层橡胶隔震支座的缺点是，只具有隔离水平地震的功能，对竖向地震没有隔震效果，特别是对于高层及超高层结构的隔震效果不

21、大。 目前，除了研究和应用较多的叠层橡胶支座隔震技术外，还有砂垫层隔震、石墨垫层隔震、摩擦滑移支座隔震及橡胶隔震支座与摩擦滑移支座并联复合隔震技术等。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.1 3.1 建筑隔震技术建筑隔震技术 独户、古旧建筑与高层楼房相比整体重量轻。有效的抗震方法是在建筑物与地基之间加上球型轴承或是滑动体，形成一个滚动式支撑结构，这样可减轻地震造成的摇动。 美国硅谷兴建的一座电子工厂大厦，在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠，由滚珠支撑整个建筑，纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来，发生地震时，富有弹性的钢梁会自动伸缩，于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动，可

22、以大大减弱地震的破坏力。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.2 3.2 消能减震技术消能减震技术 地震中建筑物的节点处受力最大，破坏也最严重，因此在建筑物节点处设置阻尼器的消能减震技术也应运而生。在物理学上，能够造成自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用，称为“阻尼”。安置在建筑结构系统上的阻尼装置，可以提供阻力来耗减地震能量，称为“阻尼器”。这种阻尼器用在建筑物的某些关键点上，可大量消耗地震输入到建筑物的能量，保护主体结构免遭破坏。 阻尼器主要分为位移相关型、速度相关型及其他类型。粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器、粘滞阻尼墙、粘弹性阻尼墙等属于速度相关型，即阻尼器对结构产生的阻尼力

23、主要与阻尼器两端的相对速度有关，与位移无关或与位移的关系为次要因素；金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器属于位移相关型，即阻尼器对结构产生的阻尼力主要与阻尼器两端的相对位移有关，当位移达到一定的起动限值才能发挥作用。摩擦阻尼器属于典型的位移相关型阻尼器，但是有些摩擦阻尼器有时候性能不够稳定此外，还有其它类型的阻尼器如调频质量阻尼器(TMD)、液压质量振动系统(HMS)和调频液体阻尼器(TLD)等。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.2 3.2 消能减震技术消能减震技术 目前，应用较多的阻尼器为粘滞液体阻尼器。这种消能减震的阻尼器具有保持建筑原貌、效果明显、节约经费和缩短工期等优点。 粘

24、滞液体阻尼器是在美国发展起来的，随后日本、中国等国学者也开展了相关研究。随着对粘滞液体阻尼器性能研究的深入，己有一些建筑物成功应用了这种高效阻尼器，涉及到高层建筑、高耸结构、桥梁、体育馆、海洋石油平台甚至卫星发射塔等。 1994年美国一个医疗中心安装了200多个粘滞流体阻尼器。意大利一座长1000米、重25000多吨的桥梁的每个桥台下安装了一个粘滞流体阻尼器，每个阻尼器重2吨，长2米，活塞杆的行程达500毫米，能提供500吨的力，耗散2000千焦的能量。加拿大多伦多的Pearson机场的控制塔在2003年安装粘滞阻尼器以减小结构的风振效应。美国2002年建造的Boise机场也应用粘滞阻尼器来增

25、强结构抵抗地震的能力。日本一幢23层建筑中安装了241个这种阻尼器。其中泰勒Taylor公司的粘滞液体阻尼器已经在世界上130多个建筑工程、30多座桥梁工程中得到实际应用。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.2 3.2 消能减震技术消能减震技术 国内首先进行这方面应用的是中国建筑科学研究院，利用国外生产的阻尼器对北京饭店进行了加固。1999年北京火车站抗震加固中因加固场地和正常使用等要求的限制，无法采用传统的增设抗震墙的加固方案，因而采用了粘滞液体阻尼器进行加固，使得原结构的阻尼比从5提高到了约20，从而将大震下的层间位移降低到允许的范围内。2000年，在中国历史博物馆采用了法

26、国Jarret公司生产的粘滞阻尼器进行抗震加固。上海市新建的世茂国际广场、同济大学的综合楼、秦山核电站的热交换器均采用了粘滞阻尼器进行消能减震。郑州会展中心安装了144个粘滞液体阻尼器以减少观众台的振动，上海港汇广场商务楼、上海石油化工研究院的物化楼及办公楼、北京展览中心、宿迁建设大厦等建筑均采用了粘滞阻尼器进行抗震加固。南京长江三桥为新建的斜拉大桥，也在引桥上安装54个吨位为1500kN、行程为120mm的粘滞液体阻尼器，抵抗地震荷载和其他桥梁振动影响。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术3.2 3.2 消能减震技术消能减震技术 粘滞阻尼器是一种速度相关型阻尼器。常见的粘滞阻尼器

27、有三种：筒式粘滞流体阻尼器、粘滞阻尼墙和杆式粘滞流体阻尼器。(1)(1)筒式粘滞流体阻尼器筒式粘滞流体阻尼器 筒式粘滞流体阻尼器由大小两个圆筒组成，大筒固定在下层楼面，内装诸如硅凝胶体等高浓度、高粘滞性的流体材料，小筒浸泡在大筒的粘滞材料中，并固定在上层楼板或其梁底。大筒上口和小筒顶板之间设有密封装置。这种阻尼器利用粘滞液体阻碍大小圆筒沿任意方向相对运动，从而达到减震的目的。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术(2)(2)粘滞阻尼墙粘滞阻尼墙 粘滞阻尼墙是一种箱式的粘滞阻尼器，多在框架结构中应用，在某些情况也起到隔墙的作用，所以称为阻尼墙，其耗能方向是平面方向。粘滞阻尼墙最早由日本公司始创。在粘滞阻尼墙中的活塞是一块钢板，该钢板只能在平面内运动，由外板围成的容器内装有粘滞流体。在结构中，其内钢板(活塞部分)固定于上层楼面，其外板(容器部分)则与下层楼面连接。地震作用下，楼层产生层间位移从而使粘滞阻尼墙里的流体被剪切，地震输入的能量得到耗散。 粘滞阻尼墙虽然能提供很大的阻尼力，减震效果也非常好，但由于造价高，所以其应用受到了限制。渭南职业技术学院三、新型抗震技术三、新型抗震技术(3)(3)杆式粘滞流体阻尼器杆式粘滞流体阻尼器 杆式粘滞流体阻尼器，当其中的流体受外界扰动流过孔