房屋建筑基础工程抗震的结构设计

1、房屋建筑基础工程抗震的结构设计秦志荣广州新城建筑设计院有限公司510700摘要:地震是一种对人类破坏极大的自然灾害,为了更好的保证人类的生命财产,我们对现代的房屋建筑结构的性能和功能提出了更高的要求。本文对房屋建筑的结构体系进行了综述,分析了房屋建筑基础隔震的原理及特点,提出了房屋基础隔震结构设计的注意要点,最终确立了现代房屋建筑基础工程隔震结构设计的方案,对结构设计理论与方法是一种补充和完善,为减轻地震灾害的影响起到十分重要的现实意义。关键词:房屋建筑;基础隔震;结构设计前言建筑物抗震设计的原则就是尽可能减小地震对上部结构的影响,并确保隔震支座的变形不超过极限变形范围。与隔震层相比,上部结构

2、吸收的能量是很小的,假如上部结构能够抵御与其刚体状态相称的地震,那么建筑物的建设就不在受其能量吸收能力的各种制约控制。此外上部结构的能量及刚度偏心带来的扭转振动,可以利用隔震层的偏心基本得到消除。因此与传统的建筑相比,隔震建筑的设计自由度更大。1.房屋建筑隔震结构体系概述工程减震领域内应用最广和研究最早的技术就是隔震,在建筑物的基底或某个位置安装控制装置来隔离或消耗地震产生的能量,以减少或者消除其传输到上部结构,实现减震的目的。通过对地震影响的实际研究,证明隔震体系可有效地削弱地震对结构的影响。总的来说,隔震装置应该满足下列要求:能够充分上部结构的重量;在大风及小震的作用下,具有足够的水平刚度

3、,整个结构体系能保持在弹性范围内,不影响正常的使用;强震作用下,能够减少地震产生的能量,起到延长结构体系自震周期的作用;具备优良的耗能特性及地震作用后的自动复位功能。2、房屋建筑基础隔震的基本原理和特点2.1基础隔震的基本原理“隔离避让”、“以柔克刚”是隔震技术设防策略的立足点。基础隔震结构的基本原理就是在建筑物的基础和上部结构之间安装隔离设备(如隔震器、阻尼器等组成的系统,在水平方向形成一个刚度较小的隔震层,用来对整个体系的刚度K和阻尼C进行调整,从而使结构的自震频率发生改变,使结构的自震周期延长,这样就能够使结构的吸能和耗能的能力得到大幅提升,结构的地震反应大大减小,削弱地震对上部结构的破

4、坏力。我们可以利用结构的动力微分方程对这一基本原理做出合理的解释。2.2基础隔震的特点基础结构的显著特点就是由于隔震层的安装,整个结构的力学性能产生了很大的变化,主要起到两个方面的作用:(1由于隔震层的刚度较小,这样就使得地震作用产生的变形集中在隔震层,层间的变形大大减小,上部结构呈“整体移动”,使得上部结构构件避免了因发生大变形而损坏;(2结构自震周期T的延长,大大降低了上部结构的加速度,这样室内人员就不会发生严重不适的情况,同时防止室内设施及物品大量的损坏,保障建筑物在震中及震后的使用,降低地震次生灾害发生几率。3.基础隔震结构设计注意事项基础隔震是目前使用最广的一种隔震形式,也是最基本的

5、隔震结构形式,其设计时需要注意以下几个方面的事项:(1由于隔震层部分要比建筑物基础大,因此周边的场地要充足。(2隔震层外围设档土墙,其上部还存在墙外狭道等,所以必须保证不会因为上部结构在地震时的移动产生其他问题。(3隔震建筑物和周围建筑物的联系通道必须适应相对变形,保证通畅无碍。(4隔震装置的安装位置要方便检查和更换。(5一般情况下需采用柔性连接,或球型接点,保证隔震层的变形和位移不影响设备管线,同时安放装置及检修空间也要考虑。4.建筑基础隔震结构设计4.1隔震支座的选型与布置隔震结构的主要构件就是隔震支座,通常选用叠层橡胶支座。它是由橡胶和钢板交互叠置在一起的。由于橡胶的弹性模量很小,可以将

6、其做成薄层,利用钢板来限制轴向压力引起的横向膨胀,不但减小轴向变形,还能产生很强的抗压能力。假如受到水平作用力,叠层橡胶支座就会按照自身的弹性模量变形,从而形成一个水平柔软、竖向坚固的支座。叠层橡胶支座的水平变形能力很重要,为了保证其水平变形的能力,可以加厚橡胶层,但其纵向支撑力会有所下降,水平刚度的轴力相关性会变大。假如在底层车库的柱底安装隔震支座,由于是半地下车库,因而应留较大的空间在房屋的四周,确保橡胶垫变形空间充足。所以隔震支座的安装地点选在底层车库顶板,在车库车库层柱的柱顶四周布置。4.2水平向减震系数的概念减震系数其实就是指与不采用隔震技术相比,采用隔震技术后,建筑物受到地震影响降

7、低程度的一个系数。结构隔震与非隔震建筑物各层最大层间剪力的比值可以反映减震系数。表一水平向减震系数划分隔震与非隔震层间剪力的计算,采用多遇地震作用下的时程分析比较合适。时程分析法计算层间剪力时,可利用用剪切型结构模型。假如上部结构体型复杂,那么扭转变形的影响也应该考虑进来。4.3隔震结构的构造设计应依据预期的位移控制要求和水平向减震系数进行隔震层的设计,选取合适的隔震支座、阻尼器及为支撑风载荷和地基微振动提供初始刚度的部件组成。隔震层顶部需设置平面内刚度足够大的梁板体系,确保隔震层能整体协调工作。隔震支座上方的梁体系必须现浇,为增强顶部梁板平面内刚度,可以配加强筋或者增大梁的截面尺寸。由于考虑

8、到隔震支座附近的梁、柱受力情况比较复杂,因而需要加密箍筋,情况特殊时,可采用网状钢筋。5.结论抗震设计的目的就是减轻地震引发的各种损失和灾害,为了实现这一目的,我可以采取设置隔震层的方法。本文提出的就是现代房屋建筑基础工程的隔震结构设计,通过设置柔性隔震层,改变结构的频率,增大结构的自震周期,避免与周围场地发生共振,降低结构受水平地震的影响,特别对于砖混结构。此外,从投入成本分析,隔震技术也是经济可行的。参考文献:1GB500112001,建筑结构抗震设计规范S.2杨迪雄.李刚,程耿东.隔震结构的研究概况和主要问题C.力学进展,2003.33(3:302 312.3祁皑,林于东.改进的基础隔震结构地震作用简化计算方法J.地震工程与工程振动,2006, 26.4陈尚鸿,祁皑,陈红媛.关于基础隔震结构中隔震影响系数的研究J.福州大学学报, 2005,33(增刊:245250.5刘文广译,日