隔震技术基本原理
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2024年建筑结构隔震与减震设计研究随着地震活动的不断增多和人们对建筑安全性能要求的提高,建筑结构隔震与减震设计成为了一个重要的研究领域。
本文将从隔震技术原理、减震技术方法、结构设计要点、地震动力学分析、安全性评估、工程实例分析以及未来发展趋势等方面进行详细探讨。
一、隔震技术原理隔震技术是一种通过在建筑基础与上部结构之间设置隔震装置,以隔离地震波对建筑结构的直接作用,从而减少地震对建筑的破坏。
隔震装置主要包括橡胶隔震支座、滑动隔震支座和混合隔震支座等。
这些隔震支座具有良好的弹性和阻尼性能,能够在地震时吸收和分散地震能量,降低结构的振动幅度,保护建筑免受地震破坏。
二、减震技术方法减震技术主要是通过在建筑结构中安装减震装置,以减少地震时结构的振动响应。
常见的减震装置包括阻尼器、减震支撑和隔震沟等。
阻尼器可以通过消耗地震能量来减少结构振动,减震支撑则通过改变结构的动力特性来降低地震响应。
而隔震沟则通过在建筑周围设置一定深度的沟槽,利用沟槽的变形来吸收地震能量,从而减少结构的振动。
三、结构设计要点在进行建筑结构隔震与减震设计时,需要考虑以下几个要点:首先,要合理选择隔震与减震装置的类型和参数,确保装置能够有效地发挥隔震和减震作用;其次,要优化结构的动力特性,使结构在地震时具有较低的自振频率和较大的阻尼比,从而减少地震响应;最后,要加强结构的整体性和连续性,确保结构在地震时具有良好的整体受力性能。
四、地震动力学分析地震动力学分析是建筑结构隔震与减震设计的基础。
通过对地震波的传播规律、结构的地震响应以及隔震减震装置的动力性能进行深入分析,可以为结构设计提供科学的依据。
地震动力学分析包括时程分析、反应谱分析和能量分析等方法。
这些方法可以帮助设计师预测结构在地震时的动力响应,从而优化结构设计,提高结构的抗震性能。
五、安全性评估安全性评估是建筑结构隔震与减震设计的重要环节。
通过对结构在地震作用下的受力性能、变形情况和破坏机理进行全面评估,可以确定结构的安全性能水平。
建筑结构设计中减隔震技术的应用分析摘要:近年来,我国的地震灾害频繁发生,造成了人员伤亡和财产损失,《建设工程抗震管理条例》(中华人民共和国国务院令第744号)的颁布实施对结构抗震设计提出了更高的要求。
在建筑结构设计中,除了传统的抗震设计,应用减隔震技术具有很好的效果。
本文介绍了减隔震技术的应用原理,对该技术在建筑结构设计中的应用进行了分析。
关键词:建筑结构设计;消能减震;隔震1、引言建筑工程的抗震性能直接影响到人民的生命财产安全,我国是一个多地震的国家,所以建筑工程抗震设计十分重要。
地震是一种随机的自然现象,当发生强烈地震时,建筑物会出现较大规模的破坏,甚至会造成人员伤亡和财产损失。
在传统的建筑抗震设计中,增加结构刚度减小地震作用下结构构件的损坏是常见手段,对于高烈度地区或者地震时可能发生严重次生灾害和大量人员伤亡的建筑物可采用被动控制技术。
常见的结构被动控制技术主要包括隔震减震技术、消能减震技术,这些抗震技术可以有效减少地震对建筑物的破坏,提高建筑物的安全性和稳定性,为人们提供更好的生活环境。
2、建筑结构设计中减隔震技术的应用意义在地震灾害中,建筑结构破坏是主要的影响因素,地震作用下建筑结构的破坏形式主要包括倾覆、剪切变形、扭转变形等,同时建筑物的破坏还会引起建筑物内人员的伤亡。
地震灾害不仅会造成建筑物本身的破坏,还会对人们的生命财产安全造成威胁。
地震灾害一旦发生,很难避免人员伤亡和财产损失,因此对建筑结构设计中减隔震技术的应用越来越受到重视。
减隔震技术主要是指通过在建筑物内部设置消能减震装置和隔震装置来减少地震作用对建筑物造成的影响,降低地震带来的破坏程度,延长建筑结构的使用寿命,提高建筑结构的抗震能力,是一种应用广泛且有效的地震控制技术。
3、减隔震技术在建筑结构设计中的应用3.1常规抗震设计方法对于一般抗震结构,为保证在遭受不可预见的强烈地震时,结构不致产生严重的破坏和倒塌,其抗震设计原则是允许结构中的部分次要构件产生一定的塑性损伤变形,利用结构的延性和塑性变形来耗散地震能量,防止结构倒塌。
减隔震建筑的技术原理今天来聊聊减隔震建筑的技术原理。
我呢,平时就对建筑方面的东西感兴趣,这减隔震建筑的原理啊,就像给建筑穿上了一层“防护服”或者装上了特殊的“关节”。
咱们先从一个生活现象说起。
大家都骑过自行车吧,自行车的避震器你肯定不陌生。
你想啊,当自行车经过坑洼路面的时候,如果没有避震器,那一路颠簸下来,我们人也不舒服,而且自行车可能也容易损坏。
那避震器是怎么工作的呢?其实就是通过能伸缩的弹簧和阻尼器,在遇到震动的时候把震动的能量吸收一部分。
减隔震建筑也有类似的原理。
当发生地震的时候,地面就像一块儿抖动的大木板。
普通建筑直接站在这块“大木板”上,就会随着地面一起晃荡,很容易就被晃散架了。
而减隔震建筑却有自己的“招数”。
首先说一下隔震技术。
这就好比建筑和地面之间铺上了一层特别的“垫子”。
这个“垫子”就是隔震支座,一般是橡胶等特殊材料制成的。
这样,当地面震动的时候,大部分的震动都被这个“垫子”给隔绝掉了,就像你在屋子里面跳,有地毯垫着,楼下可能都感觉不太到你的跳动一样。
实用价值就是这样的建筑在地震中大大减少了晃动,里面的人、设备还有装修等就不容易受到破坏。
减震技术呢,就像在建筑结构里安装了好多“小弹簧”和“小阻尼器”。
建筑构件就像是一个一个的“四肢”,这些减隔震装置能把地震传来的能量在建筑内部“消化掉”一部分。
打个比方,就像你跑步的时候,鞋里有特殊的鞋垫可以减少你脚底的冲击力,这样你跑起来就更加平稳和轻松。
说到这里,你可能会问,那这些减隔震装置就这么可靠吗?老实说,我一开始也有这样的疑惑。
我在学习的过程中了解到,这些技术都是经过许许多多的实验和实际地震检验的。
实际应用案例也不少呢。
像日本这个地震频发的国家,很多建筑就使用了减隔震技术。
在我们国内啊,也有一些大型的建筑综合体、医院和学校使用了减隔震技术。
比如说医院,如果没有减隔震技术,一旦地震发生,里面的病人就很危险,而使用了之后就安全多了。
我在理解这个减隔震建筑原理的过程中,深刻体会到这种技术的精妙之处。
基础隔震原理隔震技术是指通过一定的手段,将建筑物或设备与地面隔离,使其在地震或其他振动作用下,减少或消除对建筑物或设备的破坏。
基础隔震原理是隔震技术中的关键部分,下面将就基础隔震原理进行详细介绍。
首先,基础隔震原理是基于弹簧—阻尼系统的。
在地震或其他振动作用下,建筑物或设备受到的力会通过基础传递到地面,而基础隔震技术通过设置弹簧和阻尼器来减少这些力的传递。
弹簧可以吸收部分振动能量,从而减小地震或振动对建筑物或设备的影响;而阻尼器则能够消耗振动能量,使其不会继续传递到建筑物或设备上,从而达到隔震的效果。
其次,基础隔震原理还涉及到建筑物或设备的自振周期。
自振周期是指建筑物或设备在受到外力作用下,产生自由振动的周期。
在基础隔震技术中,设计合适的隔震系统可以使建筑物或设备的自振周期与地震或振动的周期产生错位,从而减小共振效应,减少地震或振动对建筑物或设备的影响。
另外,基础隔震原理还包括了隔震系统的水平和垂直隔离。
水平隔离是指通过设置水平方向的隔震装置,来减小地震或振动对建筑物或设备的水平位移影响;而垂直隔离则是通过设置垂直方向的隔震装置,来减小地震或振动对建筑物或设备的垂直位移影响。
通过合理设计水平和垂直隔离系统,可以更好地实现基础隔震的效果。
总之,基础隔震原理是通过弹簧—阻尼系统、自振周期错位和水平、垂直隔离等方式来减小地震或其他振动对建筑物或设备的影响。
隔震技术在地震防灾和建筑物或设备保护中起着重要作用,对于提高建筑物或设备的抗震性能具有重要意义。
希望通过本文的介绍,能够更好地理解基础隔震原理,为相关领域的研究和应用提供参考。
基础隔震结构设计及施工指南一、概述基础隔震技术是一种有效的结构抗震方法,通过在建筑物基础和上部结构之间设置隔震层,减小地震对建筑物造成的破坏。
本指南将就基础隔震结构的设计和施工进行详细介绍,旨在提供一套全面、实用的指导方案。
二、基础隔震原理基础隔震技术的基本原理是通过增加建筑物的柔性和阻尼,减小地震对上部结构的冲击力。
在隔震层中,通常采用橡胶隔震支座、阻尼器等元件,以实现减震、隔震的效果。
三、隔震结构选型根据建筑物的类型、高度、地震烈度等因素,选择适合的隔震结构类型。
常见的隔震结构有:基础隔震框架、基础隔震剪力墙等。
在选型过程中,应充分考虑结构的抗震性能、施工难度、经济性等因素。
四、隔震系统设计1. 隔震支座设计:根据上部结构的重量、地震力等参数,选择合适尺寸和承载能力的橡胶隔震支座。
2. 阻尼器设计:根据地震烈度、结构类型等条件,选择适合的阻尼器类型,并进行详细的结构设计。
3. 整体结构设计:在满足功能需求的前提下,优化整体结构布局,提高结构抗震性能。
五、关键部件设计1. 支座设计:确保支座具有足够的承载能力和稳定性,能够承受地震作用下的剪力和压力。
2. 阻尼器设计:选择适合的阻尼器类型,并进行详细的结构设计,以确保其能够有效地吸收地震能量。
3. 连接节点设计:确保连接节点具有足够的刚度和强度,能够承受地震作用下的剪切力和拉伸力。
六、施工工艺流程1. 基础施工:按照设计要求进行基础施工,确保基础结构和尺寸符合要求。
2. 安装隔震支座:将隔震支座安装在基础顶部,确保支座位置准确、平整。
3. 安装阻尼器:将阻尼器安装在相应的位置,确保安装牢固、稳定。
4. 上部结构施工:在隔震层上方进行上部结构的施工,确保结构稳定、安全。
5. 连接节点施工:对连接节点进行施工,确保节点连接牢固、稳定。
6. 验收与测试:完成施工后进行验收和测试,确保隔震结构符合设计要求。
七、施工质量控制1. 材料质量控制:确保使用的材料符合设计要求,具备相应的质量证明文件。
建筑减隔震技术工程方案1. 背景介绍地震是一种自然灾害,经常给建筑结构带来巨大的破坏。
在地震频繁的地区,人们对建筑的减隔震技术提出了更高的要求,以减少地震对建筑结构的破坏,保护人们的生命安全。
减隔震技术是一种通过改变建筑结构的振动特性,减少地震能量传入建筑结构的技术。
本文将从减隔震技术的原理、分类、应用和工程方案等方面进行介绍。
2. 减隔震技术的原理减隔震技术是依靠一种或者多种装置来隔离建筑结构与地震波的能量传递,以减少地震对建筑结构的破坏。
主要包括三种减隔震技术:基础隔离技术、摆隔震技术和液体阻尼技术。
基础隔离技术是在建筑的基础与地面之间设置减震支座,通过弹簧和阻尼器的作用将地震波的能量降低;摆隔震技术是通过在建筑结构上设置摆,将地震波的能量转化为摆的动能,从而起到减震作用;液体阻尼技术是在建筑结构中设置一定量的液体作为阻尼器,通过液体的粘滞阻尼作用,减少地震波的传递。
3. 减隔震技术的分类根据减隔震技术的不同原理,可以将其分为基础隔离技术、摆隔震技术和液体阻尼技术。
基础隔离技术主要包括弹簧支座隔震、摩擦隔震和球形支座隔震;摆隔震技术主要包括倒摆隔震、摆锤隔震和柔性梁隔震;液体阻尼技术主要包括油压缓冲器、液压阻尼器和液体贮能器。
根据不同的建筑结构和地震环境,可以选择不同的减隔震技术。
4. 减隔震技术的应用减隔震技术已经在世界各地得到广泛应用。
比较典型的案例有日本东京的晴空塔、美国圣弗兰西斯科的市政厅和中国台北的一零一大楼。
这些建筑结构在地震中经受住了考验,展现了减隔震技术的良好效果。
除了高层建筑,减隔震技术也可以应用于桥梁、管道和重要设施的震前设计。
在未来,减隔震技术将会得到更广泛的应用。
5. 工程方案在进行减隔震工程方案设计时,需要考虑多方面因素。
首先是地震环境的特点,需要根据地震区划定减隔震设计标准。
其次是建筑结构的特点,需要根据建筑类型和结构特点确定减隔震技术。
最后是工程成本和使用寿命,需要综合考虑减隔震技术的成本和使用寿命,选择合适的工程方案。
隔震技术基本原理
引言
如今,由于地震频发,人们对建筑物的防震能力越来越为关注。
对于地震作用,在建筑物的结构设计上人们多以抗震设计为主,一种途径是通过降低建筑物结构底部刚度,减小地震对建筑物的作用效应,达到抗震的目的;另一种途径是加大构件截面,增强结构底部刚度,提高建筑物自身的抵抗能力,达到抗震的目的。
对于钢筋砼结构建筑,目前世界各国多是采用后一种途径进行抗震设计,这种方法有其成功之处,但却也有很多不足:(1)建筑物刚度越大,导致的工程总结也越高,但受地震作用的效应却更强;(2)建筑结构自身刚度无论多大,当受到强烈地震作用时,其抵抗能力仍是相当有限,不能做到“大震不坏”。
近年来,各专家学者通过对地震作用特点的研究,提出了建筑物隔震设计的构想,并付诸实施,证明了这种技术的安全性与经济性。
本人认为,“隔震设计”代表了未来建筑抗震设计的发展方向。
一、隔震技术及其基本原理
1.1隔震技术的发展
传统抗震结构主要利用结构主体结构抗侧力构件屈服后的塑性变形和耗能来耗散地震的能量,因此对这些区域的耗能性能要求特别重要。
一旦由于某些因素而导致这些区域产生问题,则就会严重的影响结构的抗震性能,甚至产生严重破坏。
在以往的结构抗震设计中,主要通过在结构设计中设置多道抗震设防线、选用耗能构件和对结构的刚度、承载力、延性的合理匹配来提高结构抗震性能。
隔震技术就是在此基础上发展起来的一门新兴学科,它能有效地吸收地震能量,减少结构的水平地震作用,从而消除或减轻结构和非结构的地震损坏,增强建筑物及内部设施和人员的地震安全性,提高建筑物的抗震能力。
与以往的建筑结构抗震设计,采用隔震技术的建筑物具有以下优点:(1)、提高地震时结构的安全性;(2)、设计自由度增大;(3)、防止内部物品的振动移动和翻到;(4)、防止非结构构件的破坏;(5)、抑制振动的不适感;(6)、可以保证机械器具的使用功能;
近代的基础隔震技术基本上可分为两大类,即弹性隔震和基础滑动隔震。
在弹性隔震中,叠层钢板橡胶垫隔震技术应用最多。
这类隔震方案主要是在房屋底层与基础顶面之间增设一个侧向刚度很低的隔震层,使在地震过程中整个结构体系的周期变长,变形集中在底层,上部结构基本上是刚性运动。
但主要用于隔震水平地震动,对于竖向震动则几乎没有隔离作用;另一方面,这种隔震体系实际上是在地震时对上部结构起着低通滤波的作用,地震中的中高频成分几乎全部可以滤掉,但并不能完全避免结构共振。
1.2 隔震技术基本原理
隔震设计的基本原理就是通过在场地与主体之间或基础与主体之间设置刚度较小、阻尼较大的阻尼隔震层,通过隔震层吸收地震力量,以减少地震能量向上部结构传输,从而有效的降低地震对建筑物的作用。
其原理的核心是通过降低地震对建筑物的作用效应来实现减震、防震的目的。
隔震体系通过延长结构的自振周期能够减少结构的水平地震作用,已被国外强震记录所证实。
国内外的大量试验和工程经验表明:隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右,从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏,提高建筑物及其内部设施和人员的地震安全性,增加了震后建筑物继续使用的功能。
1.3 隔震结构的减震机理
图1.1 减震机理的计算模型
上图1.1为一个单自由度体系模型,该体系在地面运动作用下的振动方程
为:
my+cy+ky =cxg+kxg
式中, m、c、k分别为体系的质量、阻尼系数和刚度系数;y、xg分别为质体的绝对位移和地面运动位移。
令=2ωn ζ =ωn2 ,则上式变为:
y+2ωnζy+ωn2y=2ωnζxg+ωn2 xg (1)
令地面运动加速度为xg =eωt,式中,ω为场地的特征频率,将xg =eωt带入上式(1)中,可推导出体系的绝对加速度幅值与地面运动输入加速度的幅值之比。
用Ra表示该比值,由计算我们可知Ra是阻尼比ζ和频率比ω/ωn的函数。
下图1.2为不同阻力比是的Ra——ω/ωn曲线。
图1.2隔震结构减震效果与频率比的关系曲线
从上图中我们可以看出:
(1)这组曲线在A点有一个交点,对应的Ra=1、ω/ωn= ,这说明体系的绝对加速度与地面输入的加速度幅值相等,且与阻尼无关。
(2)当ω/ωn1,及体系的绝对加速度大于地面输入的加速度,这就是绝大多数抗震结构体系的反应特点。
(3)当ω/ωn→时,Ra> >1,及体系与地面输入发生共振,地震反应明显增大,很多抗震结构很接近这种情况,地震中这类结构的破坏比较严重。
(4)当当ω/ωn> ,Ra<1,及体系的绝对加速度小于地面输入的加速度。
若将结构的参数设计在这个范围内,则结构的地震反应后明显减小,这就是隔震结构的减震机理。
二、隔震建筑的形式
2.2 基础隔震结构
所谓基础隔震,就是在建筑物的基础与上部结构之间增设高度很矮, 具有足够可靠性的隔震层,控制地面运动向上部结构传递,地震时其能量可反馈到地面或由隔震层吸收,以大大减小结构及构件的地震反应,确保建筑物的整体安全,其内部设备不发生破坏或丧失使用功能,室内人员不遭受伤害也不会有强烈震感。
基础隔震方案有多种,其中叠层橡胶支座隔震技术是隔震技术中应用最广、技术最成熟的,它具有减震机理明确、减震效果显著、施工与安装方便等特点。
图1为典型的叠层橡胶支座构造,它主要包括三个部分: ①叠层钢板橡胶:它是由一层钢板一层橡胶经过特殊工艺交替叠合而成,具有较高的竖向承载能力和较小的水平刚度;②铅芯:能提供较高的阻尼;③橡胶保护层:用来防止内部钢板的腐蚀。
图1 铅芯橡胶隔震支座
采用基础隔震设计上应注意:(1)在建筑物周边,隔震层部分要比基础大一圈,因此场地要宽裕;(2)隔震层的周围设挡土墙,其上部有墙外狭道等,因此要确保地
震时不因上部结构的移动而带来其它问题;(3)方便检查和更换隔震装置;(4)为使设备管线适应隔震层的位移和变形,常采用柔性连接或球型接点,但要考虑安放装置及检修的空间;(5)隔震建筑物与其它建筑物之间的联系通道要适应相对变形,确保畅通无阻。
2.2中间层隔震
在基础以上的中间楼层设置隔震层,下部结构同普通建筑物一样直接与地基接触,因此它不存在基础隔震建筑的底部体积和墙体数量问题,但隔震层以下的楼层需要做抗震处理。
在市区场地不太宽裕时,可把隔震层设计在地面以上,在空中变形有利于节约用地,同时也能有效减少地基的挖土量。
采用中间层隔震,设计上应注意:(1)为适应隔震层的移动变形,该部分的建筑外墙应设水平缝,要考虑防水、隔音、防火等,也要注意立面的协调美观;(2)解决楼梯、电梯井、机器升降、设备管线等贯穿隔震层的问题,并考虑防火区间的划分;(3)便于检查、更换隔震装置及耐火材料等。
隔震装置布置和选取的一般原则为:(1) 隔震层具有适当的水平刚度,在强风作用下,隔震层具有足够的初始刚度,在较大地震作用时,隔震层产生柔性变形,能大大减小水平地震作用;(2) 隔震层的水平刚度中心宜与上部结构的质心基本一致;(3) 隔震装置具有足够的竖向承载力和水平变形能力,在发生大震时,可安全稳定地支撑建筑物,不会出现失稳破坏,能发挥隔震功能;(4) 隔震装置具有良好的自动复位功能,在发生大震后,可基本复位到初始位置,当发生余震时,可继续有效发挥隔震作用;(5) 隔震装置具有较大的竖向刚度,在设计竖向荷载作用下,竖向位移被控制在允许值以下;(6) 隔震装置的刚度和阻尼具有较好的稳定性,在可能出现的荷载和温度范围以内,其变化较小;(7) 具有良好的耐久性,具有良好的抗老化、抗疲劳、抗徐变等性能,在建筑物的使用期内能有效发挥隔震作用。
三、隔震结构控制理论
它是一种新的隔震设计理论—结构控制和控制结构理论。
结构控制主要研究结构工程中控制装置的设计理论、方法及其实施,控制结构是根据给定的条件将结构和控制装置作为一个整体进行优化设计。
主动控制由于制约因素多、造价昂贵等原因,应用研究尚处于开创阶段。
被动控制特别是其中基础隔震技术的研究,已经逐渐成熟,在工程应用中日渐广泛。
所谓基础隔震,就是在结构底部与基础顶面之间设置隔震层,使上部结构与固结于地基中的基础分离,阻隔地震波向上部结构的传播,使得输入结构的能量或反馈入地基土层或被耗能元件吸收,从而大大减少结构的地震反应,保证建筑物的安全,乃至正常使用功能。
四、结论
本文主要就建筑中的隔震技术理论作了一个浅显的分析,随着隔震技术越来越被广泛的应用于建筑的实际设计中,相对于传统的抗震设计,隔震技术的优越
性会越来越凸显,并成为未来抗震设计中的主流方法和理论。
注:文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开。