抗震材料

抗震材料（精选九篇）

抗震材料 篇1

从上个世纪开始, 各国的专家、学者对抗震设计进行了一系列研究。进入90年代, 结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的历史日程。特别是我国处于地震多发区 (地震基本烈度6度及其以上的地震区面积约占全国面积的60%) , 高层抗震设计设防更是工程设计面临的迫切的任务。作为工程抗震设计的依据, 高层建筑抗震分析更处于非常重要的地位。

1材料的选用和结构体系问题在地震多发区, 采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。

我国高层建筑中常采用的结构体系有:框架、框架-剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系, 这也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外, 特别地震区, 是以刚结构为主, 而在我国钢筋混凝土结构几混合结构却占了90%.如此高的钢筋混凝土结构及混合结构, 国内外都还没有经受较大的考验。钢结构同混凝土结构相比, 具有优越的强度、韧性和延性, 强度重量比, 总体上看抗震性能好, 抗震能力强。

震害调查表明, 钢结构较少出现倒塌破坏情况。在高层建筑中采用框架-核心筒体系, 因其比钢结构的用钢量少, 又可减少柱子断面, 故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内往往要承受80%以上的震层剪力, 有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土结构的位移值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大, 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移, 不仅增加了钢结构的负担, 而且效果不大, 有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构, 形成加强层才能满足规范侧移限值;

此外, 在结构体系或柱距变化时, 需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成刚度而导致结构刚度突变, 常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大, 加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时, 要慎重选择其结构模式, 尽量减小其本身刚度, 减小其不利影响。

唐山钢铁厂震害调查资料统计参数结构形式总建筑面积 (万㎡) 倒塌和严重破坏比例 (%) 中等破坏比例 (%) 钢结构3.6709.3钢筋混凝土结构4.0623.247.9砌体结构3.0941.220.9在高层建筑中, 应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材产量已居世界前列, 建筑钢材的类型及品种也在逐渐增多, 钢结构的加工制造能力已有了很大提高, 因此在有条件的地方, 建议尽可能采用型钢混凝土结构 (SRC) 、钢管混凝土结构 (CFS) 或钢结构 (S或) , 以减小柱断面尺寸, 并改善结构的抗震性能。

在超过一定高度后, 由于钢结构质量较轻而且较柔, 为减小风振而需要采用混凝土材料, 钢骨 (钢管) 混凝土, 通常作为首选。工程经验表明:利用钢管混凝土承重柱自重可减轻65%左右, 由于柱截面减小而相应增加使用面积, 钢材消耗指标与钢筋混凝土结构相近, 而工程造价和钢筋混凝土结构相比可降低15%左右, 工程施工工期缩短1/2.此外钢管混凝土结构显示出良好的延性和韧性。

1995年日本阪神地震震害说明, 在钢骨混凝土构件中, 采用格构式的型钢时, 震害严重, 采用实腹式的大型型钢或焊接工字钢的, 则震害轻微。因此, 在高层建筑结构中, 若用钢骨混凝土构件, 建议使用后者。

2关于新型结构与材料的探讨和应用

2.1脊骨结构 (inestructure) 特别适用于具有高大门厅、空旷地下车库, 顶部阶梯式的高层建筑。

脊骨结构根据建筑布置条件可由支撑、外伸框架或单跨空腹梁构成, 可采用全钢或钢筋混凝土组合体系。由于抗侧力构件沿高度连续, 避免了薄弱楼层, 有利于结构抗震, 保证刚度和稳定的抗侧力构件是高层建筑的脊骨, 包括竖向构件抵抗由倾覆力矩引起的轴力及由对角支撑或刚性连接的构件或抗侧力的墙组成剪离膜 (Shearmembrane) , 一个脊骨结构包括位于建筑外端少数钢、混凝土或组合巨型柱, 这些柱不应影响各楼层的使用。

巨型柱由支撑、空腹桁架或刚性连接的外伸框架梁连接成为一个脊骨结构, 以下是脊骨结构组成的几个要点。

(1) .为了有效的抗倾覆力矩及剪力, 脊骨结构应当是上下贯通的。

(2) .为了有效的抗倾覆力矩, 巨型柱相距越远越好。

(3) .脊骨结构主轴应与结构主轴相重合。

(4) .楼板结构应能直接将楼层荷载传到巨型柱以提高抗倾覆能力。

(5) .脊骨结构在平面上包括的面积应能提供良好的抗扭刚度, 否则应附设周边框架。

(6) .剪力膜 (空腹梁、支撑、刚性连梁及作为脊骨的竖向构件) 应不影响地下空间 (车库) 并应与建筑设计相适应。

2.2剪力膜的三种型式:

带支撑框架 (Bracedframe) , 巨型柱由跨过多层的对角支撑连在一起。带外伸框架的支撑筒体 (BracedcorewithoutriggerFrame) 。

单跨空腹梁 (FreeaingVierendeels) 。不论是风力控制或地震力控制的高层建筑, 脊骨结构体系都是非常有效的。可用于20层至100层的高层建筑。在国外, 脊骨结构已在高层建筑中得到应用。如:美国费城53层的拜耳大西洋塔楼 (Bell Atlantic Tower) 采用全钢脊骨结构和56层的米尼亚波里斯 (Mieapolis) 的西北中心 (NorthwestCenter) 大楼具有多层次阶梯形屋顶是采用组合巨型柱脊骨结构。

钢纤维混凝土是一种性能良好的新型复合材料, 由于钢纤维阻滞带基体混凝土裂缝的开展, 从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高, 其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有较大改善。钢纤维对基体混凝土的增强作用随着纤维的体积含量、长径比的增大而增大, 但在工程实际中, 纤维含量有一定限值, 超过这一限值, 用一般方法搅拌、成型就有困难。对于一般常用的钢纤维混凝土, 其体积含量建议取1.0%-2.0%, 长径比建议取值。应用于一些结构部位 (如柱梁节点、柱子、扁梁柱节点、桩基承台、屋面板、转换梁、筏形基础等) 。采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比, 结构的延性提高57%, 耗能能力提高130%, 荷载循环次数提高了15%, 在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可代替部分箍筋, 既改善了节点区的抗震性能, 又解决了钢筋过密, 施工困难等问题。钢钎维几何参数参考范围表3钢纤维混凝土工程类别长度 (mm) 等效直径长径比一般浇注钢纤维混凝土20~600.3~0.930~80钢纤维混凝土抗震框架节点35~600.3~0.950~80

结语:经济和安全的关系, 是结构抗震设计的重要技术政策。从长远观点看, 如何从我国高层建筑抗震设计现状及国际高层抗震设计发展的趋势出发, 探求一种新型的结构与材料的应用, 应该成为地震区高层建筑发展的新方向

参考文献

抗震救灾个人先进材料 篇2

-----记何成敏先进材料

盈江“3.10”地震发生后，县森林公安局按照上级相关机关的统一部署，在全力做好抗震救灾工作的同时，充分发挥公安抢险救灾作用，坚守岗位履行职责，全力以赴维护灾后治安稳定，并严打各类趁机违法犯罪行为。获得了党和政府的高度评价和群众的一致好评，而他们中间就有这样一个默默付出、甘于奉献的同志----何成敏。何成敏，女，37岁，19年 月出生，19年参加工作，现在盈江县森林公安局治安中队担任内勤工作，3.10地震发生时何成敏同志正在家中午休，在瞬间的大地震中，她亲眼目睹了群众的房屋在倒塌、山崩地裂、落石横飞、道路通信完全中断、群众十分恐慌、秩序非常混乱。面对突如其来的特大自然灾害，她的心中充满了恐惧和不安，然而就在地震停止的那一秒，一名警察的责任感告诉她，出大事了，要马上去单位。她顾不得细细查看家里的损失情况，毅然决然的向单位赶去。当他赶到单位的时候，她的战友们也都已赶到，正在听取领导安排任务，而她和其他妇女同志则克制着内心的不安主动要求任务，经过研究，何成敏和其他同志组成了抗震救灾后勤保障组，负责抗震救灾工作的后勤保障。

随着州局及其他兄弟县市支援同志的到来，整个后勤保障组要负责着100余人的生活保障，在自己都吃不饱、睡不好的困难情况下，面对这么繁重的工作任务，何成敏同志没有一句埋怨，带领其他同志一起投入到后勤保障工作中来，每天天不亮她们就要上街买菜、摘菜、做饭，为的就是正在开展抗震救灾的森林公安民警们在每一天辛苦的工作下来能够吃上一顿热腾腾的饭菜，喝口热汤，几天下来，何成敏同志整个人黑了、瘦了一圈。单位领导让她自己多注意休息，她却说：“男同志们为了群众的生命和财产，不顾安危，冒着阵阵余震，顶着炎炎烈日，始终战斗在抗震救灾第一线，他们是最可爱的人，我们女人做不了什么，只能做好后勤，让他们能无后顾之忧的全力干好工作”。

抗震材料 篇3

关键词：竹质材料,工程结构,安居示范房

0 引言

竹材具有结构性能优于其他建筑材料的性能。在新型抗震安居房的建设和使用过程中, 对这一新型材料的使用, 为抗震安居示范房的材料选取上提供了非常好的方案。尤其是在遭受到地震破坏的区域, 使用这一抗震房屋设计方案, 推动了地震多发地带的村镇住宅建设。经过实验和使用, 新型竹质工程材料的基本构建, 如材柱、层积、材梁等具有很好的强度和弹性。值得在震区村镇建设中推广使用。

1 竹材的优势

竹子在我国分布区域非常广泛。竹材的使用古已有之, 竹结构的建筑至今仍然在南部地区广泛存在。作为质优价廉的建筑材料。竹制房屋一直是南方农村地区普遍使用的主要房屋建设模式。经过现代复合、重组等技术的优化组合, 如今的竹材料已经不仅仅限于农村普通住宅的材料使用, 成为建筑结构中重要的承重构件, 在装修材料、建筑板材、建筑梁柱、墙体门窗、天花板等各个位置被设计者所采用着。现代的竹质材质经过萃取和优化, 不仅具有轻质、耐久的特点, 而且在韧性、强度等方面更加强化。竹结构建筑已经成为我国建筑领域占有更高地位的现代化建筑模式之一, 具有其他结构类型无法比拟的独特优势。

(1) 在生态性上, 竹材料生长速度块, 可再生。

造林后可持续利用性强。于木材相比, 竹材生长周期短、种植养护容易。对周边环境的破坏和污染小, 没有废弃材料需要处理。建造过程相对简单, 建造周期短。比起混凝土钢筋水泥建筑, 更加符合现代建筑绿色环保理念, 在节

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能减排抗污染方面都具有其他建筑材料不可取代的优势。而且竹结构建筑建成后可以再次拆除充足, 有利于竹材生长和再利用, 对于提高环境质量, 保持生态平衡, 对环境保护和经济的可持续发展具有重要意义。竹结构的施工由于重量轻、工艺相对简单、构件标准化、可预先加工等优势, 因此施工速度快, 工业化程度高。一般性的二层住宅大约需要五到六个人, 四十天左右即可竣工[1]。

(2) 竹材人造板材的保温节能性能, 要高于混凝土和粘土砖, 这也是南方地区温暖潮湿环境下建筑建筑中多使用竹材的原因。竹材的热导系数为0.13-0.19之间。对于建筑节能效益很有帮助。同时在生产和使用过程中能耗也较低。

2 竹质工程材料性能

竹质工程材料采用的是原竹作为加工材料, 其基本性能和形状为中空、圆柱、尖削度大。但是也存在容易裂开、霉变的缺点。在作为现代建筑结构的原料之前, 需要进行复合、重组技术, 改变原竹的部分性能, 使之能够适应现代建筑的技术要求。具有防潮、防腐、防霉、阻燃等性能。这种竹质工程材料一般是以原竹为材料, 使用环保型胶黏剂, 经过现代加工技术进行合成之后的材料。包含的材质主要为胶合板、层积材、重组材等。在使用过程中里利用率高, 规格多样。可以使用各类工程需要进行工厂化生产[2], 如表1。

3 新型竹结构抗震安居示范房的设计案例

本文所选案例为震灾后的农村安居工程建设用房。建筑模式为独立式住宅建筑。每栋建筑面积一百八十平方米。建筑功能为满足使用者基本生活需要。主要建筑结构包括门廊、柱廊、家庭活动空间、卧式、厨房、餐厅、储藏间。根据建筑需要, 室内空间一层高度为三米, 二层高度为4米。如图1。

(1) 考虑了抗震安居房的建筑原则以及国家有关灾后重建结构抗震能力的要求, 结构平面注重了抗震力、立面规则、侧面刚度均匀的要素, 还要考虑建筑整体的抗震性能以及构件之间的联系。现代木结构中的梁柱结构体系采用了传统建筑形式, 梁柱为主要的建筑形式, 形成受力体系承载负荷。轻型木结构由众多断面较小的规格材料和面板均匀组成, 这种空间箱形体的结构可以承受各种荷载。案例中选用的竹质材料发挥了轻质、高强度的特点, 将两种构件的优势充分发挥出来。结构体系总体采用的是梁柱、墙骨等的受力体系, 除了框架柱以外, 门窗、主梁均采用了平行框架, 这种结构可以抵抗地震作用下的水平侧向力, 并可以通过墙体的抗震刚度和侧向承载力设置斜向支撑和水平横撑, 形成多重抗测力体系。在保证墙体刚度和抗震能力的同时, 满足骨架构件的变形要求, 骨架和面板之间链接牢固, 墙体的整体呈稳定可靠的状态。

(2) 为了加强结构的整体性, 煤层高度均设置了贯通的竹制连系梁, 楼面采用了贯通的竹制圈梁形成受力体系, 在骨架和面板之间设置连系梁, 连接其骨架与面板滞后, 用螺钉固定楼面板, 考虑抗震设防要求, 地震区屋架采用四支点的竹质屋子架, 斜向处理。屋架顶部与竹锚固在一起。用水平撑杆支撑在框架柱上。尽可能采用沥青瓦、石棉瓦等减轻结构自重。

(3) 节点设计是木结构的比较关键的问题。连接构件设计中, 要保证强度、荷载的传递, 防止构件开裂、收缩、膨胀。在本案例中所采用的链接方式包括齿链接、赤板链接、普通钉接等方式。中西方统一采取的木构件的链接方式, 有着受力不均加工复杂的缺点, 还会削弱构件截面, 不利于受力。因此这种链接不太适用于构件截面结构。在接长和接厚方面抗压能力较低, 这种节点在实际操作上比较难以应用。普通钉接承载能力与受力链接上不能固定和链接。螺栓链接比较适用于木结构。因此在现代木结构中被广泛使用。本案例也采用了这种节点连接。如图2。

借鉴轻型木结构对本案例中竹结构房屋主要构件节点的构件螺栓进行详细设计。内容主要包括:

(1) 使用厚矩形缸筒, 采用对拉的方式向两个方向固定竹柱和缸筒。在矩形缸筒焊接处链接1厘米的后钢棒, 使用M20锚栓锚固在基础上。地震作用导致上下部和基础结构间出现错动。

(2) 在墙骨柱之间链接两篇对称角钢, 使之与基础的额链接节点继续宁固定。竹墙骨柱于L形角钢之间通过钉接固定。通过M12锚栓固定。

(3) 使用螺栓固定竹竹之间和四周的链接钢板。将钢板外侧焊接成U形托, 使U形托在竹梁和梁端经过螺栓的位置实现对梁的支撑。

(4) 将主、次梁的链接节点通过相互垂直焊接的U形板链接, 主、次梁的对拉螺栓使用螺栓固定。其他链接节点需要满足复杂节点以保证传力路径明确。同时预加工的金属链接件要保证安装质量和速度。这样才能保证住宅的标准化和工业化, 实现建筑再结构良好的前提下达到抗震标准。螺栓链接使得构件结构可以具有一定的变形能力[3]。

4 结语

竹结构建筑的优势在于它的生态性、节能环保、抗震以及经济耐用。本文对震区安居工程建筑用料采用的新型竹材料的优势以及实际案例中的技术要点进行阐述, 重点论述了新型主结构抗震安居示范房的主要构件的关键技术。该示范房的设计与建设表面, 充分利用竹质材料, 合理利用其结构形式和节点进行施工, 可以使抗震安居房经受住一定震级的强力冲击。而且在防潮防蛀等有关舒适度的问题上得到强化。不仅满足短期内受灾人口的安置问题, 在长期使用上也得到了保障。只要将关键技术执行好, 就能确保工程的顺利开展。事实证明, 选用新型竹结构抗震安居示范房建设对于震后村镇住宅重建确实是正确的选择。

参考文献

[1]王正, 韩冬青.竹质复合材料的空间营造与形式表达——南京周里村便民服务中心[J].新建筑, 2013 (4) :88-91.

[2]马欣欣, 王戈, 江泽慧, 等.竹质工程材料的蠕变性能研究现状[J].林产工业, 2015, 42 (4) :3-6, 17.

抗震救灾先进事迹材料 篇4

2008年5月12日，汶川发生了7.8级地震。震后，依照江阳区卫生局的指示，我与其余四名卫生防疫人员迅速开赴四川省彭州市银厂沟重灾区执行卫生防疫工作。由于灾情和地形，当地交通、电力及通讯经常中断，食品、药品以及饮用水缺乏，再加上余震频繁、大雨持续，随时都可能暴发泥石流，环境异常艰苦，危险时刻相伴。进入灾区当日，根据江阳区卫生局领导指示精神，党支部就把“发扬江阳卫生精神，严密组织、细心消杀、严格培训、精心防控，确保灾后无大疫，打头阵、争领先”，作为江阳区党员卫生防疫队工作目标和指导思想。每次领任务，我队总是主动请战，要求到灾情最重、最危险的高山远地开展消杀防疫工作；每次请战，临时党支部总是主动要求争取急难险重任务；每次遇到危难险阻，支部总是及时召开党员会议，充分发挥集体智慧，攻破一个又一个难关。在临时支部的统一领导下，全队上下齐心协力，团结奋战，坚决服从指挥部和当地行政的统一指挥，圆满完成各项消杀防疫任务，得到了当地居民和政府部门的普遍认可与称赞。

在灾区的10天时间里,我们用自己的双脚走遍银厂沟景区的丛林，虽然每天长时的负重步行跋涉和太阳暴晒使每个队员都脚上起满血泡身上多层脱皮，但队员们每次都踊跃报名，积极参加险重任务。队员们每天背着30多公斤的消杀物资，在1000多米高的山上，攀着悬崖峭壁，沿着崎岖的山路，踩着塌方滚下的石块，每人平均每天步行5小时。在地震灾区开展防疫工作期间，随时面临着困难与危险。灾区昼夜温差大，队员们露宿帐篷，睡在用沙石或水泥板铺的地上，几个人盖一条被子，且经常遭暴雨侵袭，夜盖湿被；灾区缺衣少食，每

抗震材料 篇5

一、建筑抗震结构设计的基本要素

一是在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层 (部位) , 使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移, 这是提高结构总体抗震性能的有效手段。二是一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成, 并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架———剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成, 双肢或多肢剪力墙体系组成。三是构件在强烈地震下不存在强度安全储备, 构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。四是强烈地震之后往往伴随多次余震, 如只有一道防线, 则在第一次破坏后再遭余震, 将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度, 有意识地建立一系列分布的屈服区, 主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度, 以使结构能吸收和耗散大量的地震能量, 提高结构抗震性能, 避免大震时倒塌。五是要使楼层 (部位) 的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化, 一旦楼层 (部位) 的比值有突变时, 会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

二、荷载与应力分析

(一) 荷载与外力的种类。

建筑的荷载指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素, 分为竖向荷载, 以及水平荷载。此外, 又分类为经常作用于建筑上的力, 以及临时作用于建筑物上的力 (临时荷载) 。在结构设计上, 因固定荷载产生的长期应力, 以及在固定荷载上再加上临时荷载时, 视作短期产生的应力。对于在结构支承上的主要部分所施加的长期与短期的应力值, 必须确定它们不得超过各容许应力值。

(二) 荷载与结构因素。

刚接指构件与构件之节点上的角度, 即使受到外力使钢架产生变形之后, 其角度仍然不会产生变化的连接形式。而框架结构则是指各节点的构件由刚接而成的构架。在对应于竖向荷载的结构方式上, 比框架结构更能够加长跨距, 或降低框架的重量。在对应于水平荷载方面的构件上来说, 若与框架结构相比, 由于能够加强水平荷载, 于是就被当作补强框架结构的抗震要素来使用。

(三) 连接点的种类。

在建筑结构上, 支点与节点都是的重要连接点, 我们把连接建筑地基与其他结构体的接点称作支点, 而把两支以上之构件的交点就称作节点。当构件上有外力作用时, 在支点上产生反力的构件会维持静止状态。支点上所产生之反力的数量, 会因支承方式而有差异, 移动端在垂直于移动方向的方向上出现一个反力, 回转端在直交方向上出现两个反力, 固定端在直交的两个方向与固定端弯矩的一个方向上产生反力。

(四) 应力与变形。

轴方向力是当外力作用于材轴方向时的应力, 若在任意点上相互产生拉力时就称作拉力, 相互产生压缩时就称作压力。剪力则是指外力想要从构件轴线呈垂直方向切断构件之时, 在任意点上产生之一对应力。弯矩是指外力想要对于构件产生弯曲作用时而在任意点上产生之一对弯矩。屈曲是指外力持续增加时的某一时刻急遽产生变形的现象。

三、确定整体结构的科学性和合理性

(一) 刚重比是结构刚度与重力荷载之比。

它是控制结构整体稳定性的重要因素, 也是影响重力二阶效应 (P—△效应) 的主要参数。通常用增大系数法来考虑结构的重力二阶效应, 如考虑重力二阶效应的结构位移可用未考虑P—△效应的计算结果乘以位移增大系数, 但保持位移限制条件不变 (框架结构层间位移角≤1/550) ;考虑结构构件重力二阶效应的端部弯矩和剪力值, 可采用未考虑P—△效应的计算结果乘以内力增大系数。一般情况下, 对于框架结构若满足:Dj≥20∑Gj/hj (j=1, 2, …n) 结构不考虑重力二阶效应的影响。结构的刚重比增大P—△效应减小, P—△效应控制在20%以内, 结构的稳定具有适宜的安全储备, 该值如果不满足要求, 则可能引起结构失稳倒塌, 应当引起设计人员的足够重视。

(二) 刚度比和层间受剪承载力之比。

其是控制结构竖向不规则的重要指标。剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定;剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3.4.2条和《高规》4.3.5条的相关规定, 通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比, 这也是软件的缺省方式。

(三) 层间位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。

其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定。需要指出的是, 新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的, 如果在结构模型中设定了弹性板, 则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”, 以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后, 再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择, 以弹性楼板设定进行后续配筋计算。

(四) 剪重比是抗震设计中非常重要的参数。

规范之所以规定剪重比, 主要是因为长期作用下, 地震影响系数下降较快, 由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构, 地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用, 若剪重比小于0.02, 结构刚度虽然满足水平位移限制要求 (框架结构层间位移角≤1/550) , 但往往不能满足结构的整体稳定条件。设计人员应在设计过程中综合考虑刚重比与剪重比的合理取值。

四、隔震结构设计

一般的建筑物是由建筑物整体吸收地震动的振动能量。大地震时, 会在大梁与柱子上发生损伤, 并且有损坏建筑物功能之虞。另一方面, 隔震结构的建筑物是在建筑物下方设置一种地震时比其他层产生更大水平变形的“隔震层”, 使得上层建筑物不容易与地基共振, 同时集中吸收振动能量。由于振动能量不容易传递到上方建筑物, 于是就降低了大地震时产生损伤的可能性。这不仅能保护建筑物使用者的生命, 也能够使功能的维持以及收藏物的保护变得可能, 也可缓和地震时的恐怖感。隔震层采用即使发生50mm~60cm之水平变形也无妨的构造。

(一) 构成隔震层的隔震构件。

1. 铅制缓冲构件。

利用高纯度的铅材料的塑性变形而制成的铅缓冲器。除此之外, 尚有利用摩擦原理的缓冲器, 利用油通过小孔时的阻抗而成的缓冲器, 以及利用黏滞体的剪断阻抗原理而制成的缓冲器等。

2. 叠层橡胶。

为了支承上方的建筑物, 以及避免与地基共振, 需要垂直方向坚硬, 但水平方向柔软的支座。叠层橡胶是将厚度数毫米的橡胶与钢板交互重叠接合, 施加热与压力, 发挥橡胶特有的弹性, 就能够满足这个条件。

3. 钢制缓冲构件。

在隔震层吸收振动能量, 担任衰减振动的作用而制成的缓冲构件。由于隔震层在水平方向产生很大的变形, 因此根据变形状况, 采用将振动能量消耗的机制方为合理。钢条缓冲构件是利用钢料的塑性变形。

(二) 地震时建筑物摇动的比较。

1. 隔震结构的建筑物。

由于隔震层在水平方向极为柔软, 于是地震时的大部分变形都集中在隔震层上。这样可缓和上部结构的摇动, 也不容易引起家具的倾倒及外墙的剥离, 而且几乎不会发生柱子与梁的损伤, 是步行困难者利用的设施。

2. 一般的建筑物。

一般的建筑物在地震时会将振动传递到整个建筑物, 于是家具就会倾倒、外墙剥离, 而且柱子与梁也产生损伤, 各个楼层发生几乎相同程度的变形。

3. 部分楼层柔软的建筑物。

如一楼挑空、二楼以上墙壁多的建筑物, 当某一楼层比其他楼层柔软时, 地震时的变形就集中于柔软的楼层, 因此会有崩塌之虞。崩塌之楼层会出现极大的损害, 纵然其他楼层的破坏较少, 但是建筑物却变得无法使用。

(三) 隔震层的位置。

根据建筑物的功能与结构性质选择隔震层的位置。基础的隔震需要基坑, 但是其与非隔震层部分之间的衔接, 采用最低限度, 就能够给建筑物整体带来隔震的效果。中间隔震层的电梯与楼梯的连接困难, 适用于地下楼层多的情况, 或无法设置基坑的情况, 还有地震时上方楼层比特定楼层更容易振动的构造的情况。这类情况之下, 隔震构件需要防火包覆。

(四) 隔震构件的能力与特性。

大变形时的垂直支承能力:隔震构件要求即使在大变形时也能够确实支承建筑物的质量。叠层橡胶需要设计成当最大变形发生时重叠部分不得小于直径1/2以下的尺寸。采用直径小的叠层橡胶时, 必须采用在大变形时可支承建筑物之质量的构造。

五、结语

抗震材料 篇6

上海某医院住院部大楼为一栋7层现浇钢筋混凝土结构房屋, 于1984年竣工, 因为医院市区门诊需求, 拟将该住院部改为门诊综合楼。对内部的建筑功能进行调整, 重新划分平面布局。

房屋主体结构分为两个单体, 单体A为7层混凝土框架结构, 单向框架 (如图1所示) , 单体B为7层钢筋混凝土框架—剪力墙结构 (如图2所示) , 框架部分为单向框架, 结构总高度为25.7 m, 单体A和单体B之间设有100 mm宽伸缩缝。框架柱截面尺寸从基础顶面到25.700 m, 标高均为400×600, 标高0.000以下, 柱配筋宽度方向为3根28, 高度方向为2根28+1根16, 箍筋采用2肢箍8@200, 标高0.00~7.800柱配筋宽度方向为3根25, 高度方向为2根25+1根16, 箍筋采用2肢箍8@200, 标高7.800 m~25.700 m柱配筋宽度方向为3根22, 高度方向为2根22+1根16, 箍筋采用2肢箍6@200。框架梁横向多为花篮形, 截面尺寸大多为200 mm×650 mm, 200 mm×630 mm和200 mm×450 mm, 纵向框架梁多为矩形, 截面尺寸为200 mm×650 mm和200 mm×400 mm, 框架梁箍筋为8@150和8@200。单体B电梯井局部设有混凝土墙, 墙厚200 mm, 竖向钢筋为10@200, 水平钢筋为10@300。楼板大多采用120厚预应力多孔板, 局部采用现浇混凝土楼板。基础形式为箱形基础, 基础外墙厚度300 mm, 基础底板厚度400 mm和450 mm。混凝土强度等级:混凝土墙和2层以下现浇梁柱为300号, 其余为200号。房屋原设计未考虑抗震设防。

2 建筑抗震性能分析

依据建设主管部门管理文件和相关规范[1,2,3]要求, 现有建筑加固改造前, 应先进行抗震鉴定。工程以业主提供的抗震鉴定报告、原设计图纸和现行规范为依据进行改造加固设计。

2.1 房屋现状

根据抗震鉴定报告, 1层, 2层梁柱强度平均值为26.9 MPa, 基本达到原设计300号 (C28) 的要求, 3层~7层梁柱混凝土强度平均值为26.7 MPa, 达到原设计200号 (C18) 的要求。单体B混凝土强度平均值为26.3 MPa, 基本达到原设计300号 (C28) 的要求。

由房屋倾斜测量结果可知, 单体A向南倾斜率在1.64‰~4‰, 向东倾斜率在1.46‰~2.3‰之间, 单体B向东向南倾斜率在0.58‰~3.9‰之间, 小于规范要求的4‰。相对沉降差84 mm, 在规范允许范围内。

经过现场调查, 房屋总体施工质量较好, 混凝土浇捣密实, 构件表面光洁, 房屋钢筋混凝土构件基本完好, 无明显开裂现象。

2.2 结构体系及抗震措施分析

根据上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》, 从结构体系、连接构造、材料强度、配筋情况等方面对该房屋原结构进行了抗震构造分析, 结构形式、单体A平面和竖向规则性、混凝土强度、房屋高度、框架梁柱截面、剪力墙厚度和剪力墙配筋满足现行规范, 单体B平面和竖向规则性、梁柱箍筋加密区和剪力墙边缘构件不满足现行规范要求。

3 结构抗震分析验算

根据相关规范规定, 抗震验算和抗震措施应根据实测结果并结合改建方案进行, 房屋为乙类建筑, Ⅳ类场地土, 7度抗震烈度设防, 框架抗震等级为二级, 抗震墙抗震等级为一级, 考虑风荷载作用, 根据实测数据, 梁、柱钢筋保护层厚度取40 mm, 原结构梁、柱、板及墙截面尺寸和配筋按原设计取值。

经PKPM系列软件对原结构分析得到如下结果, 地震作用下单体A各层X, Y方向最大层间位移角分别为1/395和1/452, 不满足抗震规范框架结构层间位移角限值1/550的要求。单体B各层X, Y方向最大层间位移角分别为1/2 531和1/1 546, 满足抗震规范框架结构层间位移角限值1/800的要求。在规定水平力作用下, 两个单体的最大弹性水平位移和层间位移不大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍。

单体A个别框架柱轴压比超限, 1层~4层部分框架柱Y向实配纵筋不满足计算要求, 所有框架柱实配箍筋都不满足计算要求。单体B所有框架柱实配箍筋都不满足计算要求, 屋面层个别框架梁实配箍筋不满足计算要求。

4 结构加固设计

4.1 结构体系加固

为解决单体A最大层间位移角不满足规范要求问题, 对原单向框架结构体系加固方案有两种, 方案一是结构1层~7层X, Y双向均布置剪力墙增强结构的抗侧刚度, 结构体系由框架结构变为框架—剪力墙结构, 经计算位移比由1/395减少到1/1 200。此方案增加结构自重较多, 基础需要设置锚杆静压桩加固, 而原有地质勘察资料不能满足锚杆静压桩设计要求, 加固设计前需要进行工程地质勘察;方案二是结构1层~5层在X, Y方向分别设置两道柱间H型钢支撑, X向为十字交叉撑 (见图3) , Y向由于建筑使用通道需求设置人字支撑 (见图4) , 通过设置支撑提高结构的整体抗侧能力, 位移比由1/395减少到1/777。支撑方案优点是基础不需要加固, 施工速度快。经综合比较, 选择方案二增设柱间支撑对结构进行加固。

4.2 框架柱的加固

框架柱加固分轴压比超限、纵筋不足和箍筋不足三种情况。单体A增设支撑的两侧框架柱轴压比均大于1, 增大支撑两侧框架柱截面, 使轴压比满足规范要求。对于轴压比大于0.75小于1.0的框架柱采用碳纤维环向围束加固 (见图5) 。框架柱纵筋不满足规范要求时, 采用外包角钢加固 (见图6) 。《建筑抗震设计规范》[4]要求二级框架柱箍筋加密区箍筋最小直径8, 最大间距100, 框架柱实配箍筋2层以下8@200, 3层及以上为6@200, 全部框架柱采用碳纤维环形箍加密。

4.3 框架梁的加固

Y向框架梁实际配置纵筋满足计算要求, X向框架梁梁顶梁底纵筋全部不满足要求, 缺少钢筋量比较多, 采用框架梁顶粘贴钢板, 框架梁底包角钢方法加固 (见图7) 。《建筑抗震设计规范》要求二级框架梁箍筋加密区箍筋最小直径8, 最大间距100, 所有框架梁均不满足箍筋加密要求, Y向框架梁箍筋8@150, 采用碳纤维加固 (见图7) , X向框架梁箍筋6@200, 采用粘贴钢板加固。

4.4 剪力墙的加固

剪力墙底部加强区墙厚不满足规范要求, 底部两层增加墙厚。原剪力墙没有设置约束边缘构件和构造边缘构件, 采用外贴型钢加固。剪力墙分布筋实配水平钢筋一级10@300, 纵筋10@200, 满足规范最小配筋率等构造要求, 1层, 2层墙水平分布筋部分不满足计算要求, 部分超筋, 采用单面板墙加固。剪力墙端部纵筋部分不足, 同边缘构件一起外贴型钢加固。

5 结语

1) 建筑物进行改造前, 应对建筑进行全面的抗震检测和鉴定, 明确材料实测强度、不均匀沉降和构件损伤等情况, 并根据检测结果进行计算, 分析改造方案的可行性。2) 对于实行抗震设防之前设计施工的建筑物进行改造, 通过对框架梁、框架柱和剪力墙的加固设计, 能够满足现行抗震规范的计算要求, 但是连接节点抗震构造措施一般是不易满足要求的, 设计时要加强节点连接。3) 建筑物加固设计应综合分析经济性、可行性和工期长短等因素, 选择合理加固设计方案。住院部大楼改造工程于2010年竣工, 在使用过程中, 达到了原有改造加固设计目标, 没有发现质量问题。

参考文献

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[2]JGJ#space2;#116—2009, 建筑抗震加固技术规程[S].

[3]GB#space2;#50367—2006, 混凝土结构加固设计规范[S].

抗震材料 篇7

关键词：建筑结构,抗震设计问题,抗震设计方案

自然灾害的发生会对社会造成严重的伤害, 严重的灾害会导致人身安全受到威胁与财产受到损失, 我国的地震发生概率比较高, 对于地震的防御能力一直是建筑行业非常重视的方面。现在的科学技术不断上升, 我国的建筑结构抗震能力在不断加强, 根据一些先进的抗震设计方案结合我国建筑自身的特点不断设计适当的抗震方案进行建筑, 保证人身安全与财产稳定, 促进我国城市化建设的顺利发展。

1. 建筑结构抗震设计问题分析

1.1 抗震地点建筑的选择问题

在进行建筑施工的过程中不仅对施工技术等进行加强, 还需要针对抗震方面进行分析与研究, 在施工条件相同的情况下针对不同的施工地点会严重影响到施工抗震的效果。I因此针对这样现象, 对于施工抗震地点的选择非常重要。在进行建筑施工场地选择期间需要充分的掌握施工场地抗震性, 这是进行抗震性建设的基础与原则, 在进行建筑施工场地的选择期间, 一定要注意充分降低地震灾害造成的影响, 尽量选择一些抗震性较好的地方进行施工建筑, 对于抗震性或是一些多发地震以及自然灾害的地方一定的避而远之, 例如一些山川河流的边界、单独的山丘或是非岩质陡坡等【1】。针对一些风化现象比较严重、或是基层岩石稳定性比较差的地方需要在建筑中加强抗震技术, 选择抗震性较强的方案进行设计与建筑。逐渐加强抗震监督管理能力, 并且详细了解抗震的方面之后需要针对相关的地震原因等制定适当的抗震方案, 加强抗震类别的选择。针对一些湿线性黄土或是地基液化现象的发生等需要采取专业的改善措施进行改善与建设, 保证建筑的刚度与稳定性。若是建设的地点经常受到各种力层的影响, 大致土地不够均匀、土质比较松软或是在填土期间影响其稳定性的情况下, 需要对地震期间的土层下降与凹陷情况进行具体的计算与合理的规划, 根据具体的计算结构制定合理的改善计划, 加强地基建设或是加强建设整体的稳固性等, 来完善建筑地基的承受能力, 加强抗震效果。

1.2 房屋建设结构抗震机制的选择

房屋结构对于建筑的抗震效果具有非常重要的作用, 其中的房屋结构机制选择需要具备科学合理的原理, 对于其中的刚度进行适当的计算, 保证选择的房屋结构机制能够很好的避因为自然情况或是突发状况等造成的不稳定性, 因为建设比较薄弱的地方导致出现抗压能力减小或是抗震水平降低的现象发生。其次是对房屋构架机制的选择, 一定要注意其中的抗震功能的科学设计, 能够顺利的将抗震信息进行传输, 保证抗震期间有效措施的制定, 同时在纵向设计房间过程中, 一定要将房屋的垂直重力保持在规定压力之内, 计算出其中的垂直压力平均值, 根据平均值进行垂直压力的设定。在进行楼层建筑中的盖梁设计期间, 需要掌握其中垂直压力的变化, 尽量实现垂直压力能够利用最小的空间或是途径将其转移到柱子或是承重墙上, 保证在压力转换期间, 建筑物上面的纵向构架能够对其进行第二次转换, 以达到减小地震的振动力。最后是在选取房屋构架期间, 需要注意因为一些房屋构架或是建筑等出现破损, 导致整个建筑的抗压能力减弱, 失去重心的承受能力, 导致抗震性能与建筑的承受能力减弱。因为在建筑中将地震的压力经过一定的渠道进行转化, 将地震产生的振动进行分散, 利用优秀的结构变形以及抗震能力, 当出现地震的情况下能够很好的保证建筑物的稳定。

2. 加强建筑抗震能力的有效方案

2.1加强建筑中对于地震产生的外力振动的抗震能力, 在抗震能力提升的基础上制定合理的改善方案, 充分的保证建筑中的承重墙与房梁以及柱等形成一个平面, 在这个平面中完成对地震进行双性抗御的体系, 在这个建筑体系中不仅能够很好的减少地震对于建筑物的影响, 还能保护建筑物受到各种自然因素的伤害。这种建筑形态对对地震产生的破坏造成弯剪或是破坏, 防止地震对建筑物产生破坏, 降低地震的破坏能力。

2.2根据地震的登记对建筑中的梁、柱等进行抗震改善, 利用适当的改善措施加强其自身的抗震性能, 尽量保障在出现地震的情况中建筑物能够具有一定的抗震能力, 能够达到抗震要求的标准【2】。根据建筑构件中的各个原则:强节点弱构件、强剪弱弯、强柱弱梁等来进行建筑截面的设计, 对于建筑的材料等一定要进行严格的检查与使用, 保证建筑材料的标准与质量, 在保证建筑结构抗震性提升的基础上加强建筑整体的抗震能力。

2.3对于建筑结构中的抗震防线一定要多设计。正常在一个建筑结构中, 对于抗震结构的设计, 一定要在地震的影响下将其中一部分抗震性比较好的建筑构件作为第一道抗震防线中, 随后设置第二道抗震防线, 一定要保证抗震防线的设计环环相扣, 加强抗震的连环性, 这样才能提升全面抗震的效果, 不同地区对于这方面的建筑要求不同, 需要结合地区自身的需要进行抗震防线的设置。

2.4在一些地震发生概率比较高的地区, 对于建筑行业、地震监控以及抗震研究部门等需要保持相互之间的联系, 制定严格的抗震防御制度与体系, 对建筑的施工材料以及建筑的施工方案等一定要进行严格的审核, 经过专业的检查与鉴定之后在开始投入建筑, 保证建筑的各方面符合相关的规定与要求。

3. 结束语:

地震对于人们的伤害非常大, 需要人们针对不同地震发生的原因制定合理的抗震计划, 特别是在建筑方面, 一定要对建筑结构的抗震设计进行严格科学的审核, 提升建筑自身的抗震能力, 尽最大能力保证人们的人身安全以及减少财产损失。

参考文献

[1]赵建荣.建筑结构抗震设计若干问题的探究[J].科技创新导报, 2012, 06:45.

抗震材料 篇8

1.1 研究背景

随着科技进步, 人类进入崭新的发展阶段, 而突如其来的地震对人类社会造成的难以抵御的冲击, 往往给经济建设和人民生命财产带来严重的危害。特别是在人口稠密、工业发达的地区, 大地震更给人类带来毁灭性的灾难。我国大陆大部分位于地震烈度6度以上地区, 50%的国土面积, 位于7度以上地震高烈度区域, 其中包括23个省会城市和2/3百万以上人口的大城市。如何避免和减轻地震灾害, 是当前社会发展必须首先要考虑的问题之一。而地震中建筑物的破坏是造成地震灾害的主要原因。因此, 研究建筑抗震技术, 具有特别重要的意义。

人类是在与自然的不断抗争、妥协、对话中, 与其共生共存。技术的进步使人类告别了穴生巢居, 有了可以规避外界侵害的建筑, 但面对如地震的自然大灾害, 纵然是钢筋、混凝土坚如铜墙铁壁般的城市森林, 也仍有危如累卵之忧。

1.2 研究意义

人有趋利避害的本能, 建筑与城市的“本能”是人所赋予的庇护安全、便利生活、形成社会等功能———庇护是其最重要的本体功能。由于当前既定的设计框架与技术措施, 被动设计不足以规避伤亡性的突发性事件和灾难的发生。除了加固本体之外, 更需要活性的、有机的另一重或多重的保障。这样的保障, 不是规范式的金科玉律, 也不是缺乏普及性的个案特例, 而是基于平常建筑非常时期的安全需求, 在灾害发生时, 为寻常之人提供庇护。

技术, 以及对于技术发展的想象力, 不仅仅赋予建筑以“生命”, 更可赋之以“魂灵”。设计秉承着探寻建筑技术发展的可能, 探索一种在地震中“活”的住宅形式, 以单元体的模式为立足点, 用单元“自变”及单元与单元间的弹性形变, 应外界之万变, 使城市和建筑具有对灾害的“自适应”能力, 不对抗自然, 而以设计拯救设计。

2 国外相关研究

2.1 日本

日本是一个坐落在亚欧板块和太平洋板块的岛国, 地震频发, 因而逐渐形成完善的抗震规范和技术, 并对抗震进行不断的研究和创新。目前日本最先进的技术有:核心悬挂独立系统、半浮动结构系统、层状弹性橡胶支座系统、混合集中地震控制系统等等。

2.2 智利

智利作为世界上最狭长的国家, 国土内任何一个区域都是地震高发区。因此智利发展了高标准的抗震建筑设计、严格的管制制度。“强柱弱梁”的结构建造方式, 也让建筑物经受住了一次又一次地震的考验。这是以柔克刚, 最大化的削减地震的破坏力。

2.3 英国

英国的科学家目前将纳米技术应用于建筑材料, 如纳米聚合体例子, 可以使墙体裂纹自我愈合。

2.4 美国

美国的“滚珠大楼”, 在建筑物的每根柱子下或墙体下, 安装不锈钢滚珠, 地震来袭时, 有弹性的钢梁可以在一定幅度下伸缩, 建筑可以在钢珠上前后滑动, 大大减小了地震力的破坏。

3 方案研究

3.1 研究内容

研究可变单元体的形式、结构、构造设计以及各单元体之间的衔接模式, 在此基础上还应该解决住宅之中公共空间部分的处理形式。

3.2 研究方法

首先, 对地震多发国家中的建筑抗震设计、施工方法等进行研究和学习, 对文献进行整理和归纳, 对各种抗震结构及施工的利与弊, 予以列表分析, 取长补短, 发散思维。其次, 是对现在新型建筑材料的物理、化学性质, 尤其是其力学性质进行研究思考, 探讨是否可以使用新型建筑材料, 建造住宅单元若确有必要使用新型材料, 需确定是哪种新型材料。之后确立“活”的宅中运用的结构形式, 跳脱以往钢筋—混凝土框架结构住宅形式的思维定式, 研究设计新型对抗地震。最后, 是对这种新型住宅的空间进行设计, 保证平时人活动的便利性。

3.3 技术路线

前期优秀抗震建筑的调研和相关文献搜集→初期草模和原理图的推敲, 若运用新型材料, 应使用新型材料进行抗震实验→绘制图纸, 推敲空间、结构、构造等→反复修改细节→进一步修改图纸和模型, 并进行模拟实验→最终成功图纸模型。

3.4 关键问题

1) 如何解决“活”的宅自身应对外界突然冲击力产生的大量形变。

a.是否需要寻找一种新型建筑材料进行建造;如果是, 应解决是何种材料。

b.自身结构在平时外界应力 (风、雨、雪、人力、结构自重等) 作用下, 如何解决形变问题。

c.住宅楼梯间部分形式、结构及构造处理。

d.抗震最不利位置的处理 (如出挑阳台) 。

2) 大规模冲击力发生时, 单元体之间如何灵活应变, 避免互相造成结构损伤。

a.住宅单元体之间横向与纵向的衔接方式。

b.单元体在冲击力发生时的移动模式。

c.在平时温度、湿度变化引起的自然形变及自然磨损情况下, 如何保证建筑的寿命。

以往及现今建筑, 多以自身刚性结构被动抗争外界冲击力, 本项目旨在设计一种以自身微小“活动”和互相之间能够“活动”的“活”的宅, 以自身之变, 应外界之万变, 主动地去应对地震产生的巨大冲击力。

4 研究初期成果

如何使建筑真正“活”起来, 利用自身节点, 吸收化解地震力。在建筑的承重结构间, 结合减震材料, 形成可活动的节点, 就可以大大削减地震力对建筑本体的破坏 (如图1, 图2所示) 。

对现有的新型建筑材料的物理、化学性质, 尤其是其力学性质进行研究思考, 使用弹力纤维的膜状材料新型建筑材料建造住宅单元, 可以大大加强建筑的整体性 (如图3所示) 。

美国麻省理工学院的科学家们曾经研究了蜘蛛网为何如此有韧性的原因, 该研究报告的合著者马库斯比埃勒 (Markus Buehler) 说:“蜘蛛网真正坚韧的部分不是丝, 而是其机械性能如何随着张力而改变, 这是一个井然有序的内置的功能。”参考蜘蛛网的工程学原理, 中心的柱与连接网采用刚性的连接构件, 单元与单元之间则采用柔性的连接构件 (如图4所示) 。设计确定了“生命树”的基本概念:树干, 即交通核, 采用剪力墙结构, 为刚性结构;树枝, 即抗震单元, 可灵活变动与移动的单元式结构;树叶, 即单元与单元之间、单元与核心筒之间的连接构件, 参考蜘蛛网结构设计的膜结构, 加强构件之间的连接力, 缓释地震力或飓风对建筑造成的破坏 (如图5~图7所示) 。

“活”的宅中运用的结构形式, 采用了以单元抗震模块的方式组装成高层以及超高层建筑。跳脱以往钢筋—混凝土框架结构住宅形式的思维定式, 研究设计新型对抗地震的措施。最后是对这种新型住宅的空间进行设计, 保证平时人活动的便利性。

5 结语

“活”的建筑, 以“生命树”为命题, 设想了以下几个概念:

“生命树”的树干———交通核之中, 配置有各功能单元的卫生间, 并且在双层剪力墙间, 设置了大面积的交通空间, 在非常时期, 可成为临时避难所, 为人们提供安全保障。

抗震材料 篇9

1 SMA丝超弹性性能试验

超弹性也被称作相变伪弹性 (Transformation Pseudo-elasticity) , 是指当对材料施加应力, 诱发其产生马氏体应变, 当应力去除后, 马氏体消失, 应变恢复的效应。

1) 试验方案。样品选择沈阳天贺集团提供的1.8 mm SMA丝, 具体参数见表1。

a.SMA丝超弹性性能。分别以3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%的应变幅值在常温下对SMA丝进行6次循环加载试验, 加载频率f=0.5。b.SMA丝耗能能力。以6%的应变幅值在常温下循环5次对SMA丝加载试验, 考察其滞回耗能能力。

2) 试验结果分析。从图1可以看出, 分别在3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%的应变幅值下进行加载, 该SMA丝的变形可以完全回复到原点, 残余应变几乎为零, 超弹性性能较为稳定。从图2可以看出, 以6%的应变幅值在常温下循环加载, SMA丝变形曲线的滞回环面积较大, 形状饱满, 说明该SMA丝具有较好的阻尼耗能能力。具体加载参数见表2。

本文对0.5 Hz下循环的8%应变的合金丝进行了拟合, 其弹性模量E=5.32×1010N/m2, 屈服应力Y=7.0×108N/m2, 材料常数为:α=0.1, fT=0.3, c=0.001, a=900。

由图3可以看出, 试验值和理论值拟合度较高, 试验的屈服应力比理论值还要偏高, 耗能能力、阻尼、刚度等其他参数基本吻合, 说明选取的SMA合金丝具有较好的超弹性性能和耗能能力。

2 复合抗震支座设计及工作原理

2.1 复合抗震支座设计

以下在SMA丝试验的基础上设计出一种新型复合抗震支座, 构造图见图4。它由普通叠层橡胶支座、SMA丝、碟形弹簧、滑轮、导筒和刚性外壳共同构成, 两组SMA丝双向交叉穿过固定在普通叠层橡胶支座上下钢板上的滑轮, 两端分别固定于钢板的两侧。多片碟形弹簧串联组合复合于普通叠层橡胶支座上部, 并通过导筒和刚性外壳来限制碟形弹簧的水平位移。

2.2 复合抗震支座的工作原理

在地震作用下, 复合抗震支座通过普通叠层橡胶支座的水平变形和碟形弹簧组合的竖向变形分别实现水平和竖向抗震, 在大震作用下, 复合抗震支座的水平变形不断增大, SMA丝的滞回耗能能力和超弹性回复力发挥作用, 不断耗散和衰减地震能量, 减轻地震对地面结构的破坏, 同时, SMA丝通过较强自回复能力, 使普通叠层橡胶支座在大变形情况下依然可以回复原状, 保持较好的抗震性能。

3 应用复合抗震支座的网壳结构地震反应分析

3.1 计算模型及主要参数

本文以施威德勒型单层球面网壳为例分别采用普通叠层橡胶支座和本文设计的复合橡胶支座, 应用ANSYS软件编程进行储网壳结构的地震响应分析研究, 网壳结构模型如图5所示。

本文选用天津波三个方向的地震分量, 对球面网壳结构地震响应进行研究, 主要参数见表3。

本文选取的分析单元为具有代表性的三个杆件, 分别为环杆L68, 径杆L176和斜杆L284, 见图6。

分别对球面网壳结构在普通叠层橡胶支座和复合抗震支座下的地震反应进行时程分析, 对水平和竖向地震下网壳结构杆件内力进行比较。

3.2 不同支座下的阵型图比较分析

下面给出了普通叠层橡胶支座和复合抗震支座下该网壳结构的前六阶阵型 (见图7, 图8) 。

从振型图可以看到球面网壳结构水平和竖向破坏作用都比较明显。

通过对比该球面网壳结构在普通叠层橡胶支座和复合抗震支座两种不同支座下的振型图可以发现, 普通叠层橡胶支座下该球面网壳结构变形较为严重, 部分结构坍塌, 杆件出现屈服破坏。复合抗震支座下该球面网壳结构变形较为平缓, 主要表现在支座变形导致的球面网壳结构水平和竖向的整体平移, 杆件破坏表征不明显。

3.3 球面网壳结构水平地震反应分析

水平地震作用下球面网壳结构杆件内力对比见表4。

其中, 以抗震系数γ表示该球面网壳结构内力降幅, 其中, A0为普通叠层橡胶下该球面网壳结构的杆件内力峰值, A为复合抗震支座下的球面网壳结构的杆件内力峰值。

通过对比水平地震作用下两种不同支座球面网壳结构的杆件受力, 可以看出在复合抗震支座下, 球面网壳结构杆件内力降幅较为明显, 径杆L176内力降幅达55.1%, 显著降低了震害效果, 详见图9。

3.4 球面网壳结构竖向地震反应分析

竖向地震作用下球面网壳结构杆件内力对比见表5。

通过对比在竖向地震作用下两种不同支座球面网壳结构的杆件受力, 可以看出在复合抗震支座下该球面网壳结构内力降幅较为明显, 其中, 环杆L68内力降幅最大达42.9%, 说明复合隔震支座可以显著衰减地震对结构的破坏作用, 有效降低结构受力, 使网壳结构的内力分布更趋合理, 详见图10。

综上, 水平和竖向地震作用下, 采用复合抗震支座的球面网壳结构杆件内力都有不同程度降低, 可见, 采用复合抗震支座的球面网壳结构受力趋于均匀合理, 具有较好的抗震效果。

4 结语

1) 对普通叠层橡胶支座抗震性能进行分析, 通过在超弹性实验证明SMA具有良好的超弹性性能和阻尼耗能能力, 运用SMA良好的超弹性性能对普通叠层橡胶抗震支座抗震性能进行优化, 设计了一种新型复合抗震支座, 克服了当前普通叠层橡胶支座水平抗震能力不足, 竖向地震分量无法耗散的多维抗震问题。

2) 运用ANSYS软件对球面网壳结构进行了普通叠层橡胶支座和新型复合抗震支座下的地震响应分析, 重点研究了不同支座下球面网壳结构杆件的内力变化规律, 结果表明, 采用复合抗震支座的球面网壳结构水平和竖向地震作用下选取的三个代表性杆件内力均有较大幅度的降低, 从而验证了复合抗震支座的抗震性能, 为实际设计提供了有价值的参考。

摘要：在形状记忆合金丝 (SMA) 超弹性实验的基础上, 运用SMA良好的超弹性性能和耗能能力对普通叠层橡胶抗震支座抗震性能进行优化, 设计了一种新型复合抗震支座, 并将该支座应用到球面网壳结构中, 利用ANSYS软件进行地震响应分析, 得出了一些有益的结论。

关键词：形状记忆合金,网壳结构,三维抗震

参考文献

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[2]胡聿贤.地震工程学[M].第2版.北京:地震出版社, 2006:5-7.

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