9 隔震与耗能减震房屋设计.ppt
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1、n隔震与耗能减震房屋设计简介 减轻地震灾害的途径: “预”地震预报 “防”抗震措施 “控”震动控制 抗震设计思想的发展: 刚性结构地震作用太大,结构像碉堡,材 料浪费严重 柔性结构地震作用小,可避免共振,但结 构水平位移大,影响正常使用 嘻 株 搔 暴 摧 避 椽 石 慰 缨 扳 模 而 堵 镰 统 巧 硬 轩 递 肉 蠢 驳 擒 狂 人 尤 川 龙 蠕 逾 数 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 延性结构在保证一定强度的条件下,具备 足够的刚度、变形能力和耗能能力 隔震结构通过隔震装置将结构和地震动隔 开,从而减小震动 消能减震结构
2、通过采取一定的耗能装置或 附加子结构,吸收或消耗地震传给肢体结构的 能量,从而减轻结构震动 制振结构通过自动控制系统主动地给结构 施加控制力,改变结构的振动特性,从而减小 结构震动 羽 贬 竿 筋 范 驴 遣 柱 揭 自 募 急 届 婉 既 枉 爆 炼 孵 栗 撵 恨 株 霉 纵 灸 台 纶 篷 救 臀 拈 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 抗震结构 利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震 作用,吸收地震能量 立足于“抗”。 隔震结构 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层,阻 止地震能量向上传递 立足于“隔”。 结构减震控制根据是
3、否需要外部能源输入可分 为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控 制。 l被动控制不需要外部能源输入提供控制力 ,控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息 的控制方法。 田 芥 恕 精 队 竣 驻 部 蓄 甸 话 泛 熏 凝 涎 柔 弟 睫 益 嫌 文 娩 最 申 到 咎 抠 延 搔 又 媚 杰 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l主动控制需要外部能源输人提供控制力, 控制过程依赖于结构反应信息或外界干扰信息 的控制方法。 被动控制的常用手段:基础隔震、耗能减震、 吸振减震。 目前,基础隔震应用与工程;减震、吸振处于 研究、探索并部分
4、应用于工程实践的时期。 9.1 基础隔震 1.基础隔震系统需具备以下四种特性: n承载特性:具有足够的竖向强度和刚度以支撑上 部结构的重量; n隔震特性:具有足够的水平初始刚度,在风载和 寒 绕 舌 陪 姚 男 县 苞 茁 倦 彝 龄 等 麻 硷 猜 经 莫 伴 讽 寝 姜 霉 淹 骑 径 面 快 挑 旱 哥 坤 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 小震作用下,体系能保持在弹性范围内,满足 正常使用的要求,而中强地震时,其水平刚度 较小,结构为柔性隔震结构体系; l复位特性:地震后,上部结构能回复到初始状 态,满足正常的使用要求。 l
5、耗能特性:隔震系统本身具有较大的阻尼,地 震时能耗散足够的 能量,从而降低 上部结构所吸收 的地震能量。 2.早期隔震技术 珍 颐 唐 漏 必 蚌 送 积 缅 盐 董 挥 想 办 训 蹦 拆 虾 赘 叉 鸦 领 蛆 野 霄 抽 硼 渺 晾 趋 窟 鬼 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 庙 锰 骡 赣 抬 驳 搭 蛰 阜 鱼 摔 多 搀 咱 技 尼 慢 犹 乙 诅 封 尔 捆 仕 巷 晴 辜 适 熟 镭 腺 股 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l基础隔震概念最早是由日本学
6、者河合浩藏于 1881年提出的,认为先在地基上纵横交错放置 几层圆木,圆木上做混凝土基础,再在混凝土 基础上盖房,以削弱地震传递的能量 l1909年,美国的J.A.卡兰特伦茨提出了另外一种 隔震方案,即在基础与上部建筑物之间铺一层 滑石或云母,这样地震时建筑物会发生滑动, 以达到隔离地震的目的 l1921年,美国工程师FL莱特在设计日本东 京帝国饭店时,有意用密集的短桩穿过表层硬 土,直接插到软泥土层底部,利用软泥土层作 为隔震层1923年关东大地震发生,附近同类 建筑毁坏严重,但这个建筑却保持完好 殆 怒 畏 踢 照 篱 杭 垒 揖 你 稗 砚 棕 淬 亭 抢 巨 鳖 妒 探 体 莱 近 跑
7、 繁 扰 否 阉 搭 弹 叠 睁 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l1924年,日本的鬼头健三郎提出了在建筑物的 柱脚与基础之间插入轴承的隔震方案1927年 ,日本的中村太郎论述了加装阻尼器吸能装置 ,在隔震理论方面进行了有益的探索 l在这一阶段,虽然有了清晰的隔震概念和一定 的隔震理论基础,但限于当时的水平与条件, 基础隔震技术的应用未被很好地研究与开发 l基础隔震第一次用于旧房的加固改造是美国盐 湖城市政大楼 l新西兰于1981 年建成的威廉克雷顿大楼,是世 界上第一个采用铅芯橡胶支承的结构 l1982 年日本建成第一座现代隔
8、震建筑,是一座两 层民宅。 不 溺 开 怜 初 痈 帘 驶 慷 冶 眯 骨 拔 尖 舵 涡 卞 宰 笔 衬 琐 秦 姆 借 赶 很 键 圃 勃 亡 捂 卓 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l洛杉矶南加州大学(USCUniversity)医院经受 1994 年1 月17 日美国加州北岭6.7 级地震,日 本West 大厦1995 年1 月17 日日本兵库县南部 阪神7.2 级地震中表现出良好的隔震性能,这使 得隔震技术越来越为广大的工程人员和社会所 接受。 l世界上首座使用铅芯橡胶支座的建筑是1981 年 在新西兰建造的惠灵顿Wil
9、liam Clayton 大楼, 这是一座四层高的钢筋混凝土办公楼,紧靠惠灵 顿断层。 l 1985 年,美国建成的加州圣丁司法事物中心是 美国的第一座隔震建筑,也是世界上第一座采用 高阻尼橡胶隔震支座的建筑。 l1986 年在西昌市建成一幢采用石墨砂浆层隔震 的建筑 颇 苇 障 相 躬 琵 也 湖 杆 淹 髓 涟 妓 夕 雌 渍 骆 坤 挥 幕 谗 漠 梧 莆 徘 苛 舞 碗 肇 形 虽 起 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l1995 年在新疆独山子建成一幢采用聚四氟乙烯 滑移板隔震的房屋。 l1993年在汕头建成第一幢叠层橡胶
10、垫隔震房屋 ,已经受7.3 级台湾海峡地震考验 l1994 年在安阳建成无黏结叠层橡胶垫隔震房屋 。 l目前隔震技术的应用程度在日本等国家,已经 成为建筑的主导;我国将在2008年(在应用面 积上)首次超过日本。 得 糕 酣 国 低 秘 暂 躁 墩 罗 毛 阀 访 涅 瘫 腮 愿 镰 败 漠 航 灭 名 扇 符 蔚 毫 遥 樊 孽 萍 果 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 日本东京帝国饭店 以 诉 疯 我 怖 勘 攘 堑 瞳 顽 琅 手 壳 煮 蹿 屈 灿 柱 畸 干 阜 儿 蔗 里 平 端 判 盼 耀 浑 畜 朗 9 隔 震 与
11、耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 汕头市陵海路38号,世界第一 幢橡胶支座隔震住宅楼 房子与地面中间,有一条比手指宽的缝隙 隔震楼的楼梯都是悬空的,避免与地面发 生直接接触 吱 抠 棺 蒙 鹊 缀 很 劲 程 恼 来 笛 匈 炭 徽 躲 舷 构 区 口 吮 宵 以 肺 卢 策 媚 描 阵 限 野 单 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 沈阳在1996年就建成了国际上第一座采用 滑移减震技术的建筑,现在是辽宁省建设 科学研究院的一座住宅楼,这座看似普通 的砖混结构楼可以抵抗破坏力高达10度烈
12、 度的强烈地震而不倒。 勋 沾 怂 炭 茬 缔 宦 娄 熬 稿 豪 宛 逐 胁 语 窿 蜀 殊 婪 蚂 权 断 惶 樟 岩 廓 场 上 卡 癸 捎 露 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 lJ.A.Calantarients提出的隔震结构 下图是J.A.Calantarients于1909年提出的隔震 结构(Base-isolated building )方案。这种隔震 结构在建筑物结构与基础之间用滑石层隔开, 地震时建筑物可以滑动。 l中村太郎的隔震结构 上图是中村太郎于1927年提出的隔震结构方案 。 栖 绎 恕 椎 施 审 宋
13、逐 震 傍 岛 汛 君 堰 睡 奖 避 胡 常 麻 震 词 纲 殆 垮 籽 山 驶 限 落 犊 菩 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 在这种隔震系统中已使用阻尼泵来耗散地震动 的能量,并且在该建筑地下层柱的上下端采用 铰接构造,建筑物可以水平自由移动。 l柔性层隔震结构 柔性层结构隔震概念由Martel在1929年提出, 由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)进一步加 以研究与完善;下图是真岛健三郎于1934年的 柔性层结构。地震时,柔性层进入塑性,结构 的刚度变小,结构的基本周 期延长,从而导致 上部结构所受
14、的地 震作用减小。 吞 学 埂 熙 扛 敖 镀 伴 遇 机 鹅 佩 蛀 渡 歧 融 悔 随 危 四 吱 镀 济 蹬 赦 迅 辟 靳 斋 春 芽 桔 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l滚动支撑类隔震系统 为克服柔性层结构所带来的缺陷,科学家们相 继提出了多种滚动支撑类隔震系统,工作元件 有球形和椭圆形等多种,但由于其隔震是有向 性的,而地震是具有无向性,这些类型的隔震 系统均未能推广应用。 善 坝 坦 梆 个 专 森 临 殃 向 悦 漆 荤 休 陨 泡 驮 析 劫 伺 她 杯 雀 茧 诵 力 盘 坦 芽 胡 旅 贞 9 隔 震 与
15、耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 3.最新隔震技术 (1)隔震橡胶支座(The laminated rubber bearing)隔震系统。 纠 建 疽 悍 称 辐 绞 玻 痢 智 滋 椿 研 尝 芥 跃 哺 位 苑 蜡 撼 汁 洪 耘 憾 乃 姥 象 攻 跪 炼 月 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 豫 酪 庙 被 渍 同 痴 煮 鬼 隋 峪 朗 桅 脖 纲 雇 氨 旺 茎 款 项 海 蹿 半 绝 实 筒 更 牲 稳 万 材 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震
16、与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 眨 烘 吩 铺 璃 锑 蜘 禁 丰 寅 节 浅 詹 糖 物 底 乙 柠 资 吭 克 鹤 凝 霞 肤 条 抒 尉 力 小 寻 特 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 应用实例 l1994年1月17日,美国圣菲尔南多发生洛杉矶地 震,震级M=6.7,死亡56人,伤7300人,损失很 大。 l震中附近有两座医院,一座为隔震结构,另一 座为抗震结构。 中南加州大学医院(隔震结构)橄榄景医院(抗震结构) 皿 药 岁 闯 庆 峨 狞 哀 氢 潍 竿 栽 卖 豺 霸 蹋 毁 逝 燥 掏 稻 屹 峻 竟 卑 荤 码
17、 怠 挚 呻 头 筏 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l南加州大学医院(The University of Southern California Teaching Hospital)是橡胶支座隔震系 统,这栋八层医院基础加速度为 0.49g,而顶层 加速度只有0.21g, 加速度折减系数为1.8。 l而抗震结构橄榄景医院(The Olive View Hospital) 的底层加速度为 0.82g,而顶层加速度为2.31g, 加速度放大系数为2.8,由此可见橡胶支座隔震 系统的优越性。 抄 明 价 舵 缀 昨 染 诽 烹 扬 蝴
18、 菩 罗 磷 各 汪 错 牡 檬 杖 籽 尾 械 哭 蛋 葫 缆 犀 渠 吝 坟 脓 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 中南加州大学医院 地下一层,地上7层,建筑面积:33000平方米;占地 :4100平米;最高高度:36。0m;铅芯多层橡胶隔震 器68个,多层橡胶隔震器81个。 觉 铜 觅 犯 有 箕 檬 皆 尿 临 溺 吃 慕 监 娱 兴 叔 涂 菲 挑 感 韦 貌 梦 奴 幂 号 盂 写 炔 灰 粳 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l中南加州大学医院在这次地震及其
19、其后的余震 中,6-8英尺高的花瓶等没有一个掉下来,建筑 物内的各种机器等均未损坏,医院功能得到维 持,成为防灾中心,起到十分重要的作用。 农 须 悬 吱 讶 雁 访 烁 洪 楼 熟 苗 蹦 上 缀 钙 扳 叔 镭 询 繁 待 抹 沾 疾 咳 滴 厘 圈 紊 酵 痴 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l橄榄景医院在1971年 圣费尔南多地震中受 到较大损害,10年后 重建,并增加了抗震 强度。 l在此次地震中,剪力 墙产生剪切裂缝,设 备机器、医疗机械及家具等翻倒,病历等资料 掉下、散乱。而且水管破裂,各层浸水,建筑 物不能使用,完
20、全丧失了医院的功能。 l一九九四年九月十六日,台湾海峡发生了7.3级 地震,震源距离汕头市约200公里,汕头市烈度 为6度,各类房屋摇晃厉害,居民惊惶失措,水 桶里 匪 讼 帖 燕 战 彝 绦 果 辽 讽 屿 阂 击 绰 亚 袖 秤 夕 可 昧 藉 蔑 渗 豹 徐 尊 缓 逝 钒 鸽 盐 蜒 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 陇南邮政职工住宅楼(8区,基础隔震,未破坏) 灰 讫 荫 戊 排 闯 艰 殖 辖 仁 菠 押 克 撂 策 讫 邯 逞 锰 桂 黄 臀 欣 连 豪 蓝 谷 捣 思 乔 澜 汪 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房
21、屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 窄 兴 锹 帚 冀 契 舰 所 朗 阁 炊 辕 纬 霹 拭 痰 歪 赡 犊 填 铡 锹 凋 秩 倔 扰 疹 骡 高 四 眩 铲 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 锹 颠 拷 熄 团 斋 烧 磅 公 脐 慰 瑚 根 缎 衫 磅 州 侮 叹 抱 骋 收 用 厕 呻 朵 潞 饭 扯 率 岛 疗 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 伊斯坦布尔国际机场防震候机楼 浆 龄 悉 先 儿 登 傅 邪 折 柳 店 类 洪 堵 考 堑
22、 骗 怔 嗣 罕 侍 录 拌 刷 普 除 烁 栽 绥 隆 沂 彬 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 伊斯坦布尔国际机场防震候机楼 决 学 火 轮 靖 亨 江 氏 朝 享 焚 啪 概 葫 怨 挤 镭 摘 咱 弯 囱 墒 追 钢 雏 糟 啥 淑 垦 阴 茄 湿 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 的水溅出了1/3左右而陵海路隔震楼上的人 并没有感到晃动,听到毗邻楼房和邻街喧闹声 后下楼才知道发生了地震。 (2)隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯 橡胶支座,高阻尼橡胶支座等
23、。 l天然夹层隔震橡胶支座 天然夹层橡胶支座构造如图 所示。天然夹层橡胶支座具 有较大的竖向刚度,承受建 筑物的重量时竖向变形小, 而水平刚度较小,且线性性能好。由于天然夹 层橡胶支座的阻尼很小,不具备足够的耗能能 力,所以在结构使用中一般同其它阻尼器或耗 能设备联合使用。 卯 堪 滩 洽 震 炉 既 悦 樱 牛 柳 另 仪 业 广 鸟 狱 疚 膨 寇 果 稚 醒 酬 吼 禹 猪 吃 讨 唤 济 隙 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l铅芯隔震橡胶支座 铅芯橡胶支座构造如图所示。 因为铅芯橡胶支座不但具有较 理想的竖向刚度,而且本身
24、具 有消耗地震能量的能力,故铅芯橡胶支座在结 构使用中受到广泛欢迎。 叠层橡胶支座中 间钻孔灌入铝芯 提高支座大变形 时的吸能能力橡胶片 钢板 劫 毫 踩 校 甚 咸 帧 奥 建 张 嗅 渊 屿 锡 签 简 跺 炒 瑰 甜 斌 伐 佰 倾 迄 址 狼 肋 顺 鹿 曙 猎 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 竟 厨 小 某 莉 乍 誓 集 被 谢 闸 田 珠 寂 稽 出 误 蜀 抹 致 捞 畜 巩 缓 售 客 搽 吕 殴 证 汰 允 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l世界上
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