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地震作用及工程抗震设计论文

发布时间:2023-02-17 11:37

地震作用及工程抗震设计论文

1高层建筑动力特性和地震反应数值分析2从集集地震看建筑物震害与地震动参数的关系 3用ANSYS分析某高层建筑的非线性地震反应5《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ322002)若干问题解说对《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ322002)理解和应用中的若干问题进行了解说和讨论,主要包括房屋适用高度、风荷载和地震作用、结构平面和竖向规则性、构件抗震等级、剪力墙边缘构件、带转换层结构等
56个问题,供有关教学、结构设计和施工图审查等专业人员参考。

4建筑结构减隔震及结构控制技术的现状和发展 一、传统的抗震方法   地震是由于地面的运动,使地面上原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动,因而在结构中产生内力、变形和位移。经过简化后模型的动力学分析,即一次次的震害分析进行修正、补充,得到一些建筑物在地震作用下的反应机理及破坏形式,提出了一些建筑物抗争的计算方法及设计的基本原则。这些在实际应用中得到了很不错的效果。1、概念设计的一些原则1)总体屈服机制。例如强柱弱梁。
2)刚度与延性均衡。砌体结构中为提高延性设构造柱与圈梁,形成一个较弱的框架。
3)强度均匀。结构在平面和立面上的承载力均匀。
4)多道抗震防线。
5)强节点设计。
6)避开场地卓越周期区。2、在此基础上作结构地震反应分析,其分析方法主要有:①地震荷载法;②振型分解法;③动力时程分析法。现在还发展了push-over法、能力谱等方法。抗震设防目标也从单一的、基于生命安全的性态标准发展到基于各种性态,强调“个性”设计的设计理念。3、传统抗震方法的缺点与不足  传统抗震结构主要利用主体结构构件屈服后的塑性变形能和滞回耗能来耗散地震能量,这使得这些区域的耗能性能变得特别重要,而一旦由于某些因素导致这些区域产生问题,将严重影响到结构的抗震性能,产生严重破坏,由于破坏部位位于主要结构构件,其修复是很难进行的。
  由于传统抗震结构是以防止结构倒塌为目标,其抗震性能在很大程度上依赖于结构(构件)的延性,以往的许多研究也注重于提高结构(构件)的延性方面,却忽略了对结构损伤程度的控制。4、传统的抗震方法在提高结构性能方面有较多困难。  传统抗震结构的耗能能力主要依赖于主体结构的延性。既要求主体结构强度高,又要求延性好,很难实现。1)框架结构
  许多研究者推荐强柱弱梁体系作为最合适的抗震框架体系。该体系可将地震输入能量分散在结构的许多部位耗散掉,甚至可以控制塑性铰出现的顺序与部位,延性对于使建筑物在罕遇地震中保存下来固然很重要,但这些预期的塑性铰区在中等程度的地震中也会产生,延性也同时应被看作是一种“破坏”。后期修复费用也很高。2)剪力墙结构
  剪力墙结构体系具有抗侧刚度大,在水平地震作用下的侧移小,其总的水平地震作用也大等特点,常见的震害一般来说为墙面的斜向裂缝或是底部楼层的水平施工缝发生水平错动,当底部屈服后,剪力墙的抗侧作用就很小,且剪力墙的耗能也基本集中与底部塑性铰区域,上部墙体对抵御强震无显著作用。而且剪力墙要承担一定的竖向荷载,因此底部的破坏也十分难修复。3)框架-剪力墙结构
  从抗震概念设计来说,框架-剪力墙结构具有了多道抗震防线。有框架和墙体组成的抗震结构中,框架的刚度小,承担的地震作用力小,而弹性极限变形值和延性却较小。整个结构在地震作用下,墙体很快超过自身的较小弹性极限变形,出现裂缝,水平承载力下降,此时框架尚未充分发挥自身的水平抗力;墙体开裂后,框架承担的地震力增大,同时由于结构刚度的变化,地震作用效应也发生了变化。但无论是剪力墙还是框架,都是主体结构的一部分,损伤坏后的修复工作都是比较困难的,而且花费也不小。二、减振、隔震和振动控制的现状   鉴于上述传统抗震方法的缺点与不足,并在全部了解地震引起结构震动的全过程。由震源产生地震动,通过传播途径传递到结构上,从而引起结构的震动反应。通过在不同阶段采取震动方法控制措施,就成为不同的积极抗震方法。大致包括以下四点:
  ①震源→消震
  消震是通过减弱震源震动强度达到减小结构震动的方法,由于地震源难以确定,且其规模宏大,目前还没有有效可行的措施将震源强度减弱到预定的水平。
  ②传播途径→隔震
  隔震是通过某种装置将地震与结构隔开,其作用是减弱和改变地震动时结构作用的强度和方式,以此达到减少结构震动的目的。隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震两种。
  ③结构→被动减震
  被动减震是通过采取一定的措施或附加子结构吸收和消耗地震传递给主结构的能量,达到减小结构震动的目的。被动减震方法有耗能减震,冲击减震和吸震减震。
  ④反应→主动减震
  主动减震是根据结构的地震反应,通过地震系统地执行机,主动给结构施加控制力,达到减小结构震动的目的。
  结构隔震、减震方法的研究和应用开始于60年代,70年代以来发展速度很快。这种积极的结构抗震方法与传统的消极抗震方法相比,有以下优点:
①能大大减小结构所收得的地震作用,从而可减低结构造价,提高结构抗争的可靠度。此外,隔震方法能够较准确地控制传到结构上的最大地震力,从而克服了设计结构构件时难以准确确定载荷的困难。
②能大大减小结构在地震作用下的变形,保证非结构构件不受地震破坏,从而减少震后维修费用,对于典型的现代化建筑,非结构构件(如玻璃幕墙,饰面,公用设施等)的造价甚至占整个房屋总造价的80%以上。
③隔震、减震装置即使震后产生较大的永久变形或损坏,其复位、更换、维修结构构件方便、经济。
④用于高技术精密加工设备、核工业设备等的结构物,只能用隔震、减震的方法满足严格的抗震要求。(一)、隔震1、基地隔震1)夹层橡胶垫隔震装置
  用于隔震装置的橡胶垫块,可用天然橡胶,也可用人工合成橡胶(氯丁胶)。为提高垫块的垂直承载力和竖向刚度,橡胶垫块一般由橡胶片与薄铜板叠合而成。
2)铅芯橡胶支座
  这样就使支座具有足够的初始刚度,在风荷来和制动力等常见载荷作用下保持具有足够的刚度,以满足正常使用要求,但强地震发生时,装置柔性滑动,体系进入消能状态。
3)滚珠(或滚轴)隔震
  有自复位能力的;有加铜拉杆风稳定装置;横向油压千斤顶位的。另外,还有加消能装置的,消能装置有软消能杆剪,铅挤压消能器,油阻尼器,光阻尼器等。
4)悬挂基础隔震
5)摇摆支座隔震
  同原理还有踏步式隔震制作,用于细高的结构物,如烟囟、桥墩、柜体筒体建筑物等。
6)滑动支座隔震
  上部结构与基础之间设置相互滑动的滑板。风载、制动力或小震时,静摩擦力使结构固结于基础上;大震时;结构水平滑动,减小地震作用,并以其摩擦阻尼消耗地震能源。
  为控制滑板间的摩擦力,使之满足隔震要求;在滑板间可以加设滑层。目前常用的滑层有:涂层滑层(聚氯乙烯)、粉粒滑层(铅粒、沙粒、滑石、石墨等)。2、悬挂隔震  悬挂隔震使将结构的全部或大部分质量悬挂起来,是地震动传递不到主体质量上,产生较小的惯性力,从而起到隔震作用。悬挂结构在桥梁、火电厂锅炉架等方面有大量应用。著名的43层香港汇丰银行新大楼采用的就是悬挂结构。
  悬挂结构悬杆受力较大,须采用高强钢,而高强钢忍性差,在竖向地震作用时易拉断。为减小竖向地震作用,可在吊点设减震弹簧,并配合使用阻尼器。3、隔震应用的注意事项:1)隔震实际上会使原有结构的固有周期演唱,在下列情况下不宜采用隔震设计:
  ①基础土层不稳定;
  ②下部结构变性大,原有结构的固有周期比较长;
  ③位于软弱场地,延长周期可能引起共振;
  ④制作中出现负反力;
2)隔震装置必须具有足够的初始刚度,这样能满足正常使用要求。当强震发生时,装置柔性消震,体系进入消能状态。
3)隔震装置能使结构在基础面上柔性滑动,在地震来时这样必然会产生很大的位移。为减低结构的位移反应,隔震装置应提供较大的阻尼,具有较大的消能能力。4、隔震体系的优点:1)明显有效地减轻结构的地震反应。从振动台地震模拟试验结果及美国,日本建造的隔整结构在地震中的强震记录得知,隔振体系的结构加速度反应只相当于传统结构(基础固定)加速度反应的1/3——1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。
2)确保安全。在地面剧烈震动时,上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。这既适用于一般民用建筑结构,确保居民在强地震中的绝对安全,也适用于某些重要结构物和重要设备。
3)减低房屋造价。从汕头,广州,西昌等地建造隔震房屋得知,多层隔震房屋比传统多层隔震房屋节省房屋土建造价:7度区节省3——6%,8度区节省8——14%,9度区节省15——20%。并且安全度大大提高。
4)抗震措施简单明了。抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置,简单明了。结构物本身与一般非地震区的做法无疑,设计施工大大简化。
5)震后修复方便:地震后,只对隔震装置进行必要的检查更换。而无需考虑建筑结构物本身的修复,地震后可很快恢复正产生活或生产,这带来极明显的社会效益和经济效益。(二)被动减震1、耗能减震1)结构消能减震体系的特点:
  结构消能减震体系是把结构的某些非承重构件(如支撑剪力墙等)设计成消能杆剪,或在结构物的某些部位(节点或连接)装设阻尼器,在风荷载轻微地震时,这些消能杆件或阻尼器仍处于刚弹性状态,结构物仍具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求,在强地震发生时,随着结构受力和变形的增大,这些消能杆件和阻尼器,率先进入非弹性变形状态,产生较大阻尼,大连消耗输入结构的地震能量,从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的地震反应,从而保护主体结构在强地震中免遭损失。与传统的结构抗震体系相比较,它有如下的优越性:
  ①传统的结构抗震体系是把结构的主要承重构件(梁、柱、节点)作为消能构件,地震中受损坏的是这些承重构件,甚至导致房屋倒塌。而消能减震体系则是以非承重构件作为消能构件或另设阻尼器,他们的损坏过程是保护主体结构的过程,所以是安全可靠的。
  ②震后易于修复或更换,是建筑结构物迅速恢复使用。
  ③可利用结构的抗侧力构件(支撑、剪力墙等)作为消能杆件,无需专设。
  ④有效地衰减结构的地震反应。
  由于上述的优越性,消能减震体系被广泛用于高层建筑的抗震,高耸构筑物(塔、架等)的抗震或抗风,单层工业厂房排架纵向抗震,管线系统减震保护等。2)结构消能减震体系的设计和工程应用:消能减震体系按其消能装置的不同,可分为二类:
  ①消能构件减震体系:
  利用结构的非承重构件作为消能装置的结构减震体系。常用的消能构件有:
  消能支撑:耗能交叉支撑,摩擦耗能支撑,耗能偏心支撑,耗能隔撑。一般支撑杆件大都用软钢制作,取材容易,屈服点适当,延性好,故有较高的消能减震性能。构件大都采用非弹性“弯曲”变形的消能减震性能,具有较高抵抗周疲劳破坏的能力。
  消能剪力墙:竖缝消能剪力强、横缝消能剪力墙、周边缝消能剪力墙等。其混凝土的接缝面可以填充粘性材料能或用钢筋联接。强地震时,出现非弹性的缝面错动,产生阻尼,消耗地震能量。
  ②阻尼器消能减震体系:在结构的某些部位(支撑杆件、剪力墙与边框联结处、梁柱节点处等)装设阻尼器(软钢阻尼器、挤压铅阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等)。在强地震时,结构物这些部位发生较大变形,从而使装设在该部位的阻尼器有效的发挥消能作用。2.冲击减震  冲击减震是依靠附加活动质量与结构之间的非完全弹性碰撞达到交换动量和耗散动能进而实现减小结构地震反应的技术。
  实际应用时,一般在结构的某部位(常在顶部)悬挂摆锤。结构震动时,摆锤撞击结构使结构震动衰减。另外,摆锤还兼有吸振器的功能。3.吸振减震  吸震减震是通过附加子结构,使结构的震动发生位移,即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配,从而达到减小结构震动的目的。
  目前,工程结构应用的吸震减震装置主要有:调谐质量阻尼器(简称TMD),调液(柱)阻尼器(简称TLD或TLCD)悬吊质量摆阻尼器(简称SMPD)和质量放大器。(三)主动控制减震主动控制减震体系是利用外部能源,在结构受地震激励震动过程中,瞬时改变结构动力特性和施加控制力,以衰减结构地震反应的自动控制体系。
  主动控制体系中的控制器有三部分组成。
  ①传感器。安装在结构上,测量结构所受外部激励或结构反应或两者,将测量的信息传递给控制器的处理器。
  ②处理器。处理测得的信息,根据给定的控制算法,计算所需的控制力,并将控制信息传递给控制器中的致动器。
  ③致动器。根据控制信息,有外部供给能源产生所需的控制力,从而减小结构振动反映。
  根据控制器的工作方式,主动控制体系分三种类型:
  ①开环控制。根据外部激励信息调整控制力。
  ②闭环控制。根据结构反应信息调整控制力。
  ③开笔环控制。根据外部激励和结构反应的综合信息调整控制力。
  主动控制是振动控制的现代方法,他已广泛用于电子工程,机械工程,航空航天工程等领域,但在土木工程中应用该方法进行结构主动控制尚是一个新兴研究方向。
  结构震动主动控制装置
  ①主动拉索。主动拉索控制系统由连接在结构上的预应力钢拉索构成,在拉索上安装一套液压伺服机系统。
  ②主动调频质量阻尼器。是在TMD的基础上增加主动控制力而构成的减震器。
  ③气体脉冲发生器。这是一种通过喷管释放高压气体产生脉冲动力,以减弱结构振动反应的装置。(四)半主动控制和混合控制1、半主动控制  半主动控制兼有被动控制和主动控制的优点。它具备主动控制的效果又只需很小的电能通过调节和改变结构的性能减小地震反应,因此比较适合于改善工程结构的抗震设防。1)变阻尼半主动控制
  对变阻尼半主动控制的研究一度非常活跃,其目的在于寻找比定阻尼系统更好的减震效果,但事实上人们早已知道,阻尼的减振效果是有条件的。但单自由度体系基座受到简谐运动激励时,阻尼愈大,结构和相对运动(位移、速度和加速度)不断减少;对绝对运动则不然,当干扰频率与自振频率的比值时,增大阻尼反而会使绝对位移、速度和加速度反应增大。在地震作用下也可能出现类似的情况。
  这说明对中、短周期的结构,当设计地震动的主要周期较短时,不必要采用半主动变阻尼系统。但是对于长周期结构,采用半主动变阻尼控制方法与采用上限阻尼时相比可以明显地减小绝对加速度反应,对相对反应也无不利影响。看来只有当需要同时减小长周期结构的相对位移反应和绝对加速度反应时才有必要采用变阻尼半主动控制。
  常见的变阻尼半主动控制有变孔径油阻尼器、电流变阻尼器、磁流变阻尼器、变摩擦可控阻尼器、调谐质量可控阻尼器。2) 变刚度半主动控制系统(AVS)
  日本鹿岛公司在他们的大型振动台控制楼上采用了AVS系统以减小中震和大震中的反应。在此系统中,应用液压元件改变刚性支撑和大梁的连接条件,随时调节层间刚度,避免共振。
  变刚度和变阻尼系统应属于变结构控制的范畴,其理论基础在自动控制领域中已有深入地研究。在变刚度半制动控制系统中结构的层间水平刚度可以在其最大值和最小值之间跳跃或随意调节。当强震地面运动的主要频率不在被控结构自振频率的可能的变化范围以内时,对系统将产生什么样的影响则是值得研究的问题。2、混合控制  将主动控制与被动控制结合起来应用或采用其它复合控制方式通常称为混合控制,其最常用的形式是用作动器拖动调谐质量阻尼器(HMS)。
  主动控制、半主动控制和混合控制由于都需要实时观测结构反应并进行实时分析和反馈控制,系统极为复杂,在推广应用方面受制于经济和技术条件。相比之下以增加结构阻尼、避免共振的被动控制技术则更适合在众多的实际工程中应用。三、今后的发展趋势   传统的依赖结构延性的抗震措施是以一定的损伤为代价减小地震反应,应用见证效能技术则可以减小结构本身的损伤,对各类结构基本上能使用,其减震效果对地面运动特性依赖性较小,耗资也不是很大,因此是可以广泛使用的方法。值得注意的是增大阻尼在减小结构相对位移反应和变形的过程中有时会使结构的绝对速度和加速度增大,从而对内部设备和人员带来某些不利影响。
  基础隔震对在短周期内地面运动影响下的中短周期结构而言,其减震效果比消能技术更好,但对地面运动输入特性比较敏感,不能完全消除共振的危险性。半主动控制和混合控制方法可以满足不同的设防要求,对地面运动和结构本身不确定性的地适应能力更强,可以提高结构在地震作用下的安全性,引入智能元件以后,效果会更好,因此是值得重视的新领域。此外尚应在不同学科和专业之间开展合作和交叉研究,开发使用的装置、机构和配套技术,尽快形成新的产业,以支持新技术的推广应用。结构振动控制的研究和应用需要讲传统的建造技术与高新技术相结合,使结构的安全保障系统成为智能结构的重要组成部分,为人类营造一个更加安全舒适的工作和生活环境。参考文献[1]周福霖,高层建筑结构减震控制优化设计新体系
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抗震设计与高层建筑论文?


1高层建筑结构抗震设计的主要要点
由于地震的不可预知性,高层建筑结构在设计过程中很难准确地预测建筑物所遭遇的地震特性和基本参数,只靠计算很难使高层建筑结构具备良好的抗震性能,这就要求每个结构工程师必须重视建筑结构的抗震概念设计。因此,高层建筑结构在抗震设计中,应注意以下几点:
1)建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素,合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明,平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应,较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反,平面布置复杂、不对称且不规则的结构,其地震作用效应很难估计的。因此,高层建筑结构中规范规定,宜采用规则结构,不应采用严重不规则的结构。
2)建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中,就优先采用具有多道防线的结构体系。例如:框架—剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时,可采用框架结构。但当建筑物位于地震区,且高度均较高时,应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为,地震具有强破性且持续时间很长,往复次数较多,能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时,一旦发生破坏,很容易造成房屋倒塌,危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时,当遭遇地震时,第一道防线遭破坏后,后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力,可以最低限度的防止建筑物的倒塌,给人们以充分的时间进行逃生,保证人民的生命安全。因此,高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。
3)结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时,容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此,对有明显薄弱层的结构,应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础,有意识、有目的地控制薄弱层部位,让它有足够的变形能力,而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。
2高层建筑抗震设计常见问题
1)高层建筑结构的地基问题。高层建筑结构在设计阶段,应有完善的岩土工程勘察报告,为结构工程提供基本的设计依据。建筑结构场地应选择在有较稳定的基岩、开阔、平坦、土层坚硬或较密实的有利地段,不应建造在容易发生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危险地段,有利地段的建造对建筑物的抗震是十分有利的。有时由于建设单位工期要求,在确定方案后设计人员就直接进入了施工图设计阶段,从而忽略了岩土工程勘察资料和场地的选择,从而给后续工作带来不必要的麻烦。
2)高层建筑结构平面布置问题。高层建筑为了追求外立面效果的美观而设计成平面不规则、不对称且有较大凹进或较大开洞的结构,这种结构对抗震十分不利。因此,在建筑方案正式确定前,结构工程师就应对建筑平面布置、体型方面的内容提出自己的见解,及时和建筑师进行沟通,尽量选用平面、竖向规则对称、质量和刚度、承载力均匀的平面布置,这对抗震十分有利。
3)高层建筑结构的高度问题。如今的高层建筑结构的高度越来越高,甚至出现了很多超高层的高层建筑,这就对结构工程师的专业知识提出了更高的要求。不同的高度对应不同的结构体系,规范上有明确规定。一旦结构超过了规范规定的限制高度,就应通过专门的审查、论证进行更严格的计算分析和研究。
4)高层建筑抗震设防等级的选取问题。抗震等级是结构抗震设计的重要依据,抗震等级选取不当将给建筑物的安全带来许多隐患,对工程造价也会带来不必要的浪费。抗震等级根据房屋的场地类别、抗震设防烈度、建筑高度、结构类型等因素综合评定。每个结构工程师应当熟练掌握结构的抗震概念设计和规范知识,做到该提高的应当提高其抗震等级,该降低则应适当降低。
5)计算软件的合理应用。高层建筑结构抗震设计时,应该应用正规的结构设计软件进行设计,软件中的各个参数指标能够正确反映建筑物的特征。结构工程师能正确分析结构软件所计算的结果,并做出正确的判断。但有时计算机设计会给结构工程师带来一种错觉,有的结构工程师往往过分依赖计算结果,而减少了结构的概念学习。一旦选择了错误的计算参数,就会导致结构设计出现问题,对结构的安全和经济方面造成影响。因此,结构工程师应加强自身的业务学习和抗震概念设计的理解,做到熟练掌握相关的结构概念设计,并且根据自身的专业知识配合计算结果选择最佳的结构设计方案。
在现代化进程高速发展的今天,高层建筑的发展也突飞猛进。建筑造型独特新颖的建筑,规模和高度也在不断增加。随着建筑业的进一步发展,满足高层建筑的材料、形式、整体力学模型都将趋于复杂和多元化,这就要求每个结构工程师要有过硬的专业知识、清晰的概念分析和熟练掌握处理问题的能力,不断的探索和研究,为我国建筑业的发展贡献自己的力量。
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我国防灾减灾科技应用与建设的现状、问题及建议
我国地域辽阔,天气变化万千,洪水、飓风、龙卷风、地震等不可抗性灾难频发,此次汶川特大地震给人民的生命和财产造成巨大的伤害。近50年来,我国每年由地震、地质、旱涝、海洋、疫病等自然灾害造成的直接经济损失约占国民生产总值的4%.自然灾害已经成为影响我国经济发展和社会安全的重要因素,依靠科技进步,提高我国防灾减灾的综合能力已成为当务之急。
一、我国防灾减灾科技应用与建设的现状

我国目前已建立起了较为完善、广为覆盖的气象、海洋、地震、水文、森林火灾和病虫害等地面监测和观测网,建立了气象卫星、海洋卫星、陆地卫星系列,并正在建设减灾小卫星星座系统。在气象监测预报方面,建成了较先进的由地面气象观测站、太空站、各类天气雷达及气象卫星组成的大气探测系统,建立了气象卫星资料接收处理系统、现代化的气象通信系统和中期数值预报业务系统。全国已形成了由国家、区域、省、地、县五级分工合理、有机结合、逐级指导的基本气象信息加工分析预测体系。为了监测江河洪水,国家组建了由数目众多的水文站、水位站、雨量站等组成的水文监测网,建立了七大江河地区洪涝灾害易发区警戒水域遥感数据库,将遥感技术在“八五”期间应用于洪灾监测。大江大河防汛抗旱工程技术有了长足的进步,有些领域已经达到世界先进水平。另外,利用现代科技积极开展小流域综合治理工作,如农区人工增雨、人工防雹、滴灌工程等,这些技术措施在一定程度上对防灾减灾发生了非常积极的作用。在地震监测和抗震方面,组建了400多个地震观测台站,“十五”期间进行了数字化改造,由48个国家级数字测震台站组成的国家数字测震台网和由300多个区域数字测震台站组成的20个区域数字测震台网以及若干个流动数字测震台网、数字强震台网构成了中国数字测震系统,建立了大震警报系统和地震前兆观测系统,形成了比较完整的监测预报系统,编制了全国地震烈度区划图和震害预测图,确定了52个城市作为国家重点防震城市,对全国地震烈度6度以上地区的工程建筑,实施综合性震害防御,对城市和大中型工矿企业的新建工程进行了抗震设防,完成了多条铁路干线、主要输油管线和多座骨干电厂、大型炼油厂,一批重点骨干钢铁企业和超大型乙烯工程以及大型水库的抗震加固。在地质灾害防治方面,加强了对滑坡、泥石流、崩塌以及地面沉降、地面塌陷、地裂等地质灾害的勘查防治工作,采取了包括工程防御体系、生物水保防御体系、管理防护体系,社会管理体系和预测及报警体系在内的综合防御体系,并取得了一定的效果,同时把生态建设与防灾减灾相结合,实施封山育林、退耕还林、退田还湖、退田还草和修建水利工程等一系列措施,极大地防止和减轻了地质灾害的危害和损失。全国已建立了25片国家级水土流失重点治理区,实施了七大流域水土保持工程,在一万多条水土流失严重的小流域,开展了山水田林综合治理。先后确立了包括“三北”防护林、长江中上游防护林、沿海防护林、平原农田防护林、淮河太湖流域防护林、珠江流域防护林、辽河流域防护林、黄河中游防护林和太行山绿化工程、防治沙漠化工程的十大林业生态工程。此外,还发射了“资源一号”、“资源二号”卫星,广泛应用于资源勘查、防灾减灾、地质灾害监测和科学试验等领域。

二、我国防灾减灾科技应用与建设存在的主要问题

1.管理缺乏综合协调

长期以来,我国的灾害管理体制基本是以单一灾种为主、分部门管理的模式,各涉灾管理部门自成系统,各自为战。由于没有常设的综合管理机构,各灾种之间缺乏统一协调,部门之间缺乏沟通、联动,造成了许多弊端,如缺乏综合系统的法规、技术体系政策与全局的防灾减灾科技发展规划;缺少系统的、连续的防灾减灾思想指导,不利于部门之间协调;缺少综合性的防灾减灾应急处置技术系统;缺少专门为灾害救援的综合型救援专家、技术型队伍;没有形成相对完善的防灾减灾科学技术体系;信息公开和交流渠道不顺畅;资源、信息不能共享;科学决策评估支持系统与财政金融保障制度尚未建立等等,直接影响防灾减灾实效。

2.投入不足 资金渠道单一

全国每年投入到防灾减灾科技研发和应用的经费十分有限,在防灾减灾基础设施建设、科研设备购置、防灾工程建设、防灾减灾基础研究和先进技术推广应用等多方面投入不足。主要是因为我国防灾减灾科研基本依赖于财政拨款,资金来源渠道单一。由于防灾减灾科研具有的社会效益远远大于近期经济效益,很难吸引企业资金和社会资金主动投入,造成防灾减灾科技发展和技术推广滞后。另外,缺少科研成果推广的中间环节与适合防灾减灾工作规律的运行机制,防灾减灾科研成果的转化率低,一些防灾减灾科研成果的推广应用率不足10%,严重影响了全国防灾减灾工作的深入进行,影响了全国防灾减灾工作水平的进一步提高。

3. 科技资源尚待优化配置

我国防灾减灾科技资源主要集中在气象、地震、地质、环保等领域,由于缺乏宏观协调管理及传统的条块分割现状,一方面各领域主要关注本领域的防灾减灾科技发展,研发工作主要局限于解决本领域存在的技术问题,在不同灾种以及防灾减灾的不同环节中,科技资源没有得到合理配置,科技开发与应用水平发展很不平衡,在基础地理信息、救灾设备和队伍建设方面低水平重复建设严重。另一方面,仪器、设备、资料、数据等都由部门、单位甚至个人所有,不能实现资源共享共用,资源条件不能系统整合形成高效、共享的社会化服务体系,无法形成合力和整体创新优势。

4.防灾减灾科技发展缓慢

一是在不同灾种以及防灾减灾的不同环节中,科技发展与应用水平很不平衡;二是各灾种的应急研究和操作水平差别较大,低水平重复研究较多;三是技术手段和装备落后,监测能力不强,短期预测预报能力还较低;四是缺乏各类灾害的科学评估模型和方法,灾害信息共享应用和评估的技术急需完善;五是对一些重大灾害的认识与防治技术,长期徘徊不前;六是现有科研结合国情实际不够密切,科技整体支撑能力有待提高等。

5. 防灾减灾高水平科技人才匮乏

我国防灾减灾科技人才主要集中在专业管理部门和科研机构中,基层防灾减灾机构普遍缺少技术应用人才,与我国防灾减灾工作重点结合不密切,特别缺乏防灾减灾领域的高层次、高水平的学术技术带头人和工程技术应用人才。另外,研究经费、待遇等方面条件较差,影响我国防灾减灾科技人才队伍的稳定与发展。

6. 科普宣教力度不够

缺乏统一的防灾减灾科普规划,没有固定的防灾减灾科普教育基地,也缺乏经常性的防灾减灾科普宣传活动,使防灾减灾科普缺乏系统性、连续性,致使我国社会公众防灾减灾知识、防灾减灾意识的科普教育水平较低,全社会对生态环境保护的意识较差,最终影响我三、我国防灾减灾科技支撑的对策建议

1.建立统一综合的防灾减灾组织保障体系

设置统一的具有危机管理性质的防灾减灾综合管理机构,负责对全国防灾减灾工作的大政方针做出决策,逐步实现从部门为主的单一灾种管理体制向政府和部门联动、条块结合的综合应急管理体制转变。

加强科技主管部门与涉灾管理部门的协同,形成跨部门、跨地区、跨学科、多层次、分布式的协同管理职能和机制。

成立集合各灾种、各专业及相关管理部门专家的顾问团体;建立防灾减灾决策的专家咨询系统,为政府防灾减灾决策提供智力支撑。

2. 完善防灾减灾科技进步政策与创新机制

制定科技支撑防灾减灾办法与政策,增加科技投入,在科学研究、技术开发、科技基础设施建设、科技人才培养选拔等方面给予支持;将防灾减灾科普知识纳入国民素质教育体系和工作计划,提高全民防灾减灾意识和能力,在大中小各级学校教育中适当引入防灾减灾课程及读物。

建立高效、合理的防灾减灾科技创新资源配置机制、科技投入机制、成果转化机制、政策激励机制与人才培养机制;加强基础科学和应用科学研究,开展关键技术、共性技术联合攻关;加快科技成果在防灾减灾领域的推广应用。

3. 多渠道增加对防灾减灾的科技投入

将防灾减灾发展所需投入纳入每年科技经费预算,按照一定的使用比例,支持研究开发工作、科技基础设施建设、改善技术装备、参加国际交流等。并使防灾减灾科技投入的增长幅度不低于科技经费增长的总体水平。

建立社会防灾减灾基金,吸收企业、社会团体、公民及海外人士对防灾减灾的捐赠,按比例将部分基金用于科技投入。

用给予引导资金的方式,促进地方政府增加防灾减灾科技投入,引导技术开发机构与企业投资防灾减灾技术与产品的研发和产业化。

4. 促进防灾减灾科技资源共享平台的建设

借助全国科技基础条件平台的建设,通过制定统一的标准和规范,整合全国各灾害管理部门的分类灾害信息资源,全天候运转监测网;以网络技术为纽带,积极推广应用地理信息系统(GIS)、遥控系统(RS)、全球卫星定位系统(GPS)技术,建设覆盖至全国各乡村的主要灾害实时监测预警系统;充分应用数字化技术及网络技术,综合集成防灾减灾各单位上报的灾情信息,构建包括灾害应急响应、灾害信息分析、灾害救援决策、救援信息反馈等在内的防灾减灾技术及信息资源平台。

5.加强防灾减灾科技能力与科技队伍建设

通过科研体制改革和现代院所制度建设,进行课题制、首席专家负责制和科研经费预算等防灾减灾科技机构科研管理制度建设;鼓励科研与地方防灾减灾需要紧密结合,开展自然灾害综合研究和治理;鼓励科研机构与企业联合研发防灾减灾技术和装备,实现产业化;与管理部门合作,尝试推广先进的防灾减灾技术和管理方法,探索区域防灾减灾综合管理模式;参与重点防灾减灾工程建设、基础设施建设、试验示范区建设。

在培养选拔高层次人才的基础上,大力培训一线工作的防灾减灾技术人员及管理人员,改善基层技术人员的工作生活条件;通过科研项目、激励措施、分配制度、考核选拔等吸引和稳定人才队伍,培育有竞争力的研究群体,加强创新团队建设;培养防灾减灾后备人才,逐步在我国高校中开办防灾减灾专业教育。

6. 加强国内外防灾减灾科技交流与合作

鼓励防灾减灾科研机构、管理部门开展国内外交流合作,获得先进的应用技术及管理经验,追踪最新技术。在跨国、跨区域的防灾减灾工程建设中,政府应积极协调,为项目实施提供帮助和保障。

房屋基础隔震技术应用的探究工学论文

房屋基础隔震技术应用的探究工学论文

摘要: 笔者经过实践并进行理论总结后,在本文中就房屋基础隔震技术的原理和施工技术要点做了详细和系统的介绍,并且通过比较将房屋基础隔震技术抗震性能好和节约成本等优越性展现出来。最后笔者还就目前该技术的应用情况做出了总结。

关键词: 房屋基础隔震原理技术要点优势现状

2008年的5·12汶川地震在给我们带来伤痛的同时也引起了各界对房屋建设的关注,对于每一名房屋设计和建设者来说如何提高房屋的抗震能力成了必须思考和探索的问题。广木线穿心店站的货运楼在其周围房屋基本倒塌的情况下仍然可以保持房屋上部结构的基本完整性这一特殊的现象为我们有效提高房屋抗震性能提供了一种可能。经过调查发现该楼房在修建过程中应用房屋基础隔震技术,这就提示我们房屋基础隔震技术能有效提供房屋抗震性能,而这一点在国家现行的GB50011.2001建筑抗震设计规范中得到证明。下面就介绍一下房屋基础隔震技术的基本原理和优越性,并且探讨一下其应用的方法。

1房屋基础隔震技术的基本原理

房屋基础隔震技术的基本原理就是在房屋的上部结构同地基之间实现柔性连接——一般是在上下结构的中间增加水平刚度低且具有适当的隔震和增加结构系统的柔性,使上部结构得以同可能造成破坏的地面运动分离,以达到降低房屋上部结构的地震能量加速,且提高房屋对于地震的抵抗能力的目的。可以说基础隔震技术通过“以柔克刚”的方式使得房屋的抗震性能大大提高。当地震破坏程度较小时,“隔震装置的初始刚度足以使房屋屹立不动”[1],在遇到破坏性大的地震时这种设计就可以保持房屋的基本结构让房屋不至完全倒塌,就像5·12地震中的广木线穿心店站的货运楼。

房屋结构应用基础隔震措施后,其周期是没有应用基础隔震结构的2~3倍,依据反应谱理论可知较长的隔震建筑的周期可以使地震对房屋的影响大幅度减小。但就传统对原理的解释来看,这种隔震设计一般多用于层数较少的楼房,而目前我国在高层建筑中也开始了基础隔震技术的使用。虽然,这用传统的理论很难解释其合理性,但是从实际运用中来看,我们仍旧可以发现其合理因素所在,即就隔震能力本身而言基础隔震技术降低房屋上部结构的地震能量加速。

2房屋基础隔震设计的优越性

无论是从理论上还是实践中基础抗震设计较传统抗震设计在抗震能力和节约成本方面都有很大的优势。

2.1抗震能力更好明显有效地提高了地震对房屋结构的影响。基础隔震技术使得房屋结构的加速度降低60%左右,也就是相当于没有运用基础抗震技术结构的1/10~1/4。如此一来房屋上部结构的地震反应也刚体平动十分类似,从而能让房屋的整体结构得到有效的保护,同时也因结构的震动得以保持在较为轻微的水品内而让房屋的内部设施。同时在地震时,应用了基础抗震设计的房屋能够保持上部结构的弹性工作状态的正常运作,这可以给某些重要的建筑物以可靠的保护。

2.2节约成本从目前国内的房屋建设实例来看,采用了基础隔震设计的房屋在初始造价上往往较非基础隔震设计的房屋高,但是我们在计算隔震设计的经济性时不能只考虑初始的工程费用,而应该从其抗震性能、抗震安全性、震后维护等方面来进行评估。首先,房屋基础隔震可以有效的保护房屋内部的浮放设备,防止内部物品的破损,减少了受灾群众的经济损失和次生灾害的发生。其次,抗震措施简单明了,隔震设计仅考虑隔震装置,“这样就可以把设计、试验、制造的注意力集中到这些构件上”[2],因此建筑结构的设计与施工得以简化。最后,地震后无需对隔震建筑进行过多的维修。

3房屋基础隔震设计的应用方法

3.1隔震装置的选择现阶段常用的隔震装置有:加铅芯的多层橡胶支座、橡胶隔震支座、摩擦滑动层隔震装置、阻尼器。这些隔震装置都各有其优缺点,具体什么选择还得按照房屋的总体设计需要来,但总的来讲要想隔震装置在地震中发挥作用,保证房屋整体的抗震性能和安全性,就必须就有适当的阻尼及消能能力基础隔震装置必须具有一定的阻尼、消能能力和竖向承载能力。下面我们就以叠层橡胶隔震支座为例。叠层橡胶隔震支座一般用天然橡胶或者人工合成橡胶制作,呈圆柱形,直径在300mm以上1000mm以下,单个可以承重500KN到700KN。其有点是有很好的自复能力。其缺点是“由于上部结构的粱是由叠层橡胶支座为其竖向支座的,为了减小梁的跨度,就需要放置比较多的`叠层橡胶支座,那么就提高了整个隔震体系的成本。”[3] 3.2确定水平向减震系数水平向减震系数取值必须大于等于0.25,而且隔震作用发挥后,地震作用的总水平应该是隔震结构相对的减震系数的百分之七十。为了更加合理化水平向减震系数,我们要根据具体情况配合相应的防烈度,具体来说可看下表:

水平向减震系数防裂度

0.256-7

0.386-8

0.56-8

0.757-9

3.3基础设计要点当我们进行抗震设计的基础设计时可以不考虑隔震产生的减震效果,只需按原设防烈度着手设计即可。

3.4隔震层设计要点隔震层能在地震中起到应有作用是设计的根本,因而就必须确保整体隔震结构得以协调工作,这样一来我们在将具有合适刚度的梁板体系安排在隔震结构的项部的同时要做到让该层隔震装置的两种负荷——永久、可变负荷的“竖向平均压应力限值不超过相关规范规定,且在罕遇地震下不出现拉应力。”[4]还有一点需要我们注意,就是虽然在前面已经列出了防烈度的相应系数,但是考虑到在遇到竖向地震是隔震层的相对无力,在上部结构设计是我们有必要把水平向换算烈度提高。基础隔震设计不是单靠哪一个部分就能够完成的,要想使得隔震设计的性能得到良好的发挥,就必须保证设计的每个部分都不能脱节,要重视连接点的重要性,从全局出发着手设计。

3.5隔震层设计注意事项隔震层的抗震性能还收其以下结构的影响,因此我们要注意一下的设计要点:①对于支柱、支墩等地相连且有相当大的承重任务的结构,在设计时要以高标注也就是罕见破坏性地震作为隔震底部相关力如竖向力和水平力的计算依据。②要具体问题具体分析,不同的地区对于隔震建筑地基有这不同的要求和标准,所以我们在作出精确计算和设计时不能忽略相应地区抗震防烈度。

4房屋基础隔震设计在我国的应用情况和前景展望

基础隔震的概念早在1881年就已提出,但其真正开始在工程上运用是到上世纪20年代才开始。而我国却是到了60年代才开始有学者关注这一技术,所以该技术的应用在我国起步较晚,不过经过不断的推广,目前国内已经有包括北京、天津、汕头、西安、南京、深圳等在内的地方进行了基础隔震技术工程的试点建设和推广。但是我们发现在西部,这一技术的应用并不充分,而我国西部一些人口密集的城市地处地震带,汶川、玉树的地震给我们提了个醒,我们应该重视推广该技术的应用辐射地区,特别是西部地区。

参考文献:

[1]张文福.房屋基础隔震的概念与设计方法.石油规划设计.1998年第3期

[2]岑巍.浅述房屋基础隔震技术的应用.山西建筑.2010年第20期

[3]张立涛.橡胶隔震支座与滑移隔震支座并联的基础隔震体系研究.硕士论文.2005年3月

[4]倪文军.房屋建筑基础隔震结构设计初探.管理观察.2010年第12期

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