隔震与消能减震技术对比传统抗震技术有哪些优势?

2021-04-10 00:31:24 四川省地震局

18世纪 工业革命时期,以英国为中心,发展了现代科学技术。但英国等欧洲国家处于地震发生较少的区域,致使防震技术在第一次工业革命未被启动。

19—20世纪 ,技术革命向存在地震危险的美国、日本等国家扩展,防震技术有了长足发展,首先是建立了强度抗震体系( 20世纪30年代 ),然后又发展了强度-延性抗震体系( 20世纪70年代 ),即现在的传统抗震体系。

※ 传统抗震体系存在的问题

传统抗震技术体系虽然有不错的抗震效果,但是也存在一些难以解决的问题:

(1) 结构安全性问题 。在设计烈度内,这种传统抗震体系能避免结构倒塌,但当遭遇 超过设计烈度 的地震时,将可能导致成片建筑结构倒塌,引发地震灾难。

(2) 建筑破坏问题 。在地震作用下,传统抗震结构钢筋屈服和混凝土裂缝,结构出现延性,国内外专家早就指出“延性就是破坏”,导致建筑物结构在震后难以修复,虽未倒塌但又不能使用,成为 “站立着的废墟”

(3) 建筑功能丧失问题 。在地震作用下,传统抗震结构的非弹性变形和强烈振动,引起建筑中的非结构构件及装修、吊顶等的破坏,以及室内设备、仪器、瓶罐等的掉落破坏,必然导致建筑使用功能甚至城市功能的丧失,引起 直接或间接 的人员伤亡或灾难。

由于传统抗震技术体系长期存在难以解决的问题,所以新的防震技术便产生了——隔震技术与消能减震技术。

※ 隔震体系

隔震体系是指在结构底部或某层间设置由柔性隔震装置(如叠层橡胶隔震支座)组成的隔震层,形成水平刚度很小的“柔性结构”体系。

与传统抗震结构相比,隔震结构有下述的优越性:

(1) 隔震体系可使结构的地震反应降为传统结构地震反应的 1/4〜1/8 ,使隔震结构有很宽的“防巨震安全极限边界”。

结构加速度反应随结构自振周期延长而降低

(2) 地震时上部结构 保持弹性 ,结构在地震中不损坏,避免震后困难的修复工作。

(3) 可实现性能化防震设计,实现地震设防的 “双保护” ,既保护结构安全, 也保护非结构构件、室内设备仪器等的使用功能不中断。

传统抗震体系(左)与隔震体系(右)

(4) 适用于规则建筑结构,也适用于非规则建筑结构 。隔震后的结构地震反应大幅降低,结构的水平变形(层间变形或扭转变形等)都集中在柔软的隔震层而不发生在建筑结构本身,从而保护功能要求较高的复杂建筑结构,在地震中不被损坏。

(5) 采用隔震技术, 投资增加不多 。当隔震技术应用于防震性能要求较高或高烈度地区时,还能降低建筑结构造价。

(6) 隔震技术不仅可用于新建建筑,也可用于 对既有结构 进行隔震加固,能大幅提高地震安全性。

※ 消能减震技术体系

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)设计成消能构件,或在结构的某些部位(节点或联结处)安装耗能装置(阻尼器等)。

传统抗震结构(左)消能减震结构(右)

在风荷载或小地震时 ,这些消能杆或阻尼器仍处于弹性状态,结构仍具有足够的侧向刚度,以满足正常使用要求。

在中强地震发生时 ,随着结构受力和变形的增大,这些消能构件和阻尼器率先进入非弹性变形状态,产生较大阻尼,消耗输入结构的地震能量,使主体结构避免进入明显的破坏,并迅速衰减结构地震反应,从而保护主体结构在强烈地震中免遭过度破坏。

采用消能减震技术的建筑

与传统的抗震体系相比较,消能减震体系有如下的优越性:

(1) 传统抗震结构体系是把结构的主要承重构件 (梁、柱、节点) 作为消能构件的,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耗能装置,它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) 消能构件在震后易于修复或更换,使建筑结构物 迅速恢复 使用。

(3) 可利用结构的抗侧力构件( 支撑、剪力墙等 )作为消能构件,无须专设。

(4) 可衰减结构的地震反应 20%〜50%

资料参考:《隔震、消能减震与结构控制体系——终止我国城乡地震灾难的必然技术选择》周福霖。

来源:济震微讯

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