地震科普|走进减隔震技术
发布日期:2024-06-07 11:40:08 信息来源:editor_gmk
中国地震区域分布广且地震灾害严重,是世界上地震灾害最严重的国家之一。下图是我国2016年开始实施的第五代地震动参数区划图,图上用不同的颜色表示不同的烈度区,颜色越深,抗震设防的要求就越高。我国将8度及其以上地区称为高烈度地震区,我国国土面积在高烈度地震区的分布比例约为17.5%,所有的直辖市、省会城市均属于地震重点监视防御区。可见,中国城市化发展面临严峻的抗震设防工作。

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▲ 中国地震动参数区划图

政策要求

国家目前也越来越重视建设工程的抗震强度,在2021年9月1日实施的《建设工程抗震管理条例》中进行了明文规定。

《建设工程抗震管理条例》节选

第十六条 建筑工程根据使用功能以及在抗震救灾中的作用等因素,分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类和适度设防类。学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑,应当按照不低于重点设防类的要求采取抗震设防措施。

位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术,保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。

国家鼓励在除前款规定以外的建设工程中采用隔震减震等技术,提高抗震性能。

第二十一条 建设工程所有权人应当对存在严重抗震安全隐患的建设工程进行安全监测,并在加固前采取停止或者限制使用等措施。对抗震性能鉴定结果判定需要进行抗震加固且具备加固价值的已经建成的建设工程,所有权人应当进行抗震加固。位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等已经建成的建筑进行抗震加固时,应当经充分论证后采用隔震减震等技术,保证其抗震性能符合抗震设防强制性标准。

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技术原理

传统抗震结构:由结构主体吸收能量

消能减震结构:由消能减震机构和结构主体共同吸收能量

隔震结构:由隔震装置吸收能量

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不同抗震结构震时运动示意图


传统抗震结构需耗费大量建筑材料,在震后损伤严重、难以修复。减震结构有效保护建筑主体部分,隔震结构已经承受住大地震的考验,表现出良好的抗震性能,目前是公认的最有效的抗震新技术。

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隔震技术

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基础隔震技术是在建筑上部结构与地基之间增加一层柔性耗能层,达到“隔震”、“吸震”作用,地震时上部结构作近似平动,从而"隔离"了地震,达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的。

现实中的隔震是怎么做的呢?通常是在建筑的底部,比如在地下室和基础之间的每一根柱子下面,放置这样的叠层橡胶支座。这个支座很柔软,在水平方向可以发生很大的变形。

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这样做实际上就是在建筑底部人为地设置了一个柔软的隔震层,但这个隔震层只能在水平方向柔软,竖向不能柔软,不然就像把房子放在一个救生气垫上一样,即使不地震房子也会晃来晃去。

那么问题来了,怎样让一块橡胶在水平方向柔软,但是竖向又很坚硬呢?隔震支座外表上看是一坨橡胶,里边则大有玄机,它是由一层薄薄的橡胶、一层薄薄的钢板这样一层一层叠合起来的,所以叫叠层橡胶隔震支座。

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这是什么意思呢?因为每一层橡胶都很薄,它的侧向变形会受到钢板强有力的约束。所以竖向压它的时候,它不会像一整块橡胶一样鼓出一个大包来,这样在竖向上就实现了很大的刚度。

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改造方案

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减震技术

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减震技术(结构消能减震技术)是在建筑物薄弱处(一般为建筑物1/2-1/3处)设置耗能装置,通过该装置产生摩擦,弯曲(或剪切、扭转),滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量,以减小主体结构的地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌,达到减震控制的目的

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屈曲约束支撑的实际应用

减隔震建筑里另一种常用的消能器叫黏滞阻尼器,在隔震层里像这样水平安装,它其实就是一个内部充满了黏滞液体的活塞机构。

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这个东西看似很陌生,实际上大家日常生活中都有。比如我们的衣柜、橱柜,还有轿车后备厢的厢盖,在关上时都会有一个消能元件来起一些缓冲作用,让它不要“啪”地一下,而是慢慢地关上。它们原理差不多,只不过建筑中用的阻尼器体量要大很多

来源:中科院地质地球所、环寂高科