CN1140222A - 建筑结构滑移减震消能技术 - Google Patents

Abstract

本发明为应用于建筑物及构筑物的防地震灾害技术，其技术原理和现有的增大结构抗力的方法不同。本发明在结构的基础顶面或其它部位设置一道或多道低摩阻材料水平滑移缝，在地震发生时，滑移缝上下的结构可首先产生相对位移，从而阻止或减少地震加速度从基础传到上部结构上去，达到消解地震能，保护主要承重结构，防止人员、牲畜伤亡、减少财产损失的防灾目的。

Description

建筑结构滑移减震消能技术

本发明为应用于建筑物及构筑物的防地震灾害技术。

建筑物及构筑物的地震灾害是古今自然灾害中最难抗御的灾害之一。地震灾害的主要特征在于地震力使建筑物及构筑物严重损坏或倒塌，这种破坏具有偶发性及突然性，所以可带来人员、牲畜及财富的巨大损失，建筑物或构筑物可能在地震后部分或完全失去使用功能。在发达地区发生七级以上的地震所引起的全部损失常在百亿美元以上，可能严重影响国民经济的运转。为预防地震灾害，目前所采用的主要措施为：按历史资料及地震构造将城镇划分为不同等级的地震烈度区，国家制定了设计规范，对不同裂度区给出相应的地震水平标准荷载。按不同烈度等级，设计规范规定了各种结构形式及结构材料应该采用的技术准则及构造措施。结构按设计规范规定的技术准则及构造措施设计，预期建成后能承受所制定的裂度区内发生的不高于给定地震烈度的地震力。国内外地震史表明，由于技术水平所限，直到目前尚不能准确的划分地震烈度区，如海城地震前为不设防区，却发生了九度震害，唐山为六度设防区，却发生了十度震害。另外，按地震烈度所给定的水平地震荷载作设计依据不足以表达实际地震复杂的动力效应，例如，地震的频谱对不同结构的影响、地震动的方向性、垂直地震加速度的影响、地震力的扭转效应、地震持续时间等。已有资料表明，地震烈度和地震加速度并无严格相关性，所以地震荷载的保证率是不能确定的。综上所述，已有的抗震技术尚不能对结构提供可靠的安全保障，因此，地震灾害是人类所面临的抗御能力最有限的自然灾害。

本发明正是为解决如上课题，提供一种能有效减轻或免除地震灾害的技术。本发明的重要特征在于不是立足于增大建筑物和构筑物的抗力，而是着眼于减弱地震力或阻止地震加速度传递到结构物上，从而使承重结构在地震中免遭破坏，以达到保护人员、牲畜及减少财物损失的目的。

为减弱地震力或阻止地震加速度传递到上部结构物上，国内外广泛使用隔震橡胶垫。这种构造措施价格昂贵，除个别高烈度地震区的重要建筑物外，目前在我国大量工业与民用建筑中推广应用还不具备条件。本发明不同于橡胶垫隔震技术，其构造原理为在结构的基础项面或结构中部设置一道或多道水平滑移缝。这种滑移缝由低摩阻材料制作，能使结构上下两侧沿缝滑移，又能传递竖向荷载。滑移缝分为粉屑状材料缝，粒状材料缝，固态材料缝。

本发明通过大量试验验证是可行的，且有相当的积极效果。

1、大批量滑移缝的墙片的水平荷载静力试验表明，消能缝的起始滑移荷载比墙体的斜裂荷载小得多，确能保证在地震时首先启动滑移而保护主要承重结构。

2、在大连理工大学进行了1/10的缩尺七层楼房的振动台对比试验，引进未作滑移缝的楼房破坏的地震加速度远小于作滑移缝的楼房，证实了滑移缝有良好的阻止地震加速度传递的消能作用。

3、在国家地震局哈尔滨工程力学研究所进行了多种消能缝构造模型的振动台动力试验，确认了本发明提供的各种构造在动力作用下的减震消能效果良好，确能减消地震加速度的传递，从而保护了主要承重结构的安全。

4、根据大量实验数据，制定了设置滑移层的结构的动力分析模型。此模型把结构做为弹性振动系统，直接输入地震波，用时程分析法计算设置滑移缝的结构和未设滑移缝的结构在地震过程中的各种反应值，用以分析滑移缝的减震消能作用。以常见的按七度烈度设计的多层砖混结构为例，未设滑移缝的结构在地面地震加速度达280～310gal(相当于八度半地震烈度)时，墙体开始开裂，在地震加速度达400gal时(相当于九度地震烈度)，房屋遭到严重破坏，此计算结果和海城、唐山等地震区的实地观察相当吻合。而设置滑移缝的结构在地面地震加速度为100～180gal时，滑移缝启动，在地震加速度达800gal(相当于十度地震烈度)时，缝上部的墙体也不会开裂破坏。

5.按本发明制定了设计规程和施工操作规程，并在1995年应用于辽宁省建设科学研究院的七层砖混结构上，滑移缝的设计、施工均已完成，试点建筑的主体结构业已完工。此栋试点建筑上部结构按六度设防设计，滑移缝的设置使房屋造价有所增加，但总预算造价略低于按七度设防烈度设计的不设滑移缝的同一结构形式房屋。

图1是本发明结构示意图(上下结构相接的几种滑移线形式：平缝、凹缝、凸缝、齿缝)。

Claims (2)

1、建筑结构滑移减震消能技术，在结构的基础项面或结构中部设置一道或多道水平滑移缝；其特征在于所述的滑移缝由低摩阻材料制作，能使结构上下两侧沿缝滑移，又能传递竖向荷载；滑移缝分为粉屑状材料缝、粒状材料缝、固态材料缝等，粉状材料缝为铅粉、滑石粉、石墨粉等各种无机粉屑状材料或者用淀粉、聚酯粉等各种有机粉屑状材料制作，粒状材料缝可由砾石、砾砂、金属球、塑料球等能滚动的天然材料或人造材料制作；膏状材料缝可由塑料油膏、沥青油膏等有机或无机膏状材料制作；固态材料缝由低强度等级砂浆、粘土、石腊、橡胶等有机或无机材料制作；水平滑移缝用于砌体结构时，其水平抗剪能力小于所用砌筑砂浆的强度；用于混凝土或钢筋混凝土结构时小于结构材料的抗剪强度；当地震动由基础传向上部结构时，由于滑移缝的存在，缝的上下部产生相对滑动，从而传到上部结构的地震加速度减少，从而减弱了地震力；滑移缝的上、下两部间设有多种特殊的连接构造，如设置柔性拉结筋，用以传递拉力而不阻碍上下部沿水平缝相对滑动，但对过大的相对滑动能起逐步加大的阻碍作用，从而限制了过量的相对位移，亦可防止结构的扭转和摆动；这种特殊的连接构造叫作滑移缝的限位构造；消能滑移缝可以水平缝，也可以是凹缝、凸缝、齿缝等；为防止地震时次生灾害发生，滑移缝部位的给水管、排水管、电线电缆管、供热管、制冷管、送、排风管、燃气供应管都制成柔性接头，使结构有滑移过程中，确保管道不漏水、不漏气；结构设置滑移缝后，上下部结构可以采用以往的抗震构造措施，也可以适当减少若干抗震构造措施。

2、按照权利要求1所述建筑结构滑移减震消能装置其特征在于所述的粉状材料缝为铅粉、滑石粉、石墨等各种无机粉隔材料或者用淀粉、聚酯粉等各种有机粉屑状材料制作，粒状材料缝可由砾石、砾砂、金属球、塑料球等能滚动的天然树料或人造材料制作。