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我国建筑减隔震技术标准化现状与展望

2016-10-18彭凌云苏经宇韩流涛

城市与减灾 2016年5期
关键词:阻尼器支座橡胶

彭凌云 苏经宇 韩流涛

我国建筑减隔震技术标准化现状与展望

彭凌云苏经宇韩流涛

彭凌云,博士,副研究员,北京工业大学防灾减灾研究所从事强震地面运动、结构抗震与减震控制等研究。先后承担国家自然科学基金、教育部博士点基金、北京市组织部优秀人才项目等,完成横向科研项目近10项,发表论文40 余篇,其中多篇被SCI、EI检索,申请发明专利10 项。

苏经宇,教授,博士生导师,北京工业大学抗震减灾研究所从事城乡防灾规划、历史文化遗产建筑保护、建筑隔震与工程抗震、场地与地面运动等的基础与应用研究,享受国务院政府特殊津贴。兼任全国城市抗震防灾规划审查委员会副主任、中国城市规划学会城市安全与防灾规划学术委员会主任、中国勘察设计协会抗震防灾分会会长、中国建筑学会抗震防灾分会城镇抗震防灾专业委员会主任委员、中国古遗址保护协会文化遗产防灾专业委员会副主任、住房城乡建设部城市防灾减灾专家委员会副主任、燃气、供热及地下管网运行安全北京市重点实验室学术委员会主任、国家减灾委员会专家等。先后承担国家科技攻关、国家自然基金等40余项,负责20余部国家和行业标准的编制工作,发表学术论文200余篇,荣获国家科技进步二等奖3项,三等奖1项,省部级科技进步奖多项。

隔震技术是在建筑物基础与上部结构之间设置一层隔震层,把上部结构与基础隔离开,隔离地面运动能量向建筑物传递,减小建筑物的地震反应。我国对隔震技术的研究始于20世纪60年代,在1966年前后我国学者提出以砂砾层为摩擦材料的滑移隔震思想,并进行了试验研究和理论分析。20世纪80年代后期我国学者开始关注橡胶支座隔震技术。以中国建筑科学研究院、华中科技大学、原华南建设学院西院、同济大学等科研院所的科研工作者对叠层橡胶支座滞回性能、测试和检测技术、振动台试验验证、分析与设计方法、标准编制等方面进行了大量的科学研究工作。到20世纪末,国内关于橡胶支座隔震结构相关科学与技术问题的研究已经取得了大量成果,基本形成了橡胶支座隔震建筑的成套技术。随着价格低廉的国产橡胶垫的批量生产,与橡胶支座相关的规范(程)、产品标准的编制工作随之开展,客观上推动了橡胶支座隔震技术的研究和应用。到21世纪初,我国相继颁布了隔震技术相关的规范、规程和标准图集,标志着国内的隔震技术也进入了成熟应用的阶段。2008年汶川地震后,建筑隔震技术又引起人们的高度重视,国内的应用又达到一个新的高度,汶川地震后建成的隔震建筑面积已大大超过之前隔震建筑的总和。

消能减震通过在建筑物中设置消能部件,使地震输入到建筑物的能量一部分被消能部件所消耗,一部分由结构的动能和变形能承担,以此来达到减少结构地震反应的目的。消能减震的概念出现在20世纪60年代,国外大约在20世纪70年代开展相关的研究工作,我国对减震理论与技术的研究始于20世纪80年代,在90年代中后期蓬勃发展,中国建筑科学研究院、北京工业大学、广州大学等对相关问题做了大量基础研究,通过理论与实验的方法验证了减震技术的有效性,其中包括减震装置研发、结构振动控制理论研究,减震结构分析和设计方法、试点工程应用等。进入21世纪,建筑结构减震技术渐趋成熟,编制并颁布了相关产品规范。2001年版抗震规范中纳入了减震部分内容。2014年行业标准《建筑消能减震技术规程》发布。目前减震技术在实际工程中的应用非常广泛,也被工程建设各方普遍接受。

为了进一步促进减隔震技术在我国高烈度地区的推广应用,使相关技术人员更加全面了解技术标准化的规范文件。本文对我国减隔震技术现有标准化体系及其发展沿革进行回顾和筛理,对相关标准的主要内容、特点做介绍,结合国内外减隔震理论与技术的研究进展,对减隔震技术标准体系与文件的完美和发展进行了讨论。

图1 我国建筑减隔震领域的标准化体系简图

我国建筑减隔震领域的标准化体系

我国减隔震领域的标准化工作始于20世纪90年代中期,《建筑隔震橡胶支座》(JG 118—2000)和《叠层橡胶隔震支座隔震技术规程》(CECS 126:2001)分别于2000年、2001年批准发布。经过近20年的发展,在产品设计、施工验收等环节基本都有相应的规范或标准。目前我国建筑减隔震领域已颁布实施和正在编制的标准文件如图1所示。可以看出隔震建筑领域的规范和标准数量要稍多于减震建筑。减震方面目前还没有专门的施工与验收标准文件。

图2和图3分别给出的是我国减隔震技术标准化的大致进程和重要标准文件发布的时间。可以看出,减隔震体系的标准化起步时间基本是一致的,隔震产品标准要早于减震产品标准。前者于2000年发布行业标准《建筑隔震橡胶支座》、2007年发布国家标准《橡胶支座》,后者于2007年发布行业标准《建筑消能阻尼器》,在时间晚于前者,且前者标准的规格高于后者。

建筑隔震技术相关的规范、规程、标准、图集

1.隔震设计标准

(1)国家规范:《建筑抗震设计规范》

从2001年开始,我国抗震规范将隔震技术,规范中将隔震与消能减震技术作为独立一章作出规定。主要内容包括一般规定、隔震房屋的计算要点、隔震房屋的构造措施、消能减震房屋设计要求、隔震部件和消能部件的性能要求等。

我国抗震规范早期对隔震技术的应用限制较为严格,如仅限于设防烈度Ⅷ度及以上地区使用、隔震建筑上部结构周期小于1s等。2008年汶川地震后抗震规范做了局部修订,未涉及隔震部分。2010年抗震规范修订时取消了对隔震技术的上述两条限制。目前采用隔震技术的建筑物层数、体量越来越大,最高的隔震建筑已超过100米。在推动隔震技术广泛应用方面,国家规范的多次修订起到了重要推动作用。

(2)中国工程建设标准化协会标准:《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS126:2001)

该规程2001年11月1日正式施行,对隔震技术应用的主要技术和相关配套要求作出了规定。主要内容包括隔震结构基本要求、隔震房屋设计、桥梁结构隔震设计、隔震层部件的技术性能和构造要求、隔震结构的施工及维护。

图2 我国建筑隔震技术标准化进程

图3 我国建筑减震技术标准化进程

该规程的颁布为隔震技术的应用提供了重要技术支持,在推广应用方面起到了重要作用。《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)颁布后,将该规程的主要内容纳入其中。

(3)中国工程建设标准化协会标准:《建筑工程抗震性态设计通则》(CECS160:2004)

该标准于2004年8月发布试用实施,其中第十一章对隔震房屋的相关设计问题进行了规定,其主要内容与国家规范大致相同。

(4)国家建筑标准设计图集:《建筑结构隔震构造详图》(03SG610-1)

该图集于2003年发布,图集内容适用于在建筑上部结构与基础之间设置隔震层、以隔离地震能量的建筑物。主要内容包括:隔震支座布置原则、框架结构隔震支座布置及节点详图、砌体结构隔震支座布置平面及节点详图、隔震支座置于地下室底板以下做法、组合隔震支座节点等详图等。

2.隔震产品标准

(1)建筑工业行业标准:《建筑隔震橡胶支座》(JG 118—2000)

该标准于2000年12月1日实施,规定了建筑隔震橡胶支座的产品定义、分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。它是国内最早的隔震支座产品标准,填补了国内空白,对我国隔震橡胶支座的规范生产、产业化发展起到了重大推动作用。

(2)国家标准:《橡胶支座》(GB/T 20688.1-4 2007)

该标准是橡胶支座产品性能和试验方法的国家标准,于2007年10月1日开始实施,共分为四个部分:

1)《橡胶支座第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1—2007);

2)《橡胶支座第2部分:桥梁隔震橡胶支座》(GB/T 20688.2—2007);

3)《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB/T 20688.3—2007);

4)《橡胶支座第4部分:普通橡胶支座》(GB/T 20688.4—2007)。

随着此系列国家标准的颁布,行业标准《建筑隔震橡胶支座》(JG 118—2000)相关内容成为国家标准。

3.施工与验收标准

(1)建筑工业行业标准:《建筑隔震施工与验收规范》

该行业标准于2015年6月发布,2015年12月开始执行。它填补了国内隔震建筑施工、验收方面的空白,对于加强建筑隔震工程施工与质量验收,保证工程质量具有重要意义。

(2)中国工程建设标准化协会标准,《既有砌体结构隔震支座托换技术规程》

内容包括隔震层设计、隔震层施工、工程验收、隔震层维护等,其设计方面的内容基本同国家规范,由于是专门针对于既有砌体建筑的支座托换类型的隔震加固建筑,其在施工方面的相关内容可供专门工程参考。

此外,各省、直辖市、自治区也发布了相关的地方标准。

1)甘肃省地方标准:《叠层橡胶支座基础隔震建筑构造图集》(DBJT 25-99—2003)。

2)云南省地方标准:《建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收规范》(DBJ 53/T-48—2012)。

3)陕西省地方标准:《隔震橡胶支座现浇钢筋混凝土板式楼梯》(陕14G10)、《村镇砌体结构民居叠层橡胶支座隔震技术规程》(DBJ 61/T106—2015)、《建筑滑移隔震技术规范》(DBJ 61/T92—2014)。

除了上述已经发布的规范、规程与标准之外,《建筑隔震设计规范》《建筑摩擦隔震技术规程》《砌体房屋钢管混凝土柱支座隔震技术规程》《集成式模块化建筑隔震技术规程》的编制工作目前正在进行之中。

建筑减震技术相关的规范、规程、标准、图集

近年来我国颁布了如下减震相关的规范、规程、标准、图集等:

(1)国家规范:《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2016)

2001年颁布的国家标准《建筑抗震设计规范》首次将消能减震技术纳入国家规范,规范对减震技术的应用范围、设计要点、部件性能要求等进行了规定。

2010年版抗震规范对此部分内容做了小范围的修改,对消能部件可附加给结构的最大有效阻力由原来的20%提高到25%。

(2)建筑工业行业标准:《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)

该规程于2013年6月发布,2013年12月实施,内容包括消能减震结构地震作用与作用效应计算、消能器的技术性能、消能减震结构设计、消能部件的连接与构造、消能部件的施工、验收和维护等。

(3)建筑工业行业标准:《建筑结构消能减震(振)设计》(09SG 610-2)

该图集于2009年发布,汇集了当时国内比较常用的消能器类型和产品,给出了各种消能器相配套使用的典型支撑形式及消能部件的设计构造详图。为该技术的发展和进步起到了促进作用。

(4)行业标准《建筑消能阻尼器》(JG/T 209—2012)

该标准为我国减震领域的产品标准,首版于2007年发布,对建筑消能阻尼器的术语和定义、分类与标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储藏相关问题进行了规定,内容仅涵盖粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器。随着建筑消能阻尼器产品的不断发展,该行业标准于2012年进行了修订,增加了金属屈服型阻尼器、屈曲约束耗能支撑的规定。

除此以外,目前中国工程建设标准化协会正在编制《屈曲约束支撑应用技术规程》和《消能减震加固技术规程》。

我国隔震建筑标准化的主要特点

早期我国隔震技术研究主要集中在量大面广的多层建筑,因此在20世纪90年代以前,主要研究造价相对低廉的摩擦滑移隔震技术,包括砂垫层、石墨隔震层等,在摩擦滑移隔震方面积累了丰富的研究成果和经验。90年代之后,则主要以叠层橡胶支座隔震建筑为主,上部结构多为多层建筑,少数高层建筑物,近年来出现了超高层隔震建筑物。技术进步必然会推动标准文件的修订和完善。

建筑隔震部件与产品

目前隔震产品主要有橡胶支座、摩擦滑移隔震支座、滚动隔震支座、碟形弹簧竖向隔震支座、复合隔震支座等,如图4所示。现阶段我国的相关规范中仅涵盖了橡胶隔震支座。橡胶隔震支座通过专门的硫化工艺把多层薄钢板和橡胶制品相互叠置而成的一种产品,具有较大的竖向刚度可以起到支撑建筑结构主体的作用,较小的水平刚度,可以保证隔震层有较好的水平变形能力。橡胶支座可分为:(1)普通叠层橡胶支座(LNR);(2)高阻尼橡胶支座(HDR);(3)铅芯叠层橡胶支座(LRB)。现行国家规范《橡胶支座》对橡胶支座产品的相关问题进行了详细的规定。为保证隔震建筑物的安全,考虑到随着橡胶隔震支座的制作工艺越来越成熟,隔震支座的直径越来越大,现行国家规范建议在隔震支座选型时尽量选用大直径的支座,对300 mm及其小直径的支座,由于其直径小,稳定性差,要考虑其不利影响。

摩擦滑移隔震技术是我国最早开发应用的隔震措施之一,其基本原理是把建筑物上部结构当成一个整体,在上部结构和建筑物基础之间设置一个滑移面,允许建筑物在发生地震时,相对于基础(地面)做整体水平滑动。由于摩擦滑移作用,削弱了地震作用向上部结构的传递,同时,建筑物在滑动过程中通过摩擦消耗了地震能量,从而达到隔离地震的效果。该技术具有简单易行、造价低廉、几乎不会出现共振现象等优点。目前关于摩擦滑移隔震方面的标准——《建筑摩擦隔震技术规程》已于2016年批准立项,该规程适用于新建建筑与老旧建筑加固改造过程中采用摩擦式隔震技术和混合式隔震技术的隔震设计、施工、验收及维护等。主要内容包括摩擦隔震装置的技术性能,建筑结构摩擦隔震设计,摩擦隔震构造要求,摩擦隔震建筑的施工、验收与维护等,目前相关编制工作已经开始启动。

现阶段国内关于摩擦滑移隔震技术的研究也比较多了,并已在许多重要的新建或加固工程中得到应用,有效地改善了结构的动态响应,提高了整体性能,并取得了一定的经济效益和社会效益。

图4 隔震部件与产品类别

隔震建筑的设计方法

我国隔震建筑设计方法的特色是引入了分部设计法和水平向减震系数,把隔震设计和传统抗震设计协调起来,有利于设计人员快速掌握隔震建筑的设计方法及直观地了解隔震设计效果,促进了隔震技术的推广应用。

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定橡胶支座隔震建筑的设计工作主要包括隔震层设计、隔震层上部结构设计、隔震层下部结构设计、地基基础设计,上述几个部分是分开设计的。规范方法主要针对隔震层位于第一层以下、基础顶以上的隔震结构。设计流程如图5所示,各部分的设计内容简述如下。

采用“水平向减震系数”的方法进行上部结构的水平地震作用分析和抗震设计时,水平向减震系数定义为隔震结构与非隔震结构最大水平剪力的比值,通常采用时程分析方法来计算,表示上部结构地震作用的降低幅度。上部结构的水平地震作用依据水平向减震系数和调整系数在原地震影响系数基础上进行折减计算得到,但这种方法在设计过程中容易出现折减不当的问题。目前正在编制的《隔震建筑抗震规范》,将隔震结构作为一个整体进行分析和设计,不再采用水平向减震系数的方法,可以有效的避免上述问题。

隔震层的设计主要包括隔震层位置确定、隔震支座数量、规格和布置、隔震层在罕遇地震下的承载力和变形控制、隔震层的连接构造等。隔震层支墩、支柱及相连构件应采用隔震结构罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。

下部结构指在隔震层以下的建筑结构,包括柱子、墙体和地下室等,不含地基和基础。

隔震建筑地基基础的抗震验算和地基处理仍应按本地区抗震设防烈度进行,场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,并选用稳定性较好的基础类型。地震波在经过软弱场地传播后,会呈现长周期的特点,同时隔震建筑的周期也会因此而延长,两者可能发生共振,这就易造成隔震设计不仅不能起到隔震效果,甚至可能会加大隔震建筑的地震响应。因为我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的设计特征周期都比较小,所以隔震建筑更适合于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地。

隔震建筑的施工与验收

隔震工程的施工过程划分为支座安装、阻尼器安装、柔性连接安装等分项工程。检验批次按楼层、结构缝或施工段进行划分。这样就将隔震层的施工和验收作为一种标准方法纳入到现有建筑工程施工与验收管理体系中,便于推广应用。

图5 隔震建筑设计流程

减震建筑标准化的主要特点

减震领域产品标准化特点是种类较多、更新快、研发成果转化及时,在设计方面主要特点是采用传统抗震设计方法进行多遇地震作用下的构件截面设计和变形验算,罕遇地震作用下则采用静力或动力弹塑性方法进行变形及承载力验算,设计过程符合传统结构抗震设计方法,易为设计人员接受。

减震部件与产品

目前国内常用的消能阻尼器主要包括粘滞阻尼器(粘滞阻尼墙)、粘弹性阻尼器(粘弹性阻尼墙)、摩擦阻尼器、金属屈服型阻尼器(包括具有基于钢材弹塑性的耗能钢板剪力墙、剪切型钢板阻尼器、U型钢阻尼器、防曲约束耗能支撑等。基于铅及铅合金材料弹塑性的剪切型铅阻尼器、挤压型铅阻尼器,基于形状记忆合金超弹性的合金阻尼器,等等)等,如图4所示。前两者因受到速度的影响大,通常称为速度型阻尼器;后面两大类在常规结构中的应用时,受到速度的影响较小,通常称为位移型阻尼器。《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)已包含图6中所示的多种阻尼产品。

我国早期的减震建筑结构中多采用进口的减震产品,随着我国减震技术进步,减震工程数量迅速增加,相关标准文件亦逐步完善,国产产品目录逐渐丰富,质量也稳步提高,现在大多数减震工程采用的是国产产品,如上海世博会主题馆减震项目、天津高银117大厦减震项目等。总体上看,我国的减震部件和产品已经基本可以满足我国现阶段的工程需求,但仍需在基础材料(如低屈服点软钢、铅合金、摩擦材料)和机械制造精度方面进一步的提升。

减震建筑设计方法

《建筑抗震设计规范》和《建筑消能减震技术规程》对减震建筑的设计方法进行了规定。减震结构的设计总体上与抗震结构相同,即在多遇地震作用下采用线性方法,通常采用振型分解反应谱方法,通过等效线性化确定阻尼器的等效刚度和等效阻尼,然后确定减震结构的总刚度、总阻尼参数,之后按常规方法进行振型分解、求解和振型组合。当等效阻尼引起阻尼矩阵不能解耦时,规范建议采用强迫解耦方法加以处理。减震结构一般要求进行罕遇地震作用下的弹塑性分析和验算,弹塑性阶段通常要求采用阻尼器的试验滞回曲线。

根据规范的要求,消能减震建筑的性能目标要稍高于常规抗震结构,比如2001版《建筑抗震设计规范》规定“消能减震结构的层间弹塑性位移角限值框架结构宜采用1/80”,2010年规范修订时改为“应符合预期的变形控制要求,宜比非消能减震结构适当减小”,未加以明确。这个改变给予了减震结构在设计上更多的调整余地,以便于综合考虑经济性和安全性,便于减震技术的推广应用。与之相应的性能目标是在遭遇多遇地震影响时,消能减震结构的主体结构应该不受损坏或影响其使用功能;在遭受罕遇地震影响时,通过消能器来消耗地震输入的能量,以达到控制结构变形,保证不发生丧失使用功能和危及生命安全的破坏。

减震建筑施工与验收

目前我国尚未颁布减震建筑施工与验收方面的标准,产品检验方面的规定可以参照行业标准《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)和《建筑消能阻尼器》(JGT 209—2012)相关内容执行。工程实践中,通常将减震部件的施工委托给钢结构施工队伍,其安装工作亦参照钢结构安装规范验收。为了保证在建筑使用期内,消能部件能够正常工作,对消能部件应该进行定期检查、维护。

图6 减震部件与产品类别

我国减隔震建筑标准化研究的展望与讨论

如上所述,我国建筑减震、隔震技术已经实现了一定程度的标准化,现阶段减隔震工程基本依据相关标准进行设计、施工和验收。然而根据工程实践中遇到的问题来看,目前仍有很多方面需要进一步完善:

(1)标准、规范还需进一步完善和健全

目前我国隔震规范主要针对橡胶隔震支座。虽然摩擦摆、摩擦板隔震技术也已经很成熟,但是还没有制定相关的规范和标准,影响了其推广使用。消能减震规范和标准中涵盖了常规产品和构造做法,近年来出现的一些创新产品和构造做法的标准化工作应该加以开展,比如已有较多工程应用的连梁阻尼器、剪切钢板阻尼器、粘滞阻尼墙等的设计方法、标准图集、产品、施工等方面的标准化工作。

(2)叠层橡胶支座抗拉问题

目前叠层橡胶支座存在的最为突出的问题是其抗拉能力不足。通常橡胶支座隔震建筑大多是多层建筑,基本不会出现支座受拉的情况。但随着我国经济的高速发展,隔震技术逐步推广到高层和超高层,这种情况下支座受拉问题不可避免。我国规范规定支座中橡胶受拉应力不超过1 MPa,以此规避抗拉能力不足的风险,这在一定程度上解决了受拉问题,但约束了隔震技术在高层和超高层结构中的推广应用。

(3)新型减震装置标准化

近40年来,国内外对摩擦阻尼器开展了较多的研究工作,在加拿大和美国有一些工程案例,在我国还没有在大型复杂工程的应用。常规摩擦阻尼器通常需施加较大的预紧力来获得设计需要的滑动摩擦力,比如500 kN的设计摩擦力需要施加1500~2500 kN的预紧力,这种设计会带来两个不可忽视关键问题:一个是摩擦阻尼器长期在高预紧力的作用下摩擦系数的稳定性,另一个是长期服役期间预紧力的松弛问题。根据现有研究文献看,现阶段国内还没有很好的解决方法。根据文献资料,研发的摩擦阻尼器在其加载启动之前无预紧力,加载时摩擦力随着位移幅值的增加而增大,卸载时摩擦力随位移幅值的减小而降低,可以很好地解决上述两个问题。另外此种阻尼器的滞回曲线具有复阻尼特征,在隔震和调频减震中还有其独特的应用前景。目前具有复阻尼特征的摩擦阻尼器已经有一定的研究基础,国外也有工程应用案例,为促进其工程应用,应加快其标准化的研究工作。

(4)超高层隔震技术有待标准化

近年来高层和超高层隔震建筑的研究有了较大的进展,但国内外的工程实践数量较少,经历的强震检验不充分。因此隔震规范要求超高层结构或者高宽比大于4的隔震结构需进行专门研究,这在一定程度上限制了隔震技术在超高层的应用。为了满足隔震技术的发展需要,相关部门和研究人员还应加大对超高层建筑隔震技术研究,同时推进其标准化工作。

(5)设计方法

减隔震建筑结构多是典型的非比例阻尼结构,现行规范通常采用强迫解耦的方法进行振型分解计算地震作用,这种处理方法对于附加阻尼比较小时通常具有较高的精度,但当附加阻尼比超过20%,误差就比较大。目前正在编制的国家规范《隔震建筑设计规范》拟采用复模态分解反应谱方法对包含隔震层、上部结构的整体非比例阻尼体系进行分析和设计。为体现我国规范的先进性、安全性,减震建筑相关规范和标准也需要开展相关工作了。

减震结构抗震设计方法在第一阶段设计时,考虑的是多遇地震作用下,而不是国际上普遍采用的设防地震作用。常规结构采用此设计方法可通过概念设计、抗震措施使其满足中震可修的设防目标,其效果与其他国家中震设计区别不大。但对于减震结构,情况有所不同:在多遇地震作用下结构变形通常很小,比如按照规范要求层高3 m的框架结构在小震作用下的层间变形小于5.5 mm,按45°角安装的减震支撑对应的轴向变形3.9 mm,除去连接部件的弹性变形后,减震元件变形只有1~2 mm。大多数位移型减震产品(如屈曲约束支撑、剪切型钢板阻尼器等)在如此小变形条件下是无法发挥耗能作用或仅提供较低的附加阻尼比。这导致在结构截面设计阶段不能为结构提供有效的附加阻尼比。因而设计结果中不能充分体现减震技术在经济性方面的优势。这是目前减震结构方案设计阶段经常遇到的问题。而如果考虑减震部件在很小变形即进入屈服耗能状态,则其在罕遇地震作用下的弹塑性应变过大,将会显著降低其多次循环的可靠性。减震设计的本质是提高结构设防地震和罕遇地震作用下的抗震性能(降低构件损伤程度和防止结构倒塌),如果仅仅是考虑多遇地震作用,采用常规的抗震手段已经可以保证建筑结构的安全。可以看出减震结构的设计目标和现行方法之间存在一定程度的不匹配,需要加以改进和完善。

(6)村镇隔震住宅

在汶川地震、玉树地震、芦山地震等大地震中,村镇住宅损坏较多,给国家和人民带来了很大的人员和经济损失。近几年来国内关于村镇住宅抗震性能的研究取得了较为丰硕的成果。由于村镇住宅一般只有2~3层,结构周期短,采用隔震技术较为合适。已有不少国内学者提出了多种适于村镇住宅的低造价隔震技术。下一阶段应结合试点工程开展村镇隔震技术的标准化工作,这对于提高广大农村建筑抗震性能、降低地震损失具有重大的社会意义。

结语

本文对我国建筑减隔震技术领域的标准化体系的主要内容、特点、发展沿革进行了简要介绍。结合国内的研究进展,对现阶段减隔震技术标准化体系中存在的问题和发展方向进行了讨论。总体上看,我国已建立起较为完备的建筑减震、隔震标准化体系。常规减隔震建筑的产品选用、设计、施工、验收工作基本有标准条文可依。随着研究工作的进步和减隔震技术的应用越来越多,出现了一些新问题和新产品,建筑减隔震设计、产品等方面的相应标准文件须加以修订或进一步完善。

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