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          青島鑫旭輝建筑結構設計有限公司

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          L 形偏心結構概述及研究現狀

          更新時間:2016-01-21 21:57:09  |   點擊次數:1236次  |   來源:青島鑫旭輝建筑結構設計有限公司次  |   作者:

          城市在高科技和新技術的包裝下,越來越散發出一種不拘一格的氣息。隨著高速發展的國民經濟,城市的建筑風格日益多變,建筑風格的多樣化是城市發展的必然趨勢,也是人們日益增長的精神文化的需求。本文通過對L形結構研究現狀的分析,總結目前國內外歲L型建筑的各種結構做法,引出當前L型建筑隔震的主要做法,并為以后特殊結構形狀的建筑提出隔震做法的建議。

          L 形偏心結構概述及研究現狀

          L形建筑在如今的街角的商業寫字樓或者商場運用比較多,首先可以提供一個大的廣場,為停車場或者廣場的人流提供用地,也造就了一些有舒適視覺效應的建筑,為城市建筑增加了一份靈動和多變。對于路口交叉處的土地來說,L形必定是設計者的最佳選擇。因此我們看到L形建筑的實用性和未來應用空間,增加對其建筑特性的了解勢在必行。

          1 不規則結構設計的特殊性

          我們根據當地的地質條件和地震記錄來預測該地的可能地震等級,也就是抗震設防烈度,其只能最大限度的增加建筑的安全性。我們越來越發現地震災害其實就是工程災害,對于建筑結構的設計者來說,如何增加建筑結構的安全性、不斷優化建筑結構形式是一個永恒的話題和終身的使命。

          建筑設計者由于考慮建筑美學的價值,在建筑設計時,選用不對稱、不規則的設計方案,雖然在建筑風格上會具有美學欣賞價值,但是就結構抗震方面來說,偏心結構具有很大的不利。在地震過程中,非對稱結構在結構質心上的慣性力會對結構的剛心產生扭轉力矩,并且地震的轉動分量會對結構產生扭轉力矩;這樣在水平地震作用下,結構除了會產生水平位移,也會產生與側向位移耦聯的扭轉位移。扭轉效應的產生是結構偏心的必然結果,有時會成為結構破壞的重要原因。

          2 L形偏心結構隔震的必要性

          2013年4月20日,在四川省蘆山發生了7.0級強烈地震,由周福霖院士做了隔震設計的蘆山縣人民醫院主樓幾乎毫發無損,被網友贊為“樓堅強”,大樓地基與上部結構之間設置的83根橡膠隔震支座是造就“樓堅強”的主要原因。云南省昆明機場航站樓也運用了此項隔震技術,并且是目前全球較大的隔震結構建筑。

          日本東北部海域2011年3月11日發生9級強烈地震,并引發海嘯,其爆炸是由于海嘯引起的海水高漲,導致循環水無法排入海中,進而核反應堆過熱,最終引起了爆炸,福島核電站發生的爆炸是由泄漏到反應堆廠房里的氫氣和空氣反應發生的爆炸。福島建的第一核電站和第二核電站是由日本東京電力公司興建的兩個核電站,兩座電站相距約10公里,而離海岸線較遠的2號和3號核電站,最然也是經歷了這次9級地震,卻安然無恙。

          近些年來,建筑結構設計在隔震技術上雖然取得了長足的進步,各種隔震方式被提出并獲得實踐驗證,但對于偏心隔震的扭轉作用卻很少有相關的經驗,實際工程在地震的破壞時,往往由于建筑的扭轉而發生不可挽回的損失,究其原因有:一、隔震結構降低了下部結構的水平剛度,結構在水平方向的扭轉變得比非隔震結構大的多;二、偏心結構的上部結構的重心和下部結構的剛心不重合,一旦振動,將發生較大的扭轉。

          3 L型隔震結構國內外研究現狀

          不規則結構和隔震層的偏心會使結構產生扭轉效應,扭轉效應對結構地震反應產生不利影響,因此有必要研究偏心隔震結構在地震作用下的動力特性及反應特征。

          在20世紀六、七十年代,具有現代意義上的隔震技術才開始出現。隔震裝置、阻尼器的出現是隔震技術的巨大發展,一些地基微振技術和抗風控制裝置也是現代隔震技術中出現的具有重要意義的組成部分。目前世界上采用隔震技術建造的最高建筑物在日本,高達136m。

          1993年Nagarajaiah在Lee、Pan和Kelly等研究基礎上,對滑移基礎隔震的扭轉效應進行研究,緊接著又對彈性隔震系統的基礎隔震結構在雙向地震作用下的扭轉效應進行了系統的研究。

          李宏男、吳香香、王蘇巖在《偏心橡膠墊隔震結構扭轉耦聯振動簡化抗震計算》中有給出包括平移與扭轉耦聯效應的、可供工程應用的簡化抗震設計計算方法。

          江宜城、唐家祥、李媛萍在《多層框架隔震結構的地震扭轉反應分析》中分析了多層框架基礎隔震結構單軸偏心的地震扭轉反應,建立了地震作用下多層框架隔震結構扭轉反應的運動方程,在隔震和非隔震情況下,計算了結構模型不同偏心的地震反應。結果表明,對存在扭轉變形的結構來說,采用基礎隔震可明顯減少結構的扭轉反應。

          Tarics對加利福尼亞的富希爾法律司法中心(FoothillCommunitiesLawandJusticeCenter)一美國第一幢基礎隔震結構,進行了非線性動力分析,認為結構的平扭耦聯地震反應顯著,在某些情況下角部的水平位移幾乎是底板中心水平位移的兩倍。

          現在,隔震理念的轉變,即從抗到隔,已經開始被更多地設計者和人們所認識和接受,隔震設計后,一般可將建筑的抗震設防烈度降低0.5到2度。通過采用橡膠支座,可以使建筑物減少50%~60%的地震加速度。

          4 束語

          本文在前人的基礎上對L形偏心結構存在的問題作以下總結:(1)針對相關的L形偏心結構的研究比較少,而市場對于L形偏心結構的需求還在增加,因此應該增加對L形偏心結構的隔震研究;(2)目前存在的關于L形偏心結構的研究多是控制一個方向的偏心,通過控制另一個方向的偏心變化來進行偏心對結構的地震反應,所總結的動力反應方程式也是關于一個方向的變化,而2個方向的偏心一起變化會有什么樣的影響,仍然需要進一步的探討;(3)對于L形結構來說,由于結構的不規則,容易引起結構的不均勻沉降,產生結構內部應力,這對于結構來說非常不安全,所以通常在拐角處設置變形縫。而對于隔震結構來說,一般是設置一個大底盤隔震層,此時的沉降縫就失去了設置的可能,但是伸縮縫的設置到底對結構有利還是不利,相關的研究還有待繼續進行。

          武麗茹,廣東工程職業技術學院,廣東廣州510520

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