探究智能抗震技术在建筑建造中的应用

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  摘 要:历史在前进,時代在发展,然而人类在进步的同时,也正遭遇着前所未有的自然灾难。地震,这个令人谈虎色变的字眼,让人“望而生畏”又无可奈何。尤其是近些年,频频发生的地震给人民带来了经济损失和心理阴影,甚至是生命的威胁。由于地震破坏性大又难以及时预报,建筑物抗震成为各国重大研究课题。在这种形势下,智能抗震技术的研究就显得十分必要。
  关键词:智能抗震;生命线工程;减震技术;隔震技术
  一、智能抗震技术的应用
  建筑物智能抗震技术的性能就是地震发生时,将地震看作一种能量的释放过程,建筑物自动吸收和消耗地震所释放的能量,从而达到建筑物减轻震动,避免共振现象发生,减少地震灾害之目的。这是建筑物智能抗震结构新技术区别于传统抗震结构技术的根本所在。建筑物智能减震柔性抗震新技术、新工艺和新装置工作原理,就是在一般的建筑物结构体与其基础之间的水平面位置,加装滑动钢板剪切阻尼装置,同时在建筑物顶端安装橡胶钢复合弹簧平衡装置,避免建筑物体与其地基基础发生共振现象,减小地震对建筑物的破坏烈度,达到建筑物震而不倒的目的。柔性抗震新技术解决了建筑物防震避震之难题,值得研究与探讨。
  二、智能抗震技术的发展现状
  1、国外智能抗震技术发展状况
  国外建筑抗震技术发展的非常的好,其中以日本最为先进。
  (1)“地基地震隔绝”技术
  日本在建筑物底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置。在东京银座附近的汐留,有一栋与松下东京总部比邻的四十七层的多功能建筑——电通大厦,这就是全球著名的广告业领导者日本电通公司总部所在地。
  (2)弹性建筑:东京电通大厦
  地震高发区日本在这方面也特别有经验,他们设计了一种“弹性建筑”,有较好的抗震性能。日本东京建了12座弹性建筑,其中东京电通大厦就是其中一栋。经东京发生的里氏6.6级地震考验,层橡硬钢板组和阻尼器组成,建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋钢板组成,以减缓上下的颠簸日本早就不用砖头盖房子了,五彩缤纷的“瓦片”是塑料制成证明在减轻地震灾害方面效果显著。
  (3)局部浮力
  近日日本开发了一种名为“局部浮力”的抗震系统,即在传统抗震构造基础上借助于水的浮力支撑整个建筑物。据日本媒体报道,普通抗震结构把建筑物的上层结构与地基分离开,以中间加入橡胶夹层和阻尼器的方式支撑建筑物。相比之下,“局部浮力”系统在上层结构与地基之间设置贮水槽,建筑物受到水的浮力支撑。水的浮力承担建筑物大约一半重量,既减轻了地基的承重负荷,又可以把隔震橡胶小型化,降低支撑构造部分的刚性,从而提高与地基间的绝缘性。地震发生时,由于浮力作用延长了固有振荡周期,即晃动一次所需时间,建筑物晃动的加速度得以降低。
  2、中国智能抗震技术发展现状
  中国古代抗震建筑设计与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同,中国传统的木结构建筑在抵抗地震冲击力时,采用的是“以柔克刚”的思维,通过种种巧妙的措施,其目标是以最小的代价,将强大的自然破坏力消弥至最小程度。
  (1)柔性的框架结构:墙倒屋不塌
  中国的传统木结构,具有框架结构的种种优越性,如“墙倒屋不塌”的功效,但其柔性的连接,又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。在汶川大地震中,许多文物建筑的墙体均不同程度地受损,但主体结构仍未倒塌,就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。
  (2)整体浮筏式基础、斗栱、榫卯:抗击地震的关键
  我国古代很少建造平面复杂的建筑,主要采用长宽比小于2:1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大,两侧的次间、梢间等依次缩小面宽,这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。
  传统抗震技术的优点是构造简单,技术要求低;缺点则是以增大结构刚度来抵抗地震破坏,以结构构件破坏为代价消耗地震能量,在地震中可能造成建筑物垮塌的严重后果,震后的建筑物修复加固费用也非常巨大。传统抗震技术随着建筑物高度的增加,其适用性越来越差。因此,在高层建筑中,传统抗震技术正逐渐被新型抗震技术取代。
  (3)中国当代智能抗震建筑的发展
  目前应用较多的基础隔震元件是叠层橡胶支座。叠层橡胶支座是由一层钢板一层橡胶层层叠合起来的,并经过加工将橡胶与钢板牢固地结合在一起。采用叠层橡胶支座的建筑物,设防目标一般可以提高一个设防等级。传统建筑的设防目标是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,而设计合理的基础隔震建筑通常能做到“小震不坏,中震不坏或轻度破坏,大震不丧失功能”。
  叠层橡胶隔震支座的缺点是,只具有隔离水平地震的功能,对竖向地震没有隔震效果,特别是对于高层及超高层结构的隔震效果不大。
  目前,除了研究和应用较多的叠层橡胶支座隔震技术外,还有砂垫层隔震、石墨垫层隔震、摩擦滑移支座隔震及橡胶隔震支座与摩擦滑移支座并联复合隔震技术等。
  在消能减震技术方面,上海市新建的世茂国际广场、同济大学的综合楼、秦山核电站的热交换器采用了粘滞阻尼器进行消能减震。郑州会展中心安装了144个粘滞液体阻尼器以减少观众台的振动,上海港汇广场商务楼、上海石油化工研究院的物化楼及办公楼、北京展览中心、宿迁建设大厦等建筑均采用了粘滞阻尼器进行抗震加固。南京长江三桥为新建的斜拉大桥,也在引桥上安装54个吨位为1500kN、行程为±120mm的粘滞液体阻尼器,抵抗地震荷载和其他桥梁振动影响。
  此外,我国广州大学周福霖院士及其科研团队长期在这一领域辛勤探索,取得了一定的成就。目前基于这一原理,已经发展起了夹层橡胶垫隔震、铅芯橡胶垫隔震、滑动摩擦隔震、滚动隔震层、支承式摆动隔震、滚轴隔震等各种新的抗震技术。
  三、中国建筑问题及发展智能建筑抗震技术的必要性和紧迫性
  中国城市发展速度飞快,高层建筑物也雨后春笋般的拔地而起。那么高层建筑是不是真的抗震性就弱呢?专家认为,只要建筑达标,高层建筑抗震性能不一定差。然而现实中并非如此,地震的不确定性使得专家的论断出现不现实性。而建筑智能抗震技术的出现使得这一问题的有了解决的可能。
  四、目前建筑智能抗震技术研究开发中存在的问题以及应对措施
  随着科学技术的飞速发展,各种新技术相互融合,急速地改变人们的生活。主动控制、半主动控制等新概念、新技术也迅速地被应用到土木工程抗震中来。人们利用磁流变液、电流变液、压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金等智能材料,尝试设计智能建筑结构,使得在各种恶劣外界作用下,建筑结构能保持最佳的性能。美国、日本等国家已经有少数工程采用了这些新技术。科学家们正在孜孜不倦地进行研究,我们相信随着科学技术的不断进步,人们在地震灾害面前,将可以更好地保护自己。■
  参考文献
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