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主题:【原创·吐偶的】抗震结构设计思路 -- Holz

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家园 【原创·吐偶的】抗震结构设计思路

新id,家当长期为负。贴篇旧文,看能不能骗点银两出来...

08年地震后在某论坛上写的一小段。刚才回去又给扒拉出来。

从结构上来说,抗震设计主要就是三种设计思路:

1.靠刚度取胜

2.靠柔性取胜

3.靠耗能取胜

1.刚度嘛,设想一下放一个铁盒子在地上肯定怎么震也坏不了。如果担心它整体翻倒掉,再在底上加焊一个足够宽大的铁板。(个人觉得CCTV就是这种思路。。。。)

对于刚度来说,多层、高层建筑最好的选择就是钢筋混凝土的框架-剪力墙结构。框架和剪力墙的组合在于,框架结构的变形能力大,延性好,但侧向刚度小;剪力墙结构的抗侧刚度大,二者合用优势互补。

所谓抗侧刚度,就是对于非震中的大部分地震地区建筑,所受到的最主要的地震力的水平方向的力,抗侧刚度就是抵抗这种水平力的刚度。

但对框架的间距(8米左右最佳)、剪力墙的布置有很多要求,建筑师可能不喜欢。

2.不能做到真正的钢板一块的时候,还需要用一种靠接近“柔性”的思路来调整,最基本的是建筑物每隔一段距离设计一道一定宽度的抗震缝,把建筑物化整为零,免得被地震撅折了。

日本人的抗震技术中有一种是在桥梁或者重要的高层建筑基础处垫一种高强度高耐久的弹性材料,(好像类似于橡胶?),相当于自行车减震。

再有高层建筑因为变形较大,有的在顶端放一块非常重的东西,智能控制,多用于抗风,楼顶往东倒时就把它往西移,楼向西倒时就往东移,保护平衡。对地震应该也有用吧。重物压在顶层,抵制了高层建筑的鞭梢效应。

3.耗能结构的思路是,在结构上设计一段短且受力集中的梁、斜杆、结点等(这是很容易通过结构计算设计出来的),这一部位采用变形能力大的钢结构或其它高阻尼结构,在地震中吸收耗散大部分能力,并且在效长时间之内不会出现结构失效。比如钢结构的偏心斜撑结构,

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

上图中斜撑与横梁与柱的交点之间的一小段梁段,即为耗能梁段。

又如日本人发明了一种带竖缝的钢筋混凝土板,开缝墙板自身的刚度和承载力下降了,但在地因为它率先破坏吸收了大部分地震能力,保护了其他主要的梁柱结构。

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家园 你的头像不知道是什么抗震结构的

关于柔性的,怎么感觉和直觉相反,很不可靠啊。

尤其是高层建筑的话,如果是靠顶上的那个重物来平衡,会不会因为反应不及时,反而会导致倾斜加剧?有风的时候好说,风向会比较稳定,顶部重物移动不需要太频繁。要是地震,左右摇晃起来,那个重物可能还是不动为好?

家园 关于柔性的,

  (这些效应都是猜的)有在下面垫厚胶垫的,应该是阻尼地震波向大楼的传递。有把大楼建的比较“柔软”的,地震时让大楼有较大的摇晃而消耗能明。

  高层建筑的那个重物,不一定要有动力反应,即使直接固定在楼顶也能阻尼大楼的震运,减小摇晃。一般为了减小瞬间应力,重物是吊在楼顶上的。可以想象一下,当楼顶向一侧移运的瞬间,重物因惯性还留在原地。因而会有一个反向的拉力。只是需要注意这个钟摆频率不要与大楼共震频率相同。

家园 抗震比预报地震重要得多

送花。

家园 台北101大楼顶就有一个几十吨的减重球.

如果有机会可以去,那是一个游览景点.

家园 他举的柔性的例子不对

结构柔性的概念,是这结构本身的延性好,在地震时,能通过变形好这点吸收地震的能量。类似太极拳那种以柔克刚的思路。切缝的做法主要是防止建筑物在温度的作用下发生过大变形。另外在顶上放置重物,在通过与受力方向相反的移动,这种做法不是耗能的做法,是通过重心的移动来调整建筑物的变形的。那种切缝板的做法反而是柔性处理的方式。耗能结构的做法严格来说是柔性结构的延伸,做法很多,我知道的不多。就不好说了。耗能结构我只大概知道是主要通过底部加装阻尼器(把它想象成大的弹簧),来延缓地震波的震动对建筑物的影响。这主要在超高层中使用。

看楼主的文章,楼主不像是受过严格结构力学教育的人。有的概念不对。说的似是而非,这个“精”加的不好。

家园 在底部加软垫是防止地震波上下运动造成破坏的
家园 这个是从电视科普节目中看来的。

  它是用多层厚橡胶垫,主要解决水平晃动。小晃由橡胶变形解决,大晃就层间错动。

  地震对建筑物的破坏水平晃动为甚,建筑物承受垂直震动的能力要比水平晃动强得多。至于你说的想象成一个大弹簧,成千上万吨的建筑物下要多大的弹簧?而且要有阻尼能力就不能压实,不压实的话受到不大的垂直力就会震动,如果来的是周期性震动可能造成共震,反而增加破坏力。

  当然俺没干过这个,键盘上谈兵而已。

  总之是建筑物单靠强度抗震这强度需要做的非常大,成本吃不消。柔性抗震是利用消能,成本可以大大降低。

家园 应该这样,在可预见的将来还没指望较准确地预报地震。
家园 地下建筑参考一下萨达姆的地下掩体的结构设计,那个很牛。

地上的蒙古包很好的。

家园 您老谦虚了

地震是地层的震动带动上部建筑物的震动。地震来时,地震波分横波和纵波,横波速度快,能量一般但衰减慢,能传很远。纵波能量大,速度慢点,但衰减快。横波造成建筑物的前后摇动,纵波是让建筑物上下动。一般的阻尼器是埋在地下从侧面顶着建筑物阻尼器,并且由计算机控制,减少地震波对建筑物的水平晃动以达到抗震的作用的。加这个软垫的作用是减少上下动带给建筑物的破坏。这个上下地震动的影响在国内叫竖向地震,一般在高烈度区和靠近地震带的地方才需要考虑,他发生了,一般的建筑物是防不了的。主要是在它之前,是水平地震作用,这种能让现有的很多建筑物发生结构性的破坏,再来一个上下的动,一般就垮了。再一个,只有发生在靠近震中的区域里,才能感到竖向震动,这里的能量是很大的。打个比喻吧,就像人从高处跳下来,如果脚落在棉花堆里,受的伤害会轻点,这个棉花堆在建筑上就是那个软垫了。这个阻尼器就像在汽车上的安全带一样,控制建筑物的水平移动。另外水平摇晃,建筑物上面的一般不会全压着压着下面的,下面的总会有部分生存的可能,如果上下动的话,上面就可能全压在下面了,这下面的生存机会就少多了。所以一般对竖向地震,结构要比只考虑水平地震的要留出更多的安全储备,才能保证建筑物的安全。

还有建筑物呢,结构上一般不会太柔了,因为平时的生活中,有很多的因素会造成建筑物的水平晃动,如风,在有大风的地方,建筑物高了后,有时大风造成建筑物的晃动可以超过小地震的影响的。而且这个晃动对很高地方来说,人是很不舒服的,哪怕移动不大,可以让人觉得像晕船那样。这个也不行。所以呢,这个结构的设计,就是要求刚度要硬,以满足平时的稳定性要求。在地震等大型灾害面前要留出足够的余地,在超过限制后,让建筑物通过发生较大的变形后,仍然能不倒,保证人身的安全。这个柔性结构是在有足够刚度硬的前提下,通过材料的可变形能力来吸收地震能量,这个可比足够硬还要花钱的。楼主的这篇文章把很多抗震的概念搞错了。他不是学结构的。所以我才说文章加精加的不好。

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家园 还是框剪结构来的爽快

原理简单实用,成本也最低。现在住宅多用短枝剪力墙结构,对使用功能的影响降到了最低。

那个智能块,抗风还行,抗震恐怕不行吧?地震频率高得多啊。日本人那个弹性材料抗老化和耐久性问题终究不放心啊。

钢砼结构虽说理论寿命70年,但我觉得实际用个1、2百年应该没有问题吧,结构中要是加入其他材料,恐怕使用寿命会大打折扣。

家园 你说的也不完全对,有抗震缝的

不仅仅是有温度缝(变形缝),还有抗震缝和沉降缝。很多时候抗震缝和变形缝合二为一,只称为变形缝。

家园 看来你也不是搞这行的

结构设缝的话,原因是有几种的,温度缝,沉降缝和抗震缝。在地基情况特殊的时候,比如地质在一定范围内有差异,建筑物有高低,这时为了保证沉降的均匀性,这时设的是沉降缝,在缝两边连基础都要断开。抗震缝呢,由于建筑的体型造成体系的不同,为满足规范的要求,让各个体系独立起来,这时是设缝的,叫抗震缝。温度缝就是为了减少温度作用下的建筑物变形而设的缝,这缝叫伸缩缝。有时设了缝后,缝的作用要同时满足几种要求,故而这些缝合称变形缝。在楼主的帖子里,说为了增加建筑物的柔性而设缝,这个概念是不对的,因为为了结构的整体安全性,只要是同一种体系,建筑物整体越大,即超静定体系越多,抗震的安全储备越多。这对结构抗震越有利的。每隔一段设缝,主要就是为了避免温度伸缩的影响。他说法是错的。

家园 101大楼上的那个大重锤,好象目的之一就是减轻平时的摇晃

  看在你是专业的,说的全面。

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