基于三維整體耗能新型建筑結(jié)構(gòu)抗震體系研究

程春陽

（江蘇雙良冷卻系統(tǒng)有限公司,江蘇 江陰 214431）

1 概述

2016 年2 月,中共中央國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》,提出發(fā)展新型建造方式,大力推廣裝配式建筑,力爭用10 年左右時間使國內(nèi)裝配式建筑占新建建筑的比例能夠達(dá)到30%?；趪覍Ρ妊b配式建筑發(fā)展的推進(jìn)要求,裝配式建筑抗震設(shè)計成為了行業(yè)關(guān)注的焦點,即在我國建筑業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期,國家著重推進(jìn)新建造方式在新建建筑中的應(yīng)用比重,建筑結(jié)構(gòu)形式對于后續(xù)在地震作用下的隔震與耗能問題成為了行業(yè)內(nèi)設(shè)計與施工人員關(guān)注的焦點。我國對于建筑結(jié)構(gòu)形式的抗震性能的研究一直沒有停歇過,但對于建筑在自然災(zāi)害作用下的抗災(zāi)能力還有待進(jìn)一步的實踐驗證與研究。因此,我國建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計成為了未來發(fā)展的方向,如何實現(xiàn)“地上地下協(xié)同耗能”成為了研究方向性的設(shè)計思路。同時,隨著我國建筑不斷發(fā)展,建筑結(jié)構(gòu)抗震要求亦被推向了更高標(biāo)準(zhǔn),降低建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞程度,有效實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)耗能,成為了當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。針對以上問題,公開了一種三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,整體抗震體系主要以“地上地下協(xié)同耗能”為設(shè)計目標(biāo),充分發(fā)揮耗能裝置在抵抗地震作用下的顯現(xiàn)機理,將主體結(jié)構(gòu)與耗能裝置的有效配合、共同作用,有效削弱橫向橫向地震波,從而達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)整體耗能隔震的目的。

2 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)抗震體系

2.1 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

一種三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,結(jié)構(gòu)體系主要包括建筑結(jié)構(gòu)和地基,所述建筑結(jié)構(gòu)的下端與地基的上端固定連接,所述地基的內(nèi)部開設(shè)有地基坑腔,所述地基坑腔上設(shè)有隔震裝置。所述隔震裝置包括下底板,所述下底板位于地基坑腔的上端,所述下底板的上端設(shè)有上底板,下底板和上底板之間設(shè)有橫向減震裝置與豎向減震裝置。橫向減震裝置包括滑動塊,下底板的上端、上底板的下端均開設(shè)有弧形槽,兩個弧形槽上均滑動連接有滑動塊,兩個滑動塊之間設(shè)有橡膠圈,兩個支撐柱位于兩個橡膠圈的外端,橡膠圈的內(nèi)壁固定連接有支柱,兩個支柱之間固定連接有減震彈簧,兩個支柱上均開設(shè)有曲形槽,下底板和上底板上均開設(shè)有滾珠槽,滾珠槽內(nèi)設(shè)有滾珠,滾珠槽的內(nèi)壁與滾珠的外表面相適配,滾珠的一端與曲形槽的表面固定連接。三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)體系,如圖1～7 所示,其中1 代表建筑結(jié)構(gòu),2 代表地基,3代表地基坑腔,4 代表結(jié)構(gòu)下底板,5 代表結(jié)構(gòu)上底板,6 代表弧形槽,7 代表滑動塊,8 代表結(jié)構(gòu)支柱,9 代表橡膠圈,10代表減震彈簧,11 代表曲形槽,12 代表滾珠,13 代表滾珠槽,14 代表支撐柱,15 代表支撐塊,151 代表主鋼板,152 代表副鋼板,153 代表減震片,154 代表通孔,155 代表圓槽,156 代表橡膠管,157 代表鋼管,158 代表鋼板,159 代表直孔,16 代表鋼筋,17 代表混凝土,18 代表防腐層。三維整體低層建筑隔震結(jié)構(gòu)體系,有效通過設(shè)置橫向減震裝置,從而實現(xiàn)當(dāng)產(chǎn)生橫向振動時,且減震彈簧與橡膠圈的存在會使得發(fā)生橫向震動時,削弱橫向地震波作用,從而降低橫向地震波對建筑結(jié)構(gòu)的影響,延長建筑結(jié)構(gòu)的安全使用年限,技術(shù)體系的設(shè)計從建筑主體結(jié)構(gòu)與地基雙向聯(lián)動耗能設(shè)計機理,考慮建筑結(jié)構(gòu)主體在地震作用下的耗能延展性,在實現(xiàn)地震作用下的瞬時致災(zāi)耗能的前提下,加強了新技術(shù)體系的結(jié)構(gòu)保護(hù),從而降低建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的有效耗能作用。

圖1 整體隔震結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 技術(shù)要點

2.2.1 為了更好的實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)體系的抗震減災(zāi)作用,通過設(shè)置橫向減震裝置,當(dāng)產(chǎn)生橫向地震動時,所述滑動塊7 會在弧形槽6 上發(fā)生相對滑動,且減震彈簧10 與橡膠圈9的存在會使得發(fā)生橫向地震動時,削弱橫向地震動作用力,在橫向振動消失時,由于重力作用以及弧形槽6 的表面光滑度,滑動塊7 會回到結(jié)構(gòu)設(shè)計原位,從而降低橫向地震動對建筑結(jié)構(gòu)1 的影響,延長建筑結(jié)構(gòu)1 的安全使用年限等特點。

圖2 結(jié)構(gòu)A 處詳圖

圖3 支撐塊結(jié)構(gòu)剖視圖

圖4 鋼管結(jié)構(gòu)剖視圖

圖5 鋼筋結(jié)構(gòu)立體剖視圖

圖6 支柱結(jié)構(gòu)剖視圖

圖7 滾珠結(jié)構(gòu)局部剖視圖

2.2.2 抗震結(jié)構(gòu)體系中的豎向減震裝置主要包括支撐柱14,所述的支撐柱14 結(jié)構(gòu)的兩端分別和兩個滑動塊7 的每一端固定連接,所述兩個滑動塊7 之間設(shè)有橡膠圈9,所述下底板4 和上底板5 之間固定連接有支撐塊15,支撐塊15包括主鋼板151、副鋼板152,多個副鋼板152 的相鄰面均固定連接有減震片153,最上端主鋼板151 的下表面與一個減震片153 的上表面固定連接,最下端主鋼板151 的上表面與一個減震片153 的下表面固定連接,主鋼板151 上開設(shè)有通孔154,副鋼板152 和減震片153 上均開設(shè)有圓槽155,通孔154 與圓槽155 的軸心線在一條直線上,通孔154 和圓槽155 的內(nèi)壁均固定連接有橡膠管156,橡膠管156 的內(nèi)壁固定連接有鋼管157,鋼管157 的兩側(cè)內(nèi)壁之間固定連接有鋼板158,鋼板158 上開設(shè)有直孔159,鋼管157 內(nèi)設(shè)有鋼筋16,鋼筋16 呈不規(guī)則形,鋼筋16 的一端通過直孔159 延伸至通孔154 的外端,鋼管157 的內(nèi)部固定連接有混凝土17。

2.2.3 抗震結(jié)構(gòu)體系中通過設(shè)置豎向減震裝置,多個副鋼板152 與減震片153 交替連接,鋼管157 內(nèi)不規(guī)則的鋼筋16,會增強豎直、橫向方向的抗震能力或耗能作用,且減震片153 會削弱豎向地震動的作用力,從而增強建筑結(jié)構(gòu)1 的抗震能力,延長建筑結(jié)構(gòu)1 的安全使用年限的特點。

2.2.4 抗震結(jié)構(gòu)體系中的隔震裝置外端固定連接有防腐層18,防腐層18 包括聚四氟乙烯防腐劑、環(huán)氧樹脂防腐劑,所述混凝土17 的制作方法包括如下步驟：

步驟1：第一步進(jìn)行選料,細(xì)骨料采用河沙,粗骨料采用玄武巖,并按照規(guī)范要求控制好砂石骨料的含泥量與氯離子含量,嚴(yán)格控制材料的選用程序,即將河砂和玄武巖顆粒按照技術(shù)方案中給定配比混合攪拌均勻,以此得到混合物a；

步驟2：第二步在得到混合物a 的基礎(chǔ)上加入適量摻合料,增加得到混合物a 的和易性,即將混合物a 與34.35%～45.31%水泥、32.81%～41.98%礦物摻合料、80%的9.09%～9.38%拌合水混合攪拌均勻得到混合物b；

步驟3：第三步將混合物b 與剩余的20%的拌合水、1.53%-1.67%聚羧酸高效減水劑,混合拌合均勻,以此得到混合物c,其中關(guān)于聚羧酸高效減水劑要嚴(yán)格控制其摻量,不得超過規(guī)定摻用量的3%,同時為了達(dá)到減效果,聚羧酸高效減水劑在與混合物b 拌和過程中,分2 次攪拌實現(xiàn),第一次投入減水劑的60%充分?jǐn)嚢杈鶆?第二次投入剩余聚羧酸高效減水劑,并攪拌均勻,二者之間停留至少30min；

步驟4：第四步在上述步驟得到的混合物c 中加入6.11%-10.94%纖維材料,均勻攪拌,得到混凝土17,其中纖維材料優(yōu)選鋼纖維,或者采用剛度較大的玻璃纖維,以此實現(xiàn)混合料的較優(yōu)工作性能。

3 結(jié)論

結(jié)合當(dāng)前行業(yè)發(fā)展以及對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要求,文章公開了一種三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,重點介紹了新型建筑結(jié)構(gòu)隔耗能隔震體系設(shè)計、設(shè)計要點以及隔震耗能的原理,通過新結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計,實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)有效削弱橫向震動力,以達(dá)到建筑整體耗能隔震作用,實現(xiàn)了“地上地下協(xié)同耗能”成為了研究方向性的設(shè)計思路,為行業(yè)發(fā)展提供理論性指導(dǎo)建議。

3.1 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,其特征在于：有效通過設(shè)置隔震裝置實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)地震作用下的耗能效果。

3.2 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,其特征在于：隔震裝置通過設(shè)有橫向減震裝置和豎向減震裝置,其中橫向減震裝置設(shè)有滑動塊,其下底板的上端、上底板的下端均開設(shè)有弧形槽,兩個弧形槽上均滑動連接有滑動塊,兩個滑動塊之間設(shè)有橡膠圈,通過設(shè)置橫向減震裝置,當(dāng)產(chǎn)生橫向振動時,且減震彈簧與橡膠圈的存在會使得發(fā)生橫向震動時,削弱橫向震動的力,從而降低橫向震動對建筑結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,其特征在于：豎向減震裝置包括支撐柱,支撐柱的兩端分別與兩個滑動塊的一端固定連接,在耗能裝置內(nèi)部實現(xiàn)橫向與縱向雙向位移耗能作用,有效實現(xiàn)地震動作用下的結(jié)構(gòu)體系“自保護(hù)”。

3.4 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,其特征在于：支撐柱位于兩個橡膠圈的外端,橡膠圈的內(nèi)壁固定連接有支柱,兩個支柱之間固定連接有減震彈簧,結(jié)構(gòu)體系通過支柱與橡膠圈的聯(lián)合作用,實現(xiàn)在地震動作用下耗能裝置的穩(wěn)定性與耗能后的裝置保護(hù)作用,從而延長耗能裝置的使用壽命。

3.5 三維整體耗能建筑結(jié)構(gòu)隔震體系,其特征在于：支撐塊包括主鋼板、副鋼板,多個副鋼板的相鄰面均固定連接有減震片,為更好的實現(xiàn)地上地下雙向聯(lián)動作用前提下,通過副鋼板與減震片的連接,最大程度上的實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)耗能減災(zāi)作用。