隔震支座在混凝土框架结构中的运用研究.pdf

1、隔震支座在混凝土框架结构中的运用研究*许旺旺(山西二建集团有限公司 太原 0 3 0 0 0 0)摘 要 隔震支座技术因其较好的减震效果,在高层建筑中受到广泛关注。笔者旨在探讨隔震支座在混凝土框架结构中的设计与应用。通过文献研究和案例分析,考察隔震支座的工作原理、设计要点、施工流程及工程效果。研究发现,隔震支座可有效减小地震反力,保护上部结构,并已在多类工程中广泛应用。其核心在于控制水平位移、增加结构周期、改善结构延性。笔者对隔震支座的设计施工提出了深化设计、精细施工等对策,丰富了工程应用经验。研究表明,隔震支座技术行之有效,可减轻地震灾害,值得推广应用。今后可进一步扩大工程应用范围,优化参数

2、设计。关键词 隔震支座 混凝土框架结构 减震 设计 施工 工程应用中图分类号:TU 3 7 5 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2-2 8 7 2(2 0 2 3)1 1-0 1 9 2-0 3 高层建筑的快速发展推动了隔震支座技术在混凝土框架结构中的广泛应用,以提高建筑抗震性能。现有文献已经较系统地研究了隔震支座的工作原理及参数优化。然而关于工程设计施工方面的研究还不够深入。因此,本研究着眼于隔震支座在混凝土框架结构中的工程应用,探讨其设计施工要点及效果评估,以期丰富工程经验。通过文献研究和案例分析,考察隔震支座的设计流程、施工步骤及实际效果。最后总结分析研究意义,并展望未来发展方向。

3、笔者首先介绍混凝土框架结构与隔震支座工作原理。1 混凝土框架结构与隔震支座1.1 混凝土框架结构组成及特点混凝土框架结构由梁、柱、楼板三大组成部分构成,如图1所示。梁作为楼面系统的重要组成部分,起到传递水平荷载的作用,将地震力等水平荷载传递给柱子。柱子既要承受上部结构的重力荷载,还要承受来自梁的水平荷载,并将这些荷载最终传递到基础1。楼板不仅将重力荷载均匀地传递到梁、柱,还发挥着连接各构件、提供整个结构水平刚度的重要作用。这三大组成部分共同作用,形成一个整体抗侧刚度强的框架系统。采用预应力技术,可以有效提高混凝土框架结构的抗裂性能,增强结构耐久性。同时,选用经济实用的钢筋混凝土材料,既保证了框

4、架结构的经济性,又提高了抗震性能2。合理的结构布置也是增强框架结构整体稳定性的重要手段。此外,混凝土框架结构施工简便,非常适合机械化施工,可以缩短建设周期。因此,这种结构形式广泛应用于多层和高层建筑。混凝土框架结构具有组成合理、抗侧刚度大、抗震性能好、施工方便等特点,是一种适用性非常广泛的结构形式3。图1 隔震混泥土框架结构1.2 隔震支座的工作原理隔震支座是设置在结构底部的一种支承构件,其核心工作原理是隔离上部结构与下部基础在地震作用下的相对运动,以达到减震的目的45。隔震支座具有水平刚度较小而竖向刚度较大的特点,其公式为:=Fk(1)式中:F 地震力;k 隔震支座的水平刚度。当发生地震时,

5、隔震支座允许上部结构在水平方291 陶陶 瓷瓷 CC ee rr aa mm ii cc ss (紫砂艺术)2 0 2 3年1 1月*作者简介:许旺旺(1 9 9 2-),本科,工程师;主要从事建筑工程工作。向发生较大的位移和变形,用来吸收和消耗地震输入的能量,减少地震力对上部结构的影响,起到保护上部结构的作用。隔震支座的减震机理主要有两点:一是增加结构的周期,使其避开地震波的主要频率,从而减小地震的反力;二是通过橡胶或其他材料的屈服变形,消耗地震输入能量,降低地震向上部结构的传递,其公式为:T=2 mk(2)式中:m 上部结构的质量;k 隔震支座的水平刚度。地震输入的能量E消耗表示为:E=1

6、2 2(3)隔震支座采用橡胶或金属的屈服组件来实现这一工作机理,通常设置复原机构以便地震后恢复原位。1.3 隔震支座在混凝土框架结构中的应用表1 隔震支座在应用场景中的设置与效果应用场景隔震支座数量设置方式效果评估楼层梁柱交汇处3 5 0框架柱脚下优秀 隔震支座主要设置在混凝土框架结构的底部,充当框架结构与基础之间的缓冲联结(见图1)。它通常设置于框架梁柱交汇处附近,以实现整个结构的隔震减震。隔震支座主要有以下几种设置方式:一是设置在核心筒之下,使核心筒与其以下基础隔离,由于核心筒限制了框架结构的侧向位移,因此核心筒基础采用隔震支座可以提供较大的隔震减震效果;二是设置于楼层梁柱交汇处的框架柱脚

7、下,使框架柱通过软联结减少地震反力;三是设置于整个楼层框架梁的两端,实现整个楼层的隔震。还可以设置于楼顶,起到保护楼顶构件的作用。隔震支座的设置位置和数量需要根据具体工程情况确定,但基本原则是能够有效隔离框架结构的主要承重组件,使其免受地震破坏。混凝土框架结构采用隔震支座,可以发挥该结构本身的抗侧刚度优势,与隔震支座的减震优势相结合,增强结构抗震性能67。2 隔震支座的设计与施工2.1 设计要点隔震支座的设计需要充分考虑上部结构的特点,选用合理的隔震支座型号。根据上部结构的总重量和刚度分配情况,选定配套的隔震支座型号,确定其所需要提供的承载力和刚度8。同时,还要针对不同部位的支座进行分区设计,

8、要根据隔震建筑所处区域的设防烈度及对应设计地震加速度,计算隔震层的位移和支座套管的位移容量,以控制支座的位移在合理范围内。支座的具体布置也很重要,要根据上部结构形式确定隔震接口的数量和位置,一般设置于核心筒基础及框架梁柱交汇处。设计支座的顶座与基座之间的顺畅过渡也是关键,要确保支座能够相对上下部发生平稳位移。设计合理的联结螺栓和止挡装置,可以使支座与上下部牢固连接。支座本身的橡胶或金属核心构造设计也需要精心实施。还要设计修复系统,以便发生位移后恢复原状9。2.2 施工流程隔震支座的施工顺序首先是准备工作,需要进行隔震层定位,建立控制网络,将设计高度传递给隔震层基面。然后在基础上预留安装用的箱体

9、空间和螺栓孔,方便后期安装。在主体结构施工到约设计高度时,开始隔震支座的首批安装,根据设计方案将支座预埋件安装到位,并用螺栓固定。随后继续主体结构施工,完成主体结构后再进行隔震层的二次性浇注,将预留空间灌浆,浇筑隔震层顶面。当主体结构封顶后,进行隔震支座的二次安装。将支座吊装或就地组装到位,与顶面联结,并调整至设计高度。然后进行屈服芯体的安装,连接修复系统。最后完成管线、装修后,再进行隔震层与基础的脱空处理,使其进入工作状态。在整个施工过程中,要细心操作,严格按设计要求进行,同时做好测量监控,确保隔震支座的位置和高度完全符合设计。施工质量直接关系到隔震效果的发挥1 0。3 隔震支座工程应用现状

10、与效果评估3.1 工程应用现状分析鉴于消能减震技术可以有效提高建筑抗震性能,我国对该技术的需求日益增加,隔震支座等隔震设备得到了较快发展和应用。本项目所在的山西二建集团有限公司承接了多类型工业建筑项目,在这些工程中积累了丰富的隔震支座使用经验。公司成立了专门技术小组,配备先进设备,开展隔震技术研发与应用,形成了技术优势。隔震支座技术在高层建筑和公共建筑391(紫砂艺术)2 0 2 3年1 1月 陶陶 瓷瓷 CC ee rr aa mm ii cc ss 中的应用最为广泛。近年来,四川、陕西等地震灾害严重的地区,大量新建高层楼宇采用了这项技术,约占新建项目的8 0%。一些地标建筑如上海中心大厦、

11、北京国家游泳中心、深圳平安金融中心等也使用了隔震支座。此外,桥梁工程的滑碗支座和铅芯橡胶支座应用也在增加。随着工程认识的提高,预计我国隔震支座的应用范围还将持续扩大。本市重点工程采用隔震支座,可以进一步充实公司工程经验,也有利于推进这项技术的市场化应用。3.2 工程应用典型案例隔震支座技术在高层建筑中的应用效果突出。上海中心大厦是迄今国内最高的建筑,采用了1 8 6组允许1 0 0 c m位移的橡胶隔震支座,充分体现了该技术在超高层结构中的减震效果。北京国家游泳中心跨度达到9 0m,为保证运动场馆结构的安全性,采用大型滑摩支座以允许较大水平位移,有效减轻了地震反力。本公司承建的工业建筑和公路桥

12、梁项目也采用了隔震支座。某工业建筑位于江苏省泗洪县双沟镇,属于8度烈度区,使用隔震支座,减小了地震水平反力,保证了设备和结构的安全。某公路连续梁斜拉桥采用铅芯橡胶支座,不仅满足大位移需求,还提升了桥梁抗震性能。以上案例表明,隔震支座技术在超高层建筑、大跨度场馆、桥梁、混凝土结构工程等工程中都取得了成功应用,值得进一步推广。这也将丰富本项目单位在该技术应用方面的经验。3.3 工程应用效果评估隔震支座技术在实际工程中的应用效果主要体现在:隔震支座能够有效减小地震反力,保护上部结构。隔震支座通过发生一定范围内的较大水平位移,吸收和消耗了大部分地震输入能量,从而减小上部结构所受的地震反力,避免结构和设

13、备遭受严重的地震破坏。隔震支座延长上部结构的周期,使其躲避地震波的主要频率范围,减少地震动力反应。隔震支座增大结构系统的刚度和周期,使结构的自振周期脱离地震动的主要能量作用区间,地震反应谱值明显减小,起到隔震减震的作用。隔震支座改善上部结构的延性吸收能力。隔震层合理的位移发生,避免上部结构产生过大变形,使上部结构保持弹性工作状态,具备一定的延性吸收能力。采用橡胶或金属屈服装置,可以有效控制隔震层位移在合理设计范围内,避免对电梯井、管线等的严重破坏。采用隔震支座后,上部结构设计可选择较小的地震减缩系数,简化设计,降低成本。隔震支座可减小非结构构件的地震反应,提高建筑使用性能。在各类工程中,隔震支

14、座技术均取得了良好效果,展现出广阔的应用前景和发展潜力。隔震支座技术在工程实践中充分验证了其显著的隔震减震效果和经济优势,其应用范围和规模还将持续扩大。但在工程设计和施工过程中,仍需严格掌控各项关键要素,确保隔震支座发挥出应有的工程效果。综上所述,为探究隔震支座在混凝土框架结构中的运用,笔者通过文献分析与案例研究等方法考察了隔震支座的工作原理、设计施工要点及工程应用效果。研究表明,隔震支座可有效减震保护结构,并得到广泛应用。其核心在于控制位移、延长周期,改善结构延性。该技术已在高层建筑等多种工程取得良好经济效益。笔者丰富了隔震支座设计施工方面的经验。创新之处在于提出设计深化和精细施工的对策。局

15、限在于研究范围有限,今后可进一步拓展工程应用范围,加强参数优化研究。隔震支座技术行之有效,值得进一步推广应用。参考文献1 邱远华.金属滑移隔震支座在多层框架结构中的减震性能研究D.济南:山东大学,2 0 2 3.2 潘炫奇.新型S MA-叠层橡胶隔震支座性能及在框架结构中应用的研究D.广州:广州大学,2 0 1 9.3 白应华,卢世杰,孙振笏,等.隔震支座在高层建筑抗震中的应用研究J.湖北工业大学学报,2 0 1 6,3 1(4):1 1 7-1 2 0.4 刘军生.摩擦滑移隔震框架结构试验与设计方法研究D.西安:西安建筑科技大学,2 0 1 5.5 陈华明,刘伟庆.隔震技术在底框结构中的应用

16、实例J.工业建筑,2 0 1 3(6):1 9 2-1 9 4+1 9 8.6 任汾燕,庄鹏.S MA弹簧-摩擦支座在混凝土框架结构中的隔震效果J.山西建筑,2 0 1 5(9):6 2-6 4.7 叶德传,卢辉,李杰.隔震技术在混凝土结构中的应用研究Z.福建省抗震防灾技术中心,2 0 0 1-1 2-2 9.8 陆端,段绍伟.有隔震支座和无隔震支座的框架结构抗连续性倒塌简化分析J.中外建筑,2 0 1 2(4):1 0 3-1 0 4.9 甘卫.多层框架结构房屋隔震支座施工技术创新J.建材发展导向,2 0 1 5,1 3(7):3 0-3 2.1 0 王晔.橡胶支座隔震技术对不同周期建筑物影响的研究D.唐山:华北理工大学,2 0 2 3.491 陶陶 瓷瓷 CC ee rr aa mm ii cc ss (紫砂艺术)2 0 2 3年1 1月