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结构消能减震的优势(相对传统抗震方式)
结构消能减震的优势(相对传统抗震方式)
地震发生时地面震动引起结构物的震动反应,地面地震能量向结构物输人。结构物接收了大量的地震能量,必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。
传统抗震结构体系,容许结构及承重构件(柱、梁、节点等)在地震中出现损坏。结构及承重构件地震中的损坏过程、就是地震能量的“消能”过程。结构及构件的严重破坏或倒塌,就是地震能量转换或消耗的最终完成。
结构消能减震体系,就是把结构物的某些非承重构件(如支撑、剪力墙、连接件等)设计成消能杆件,或在结构的某部位(层间空间、节点、联结缝等)装设消能装置。在风或小地震时,这些消能构件或消能装置具有足够的初给刚度,处于弹性状态,结构物仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。当出现中、强地震时,随着结构侧向变形的增大消能构件或消能装置率先进入非弹性状态,产生较大阻尼,大量消耗输人结构的地震能量,使主体结构避免出现明显的非弹性状态,并且迅速衰减结构的地震反应(位移、速度、加速度等),从而保护主体结构及构件在强地震中免遭破坏,确保主体结构在强地震中的安全。
1、安全性:传统抗震结构体系实质上是把结构本身及主要承重构件(柱、梁、节点等)作为“消能”构件。按照传统抗震设计方法、容许结构本身及构件在地震中出现不同程度的损坏。由于地震烈度的随机变化性和结构实际抗震能力设讣计算的误差,结构在地震中的损坏程度难以控制,特别是出现超烈度强地震时,结构难以确保安全。
2、经济性:传统抗震结构采用“硬抗”地震的途径,通过加强结构、加大构件断面、加多配筋等途径中提高抗震性能,因而,抗震结构的选价大大提高。消能减震结构是通过“柔性消能”的途径以减少结构地震反应,因而,可以减少剪力墙的设置,减小构造断面、减少配筋,而其抗震安全度反而提高。据国内外工程应用总结资料,采用消能减震结构体系比采用传统抗震结构体系,可节约结构造价5%~10%。若用于旧有建筑结构的抗震性能改造加固,消能减震加固方法比传统抗震加固方法,节省建造价10%~60%。
3、技术合理性:传统抗震结构体系是通过加强结构,提高侧向刚度以满足抗震要求的:但结构越加强.刚度越大,地震作用(荷载)也越大,只能再加强结构。如此恶性循环,其结果,除了安全性、经济性问题外,对于采用高强、轻质材料(强度高,断面小,刚度小)的高层建筑、超高层建筑、大跨度结构及桥梁等的技术发展,造成严重的制约。消能减震结构则足通过设置消能构件或装置,使结构在出现变形时大量迅速消耗地震能量·保护主体结构在强地震中的安全。结构越高、越柔,跨度越大,消能减震效果越显著。因而,消能减震技术必将成为采用高强轻质材料的高柔结构(超高层建筑、大跨度结构及桥梁等)的合理新途径。
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