在 18世紀 工業(yè)革命時期,以英國為中心,發(fā)展了現(xiàn)代科學技術。但英國等歐洲國家處于地震發(fā)生較少的區(qū)域,致使防震技術在第一次工業(yè)革命未被啟動。
至 19—20世紀 ,技術革命向存在地震危險的美國、日本等國家擴展,防震技術有了長足發(fā)展,首先是建立了強度抗震體系( 20世紀30年代 ),然后又發(fā)展了強度-延性抗震體系( 20世紀70年代 ),即現(xiàn)在的傳統(tǒng)抗震體系。
※ 傳統(tǒng)抗震體系存在的問題
傳統(tǒng)抗震技術體系雖然有不錯的抗震效果,但是也存在一些難以解決的問題:
(1) 結構安全性問題 。在設計烈度內,這種傳統(tǒng)抗震體系能避免結構倒塌,但當遭遇 超過設計烈度 的地震時,將可能導致成片建筑結構倒塌,引發(fā)地震災難。
(2) 建筑破壞問題 。在地震作用下,傳統(tǒng)抗震結構鋼筋屈服和混凝土裂縫,結構出現(xiàn)延性,國內外專家早就指出“延性就是破壞”,導致建筑物結構在震后難以修復,雖未倒塌但又不能使用,成為 “站立著的廢墟” 。
(3) 建筑功能喪失問題 。在地震作用下,傳統(tǒng)抗震結構的非彈性變形和強烈振動,引起建筑中的非結構構件及裝修、吊頂?shù)鹊钠茐?,以及室內設備、儀器、瓶罐等的掉落破壞,必然導致建筑使用功能甚至城市功能的喪失,引起 直接或間接 的人員傷亡或災難。
由于傳統(tǒng)抗震技術體系長期存在難以解決的問題,所以新的防震技術便產(chǎn)生了——隔震技術與消能減震技術。
※ 隔震體系
隔震體系是指在結構底部或某層間設置由柔性隔震裝置(如疊層橡膠隔震支座)組成的隔震層,形成水平剛度很小的“柔性結構”體系。
與傳統(tǒng)抗震結構相比,隔震結構有下述的優(yōu)越性:
(1) 隔震體系可使結構的地震反應降為傳統(tǒng)結構地震反應的 1/41/8 ,使隔震結構有很寬的“防巨震安全極限邊界”。
結構加速度反應隨結構自振周期延長而降低
(2) 地震時上部結構 保持彈性 ,結構在地震中不損壞,避免震后困難的修復工作。
(3) 可實現(xiàn)性能化防震設計,實現(xiàn)地震設防的 “雙保護” ,既保護結構安全, 也保護非結構構件、室內設備儀器等的使用功能不中斷。
(4)適用于規(guī)則建筑結構,也適用于非規(guī)則建筑結構 。隔震后的結構地震反應大幅降低,結構的水平變形(層間變形或扭轉變形等)都集中在柔軟的隔震層而不發(fā)生在建筑結構本身,從而保護功能要求較高的復雜建筑結構,在地震中不被損壞。
(5) 采用隔震技術, 投資增加不多 。當隔震技術應用于防震性能要求較高或高烈度地區(qū)時,還能降低建筑結構造價。
(6) 隔震技術不僅可用于新建建筑,也可用于 對既有結構 進行隔震加固,能大幅提高地震安全性。
※ 消能減震技術體系
結構消能減震體系,是把結構的某些非承重構件(如支撐、剪力墻等)設計成消能構件,或在結構的某些部位(節(jié)點或聯(lián)結處)安裝耗能裝置(阻尼器等)。
在風荷載或小地震時 ,這些消能桿或阻尼器仍處于彈性狀態(tài),結構仍具有足夠的側向剛度,以滿足正常使用要求。
在中強地震發(fā)生時 ,隨著結構受力和變形的增大,這些消能構件和阻尼器率先進入非彈性變形狀態(tài),產(chǎn)生較大阻尼,消耗輸入結構的地震能量,使主體結構避免進入明顯的破壞,并迅速衰減結構地震反應,從而保護主體結構在強烈地震中免遭過度破壞。
采用消能減震技術的建筑
與傳統(tǒng)的抗震體系相比較,消能減震體系有如下的優(yōu)越性:
(1) 傳統(tǒng)抗震結構體系是把結構的主要承重構件 (梁、柱、節(jié)點) 作為消能構件的,地震中受損壞的是這些承重構件,甚至導致房屋倒塌。而消能減震體系則是以非承重構件作為消能構件或另設耗能裝置,它們的損壞過程是保護主體結構的過程,所以是安全可靠的。
(2) 消能構件在震后易于修復或更換,使建筑結構物 迅速恢復 使用。
(3) 可利用結構的抗側力構件( 支撐、剪力墻等 )作為消能構件,無須專設。
(4) 可衰減結構的地震反應 20%50% 。
資料參考:《隔震、消能減震與結構控制體系——終止我國城鄉(xiāng)地震災難的必然技術選擇》周福霖。