介绍两种农村简易隔震建筑.docx

介绍两种农村简易隔震建筑两种农村简易隔震试点建筑介绍钱国桢*1,许哲1,石树中2,熊世树3,刘农二4（1.杭州天元建筑设计探讨院，浙江杭州311201；2.浙江省工程地震探讨所，淅江杭州310013；3.华中科技高校，湖北武汉430074；4.平湖市科学技术局，浙江平湖314200）摘要本文简要介绍了改性沥青阻尼垫（SBS）与约束砂垫层两种隔震方法隔震的原理、以及在平湖市广陈镇农村抗震设防示范工程中的应用状况。并且还进行了振动台模型试验，和对试点建筑人工激振的响应测试。模型试验结果与人工激振响应实测结果表明，隔震效果是良好的，而且减震效果随着地振动加速度的增加而改善，因此特殊对大徭不倒具有更好的设防效果。关犍词改性沥青约束砂垫层基础隔震农村建筑中图分类号TU352.1文献标识码IntroductiontoTwosimp1.yEquippedBase-Iso1.ationBui1.dingsForCountrysideQianGuozhenXuZhe1,XongShishu2,ShiShuzhong3,1.iuNonger4（1.Hangzhoutianyuanarchitectura1.designinstitute,Hangzhou310013,2.WuhanHuazhongUniversityofScienceandTechno1.ogy,WuHan430074,3.ZhejiangEarthquakeEngineeringResearchInstitute,HangZhou310013,4.PinghuMunicipa1.Bureauofscienceandtechno1.ogy,PingHu314200)AbstractInthispaper,theprincip1.eofiso1.ationwithmodifiedaspha1.tdampingcushionandconstrainedsandcushionanditsapp1.icationintheearthquakeresistantprotectionrura1.projectofGuangChentownareintroducedbrief1.y.Besides,wetaketheshakingtab1.emode1.testsandtheresponsetestsofthepi1.otbui1.dingbyartificia1.excitation.Boththetestresu1.tsshowthattheiso1.ationeffectisfavorab1.eandthedampingeffectisbetterwiththeincreasingofseismicacce1.eration.Therefore,theyhavebetterfortificationeffecttonoco1.1.apsingwithstrongearthquake.Keywordsmodifiedaspha1.tConstrainedSandCushionBase-iso1.ationBui1.dingForCountryside从历次地废灾难调查可知，大多数房屋倒塌，造成大量人员伤亡都是发生在农村，特殊是在比较穷困的高烈度的山区。为此我们进行了若干试验探讨，浙江省还特地下达了一个课题（为浙江省科技重大专项社会发展项目2009C13009）,并且在平湖市广陈镇农村建立了三栋试点建筑，经过模型试验和现场人工激振响应测试结果分析可知，减震效果特别明显，特殊对大赛不倒具有特别良好的效果。下面分别对这两种简易隔族建筑作简洁介绍。我们知道采纳隔震的方法来削减建筑物的地震响应，是一种比较有效而且经济的方法，以往都是采纳叠层橡胶隔振垫但是这种隔震垫价格比较贵，要在边远农村推广应用是困难的。我们这里采纳了两种施工便利、价格低廉的隔施技术，对此进行了模型试验，并且对建成的试点建筑，还进行了人工激振方法，测试响应比较，测试结果表明具有较好的隔宸效果。由模型试验结果可知，它的隔震性能随着激振加速度增加而改善，对实现大爱不倒特别有利。另外因为它造价低廉、施工便利、材料简洁得到，所以在边远山区的农村建筑，实施提高房屋抗族性能，使其做到大赛不倒，以削减人员伤亡与财产损失，倒不愧是一种可供选择的好方法，以下对此作一简洁介绍。1.两种简易农村隔震建筑原理简介1.1改性沥青阻尼垫及其隔震性能改性沥青阻尼垫事实上可以用我们常用的一种防水卷材SBS代替。它的构造详见图K其中间是一层拉力纤维布（增加材料），两面浸涂了改性沥青（阻尼材料），外层用涤纶膜封闭（封闭膜），使改性沥青不易老化。由原华中理工高校结构试验室对它进行性能测试结果可知，它具有很大的阻尼比6,而且随着振动加速度的增加，因为沥青阻尼耗能而软化，最终使它由隔震层转化为滑移层，因而可以在大震时防止房屋倒塌，这种隔族垫我们曾经在杭州建立过两栋试验建筑,在文献6、7中有过介绍。图1改性沥青阻尼垫构造Fig.1structureofmodificdaspha1.tdampingcushion1.2约束砂垫层及其减震原理简介我们称它为约束砂垫层隔震技术。一般砂垫层是不设置约束边界的，因此它可以向四面自由变形。假如在土中增加了土工布（农村建筑可用编织袋代替），就会对土工布旁边的土体（砂土）变形产生约束，但是侧向没有.封闭，所以土体的侧向变形仍旧没有受到有效约束。我们现在用土工布把其中砂土的侧面也包袱起来，这样在二层土工布之间的砂土全部被封闭起来了，成为完全的封闭体。它的某些力学性质也产生了变更，试验证明它也能够起到肯定的减爱作用。图2改性沥青阻尼垫隔震基础示意图Fig.2base-iso1.ationwithmodifiedaspha1.tdampingcushion图3约束砂垫层隔震地基示意图Fig.3base-isoIationwithconstrainedsandcushion约束砂垫层主要是通过下列三个途径起到减震作用的：1）它的侧向变形受到约束，使封闭体内部的砂土成为一个高应力区，因为它的侧向变形受到约束，所以它的弹性模量也会相应增大。因此，当土中的波遇到这个不同弹性模量的约束边界时，就会产生反射波而带走部分能量；2）砂土是一种散材，波在其中传播会使砂土产生摩擦而耗能，所以传到上部结构的能量就会削减：3）建筑的基础与它之间没有任何拉按，它们之间的振动传播完全是匏相互的摩擦力，而且振动时的动摩擦系数比静摩擦系数小得多，因此当地爱影响系数大于摩擦系数时，就会产生滑移，地窟作用就无法影响上部结构，这样地震越大隔震效果就越好。因此这种减震措施，对满意大赛不倒的效果最佳。2两种简易农村隔宸试点建筑简介2.1改性沥青SBS阻尼垫试点建筑木试点工程姑浙江省科技局下达的省重点科研项目，编号为：浙江省科技重大专项重大社会发展项目2009C13009,是平湖市广陈镇居民抗震设防示范工程，上部结构型式为砌体结构，无地下室。其中SBS阻尼垫试点建筑是二层楼的农村住宅，基础平面见图4,在基础与基础圈梁间布置了SBS隔凝垫，每米一个300300mm,其上部抗震构造仍按6度设防。其立面详见图5.图4SBS隔混垫试点建筑基础平面图Fig.4basa1.p1.anofiso1.ationpi1.otbui1.dingwithSBS图5建成后的SBS隔震试点建筑Fig.5finishediso1.ationpi1.otbui1.dingwithSBS2.2约束砂垫层试点建筑试点建筑物呈1.形平面（平而见图6）,房屋外围尺寸为33.7m33.4m,中间设置一防震缝，为三层楼房。约束砂垫层隔废地基示意图详见图3,在钢筋碎基础梁下设置约束砂垫层。图6约束砂垫层隔段建筑平面图Fig.6p1.anofiso1.ationduiIdingwithconstrainedsandcushion我们已经对这种隔爱技术取得了独创专利，专利号为：Z1.201110069799.6,专利名称为:农村居民建筑封闭式约束砂垫层隔废减宦地基及建立方法。图7建成后的约束砂垫层试点工程Fig.7finishedpi1.otbuiIdingwithconstrainedsandcushion3隔宸建筑模型试验介绍：我们在华中理工高校结构试验中心进行了隔送建筑模型试验，模型是采纳砖砌体制作的7。模型和振动台装置示意图如图8所示，其中进行了SBS阻尼隔震垫与约束砂垫层两种隔震建筑模型试验。后者用砂袋代替了约束砂垫层。振动台上的模型详见图8、图9所示。作动器介面加速度传感器隔施垫（或沙袋）楼而加速度传感器隔宸垫（或沙袋）位移传感器图8振动台装置示意图Fig.8equipmentoftheshakingtab1.e图9振动台上的隔送建筑模型Fig.9mode1.ofaiso1.ationbui1.dingonshakingtab1.e对改性沥青SBS阻尼隔庭垫采纳了100100mm共8mm厚的2层SBS隔震垫。对沙袋采纳了较密实较松散两种类型。都分别输入EI-CENTRO波、TAFT波和人工波，选取不同的加速度峰值作为不同的工况，进行对比，得到加速度峰值和相对位移如下各表所示。定义反应比=顶面加速度台面加速度，能直观反应隔赛效果。3.1 SBS隔震垫部分性能测试结果选取4个隔震层，在规定频率O.2Hz下，分别进行不同幅值下的水平剪切性能试验。不同工况的水平剪切试验结果数据见表Io由表1数值可知，随着振动幅度的增大，隔宸垫的侧向刚度衰减特别快，到最终侧刚很小几乎成为滑移层，对实现大爰不倒越特别有利的。从表2、3、4可以看出，当加速度峰值小于3ms2时，反应比基本为1左右，隔窟层位移也很小，基本没有隔浅效果：当加速度峰值大于3ms2时，反应比渐渐减小，隔震层位移起先增大,表现出较好的隔废效果；当加速度峰值大于6ms2时，反应比基本在0.5左右，隔震层位移明显，呈现出很好的隔震效果。所以SBS隔族垫在三种不同地宸波下，都表现出肯定的隔爱实力，随着地震加速度峰值的增大，其隔宸效果越来越好，在大选状况下隔腹垫表现良好，能够有效的降低上部结构加速度。3.2 砂袋隔震模型试验结果从表5可知，当加速度峰值小于3ms2时，反应比基本接近1,隔震层位移几乎为零，基本没有隔震效果；当加速度峰值大于3ms2时，反应比渐渐减小，隔宸层位移起先增大，表现出较好的隔震效果：当加速度峰值大于6ms2时，反应比基本在0.5左右,隔震层位移明显，呈现出很好的隔族效果。隙着地震加速度峰值的增大，其隔震效果增加，在大震状况下隔族垫表现良好，能够有效的降低上部结构加速度。而且从表6可知，较密实沙袋S1.在TAFT波下，位移较小，隔族效果比松散沙袋S2差，因此在制作约束砂垫层时不需振实。图10中表明白当E1.-CENTRO波输入加速度6.295ms2时台面（实线）与顶面（虚线）加速度波形，由图可知波峰、波谷加速度的衰减都特别明显。表1不同幅值下隔震层水平剪切性能试验结果Tab1.e1.testresu1.tsofhorizonta1.shearpropertyofiso1.ation1.ayerunderdifferentamp1.itude项目工况S100-2-IOmm等效刚度kN/mm屈服后刚度kN7m111屈服力kN屈服前刚度kN/mm0.7510.1768.7624.404S1.Oo-2-2Omm0.4060.1019.8364.150S100-2-30mm0.2390.09010.0763.839S100-2-40mn0.1570.07910.1013.569S100-2-50mm0.0860.07310.3633.037表2SBS隔震垫在EI-CENTRO波下加速度峰值和隔震层位移Tab1.e2peakacce1.erationandiso1.ation1.ayerdisp1.acementofSBSunderE1.-CENTROwave项目工况最大加速度最小加速度隔震层位移台而ms2顶面ms2反应比台面ms2顶面ms2反应比最大mm最小mm11.471.501.021.711.680.980.290.2121.251.291.030.660.761.150.200.1733.693.000.813.762.850.760.900.3343.953.500.894.973.610.731.460.9155.803.770.656.353.710.581.992.3166.993.830.559.374.050.432.562.1377.324.56O.629.565.26O.553.984.06表3SBS隔爱垫在TAFT波下加速度峰值和隔震层位移Tab1.e3peakacce1.erationandiso1.ation1.ayerdisp1.acementofSBSunderTAFTwave项目工况1最大加速度顶面ms2最小加速度顶面ms2隔震层位移最大mm台面ms2反应比台面ms2反应比最小mm1.010.520.510.940.510.540.130.1421.411.160.821.601.370.860.360.3032.902.510.873.362.520.750.600.5244.552.950.655.352.580.482.071.4955.352.620.496.163.580.582.212.6969.533.920.418.434.010.482.334.3179.103.640.409.614.190.444.184.15表4SBS隔爱垫在人工波下加速度峰值和隔震层位移TabIe4peakacce1.erationandiso1.ation1.ayerdisp1.acementofSBSunderartificia1.wave项I=I工况1最大加速度顶面ms2最小加速度顶面ms2隔震层位移最大mm台面ms2反应比台面ms2反应比最小mm0.880.720.820.900.640.710.140.6021.611.290.802.622.200.840.210.8134.143.230.784.243.200.751.201.4346.023.940.655.682.580.451.571.0358.564.050.477.784.340.562.212.1568.024.150.528.164.060.503.482.8479.514.490.479.354.910.534.054.87从试验结果可知，约束砂垫层对中爱大爱的隔庭效果较好，而且振动加速度越大，隔宸效果越好，因此对防止大震震害具有更好的效果。试验中采纳局部的砂袋代替了砂垫层，因此对反射波和砂自身振动耗能很少，所以小震时没有很好起到减震作用，为此，在试点建筑中我们对上部建筑还是按设防烈度实行抗震措施。表5砂袋S2在TAFT波下加速度峰值和隔宸层位移Tab1.e5peakacce1.erationandiso1.ation1.ayerdisp1.acementofS2sandbagunderTAFTwave项目工况波峰加速度顶面m/s波谷加速度顶面m/s隔赛层位移波峰mm台面ms22反应比台面ms22反应比波谷mm10.810.780.960.780.871.120.000.0023452.725.765.529.362.623.973.264.750.960.690.590.513.855.447.599.623.724.264.135.570.970.780.540.580.061.872.0113.830.100.000.370.00表6沙袋S1.在TAFT波下加速度峰值和隔施层位移Tab1.e6peakacce1.erationandiso1.ation1.ayerdisp1.acementofS1.sandbagunderTAFTwave项目工况波峰加速度波谷加速度隔震层位移波峰mm台面ms2顶面ms2反应比台面ms2顶面ms2反应比波谷mm12340.822.934.036.330.872.643.083.961.060.900.760.630.793.405.477.420.832.303.984.101.050.680.730.550.000.661.321.200.000.370.740.97图10E1.-CENTRO波输入加速度6.295ms2时台面(实线)与顶面(虚线)加速度波形Fig.10theacce1.erationwaveformofthetab1.etop(fu1.11ine)andthemode1.top(dotted1i11e)whentheacce1.erationofE1.-CENTROis6.295ms24试点建筑人工激振响应测试介绍为了验证明体建筑的减震效果，我们还在现场采纳大型挖土机的抓斗进行人工激振，对试点建筑进行了响应测试，并且和不隔震的同类建筑比较。下而我们仅对约束砂垫层隔段试点建筑的测试结果作一介绍9O1）仪器布置及现场测试依据建筑物的结构形式，建筑物平面结构呈1.形，结合部位设置有隔震缝，将建筑物分为两个单元,在每一侧结构的地面中心各放置一个三重量传感器，为了便于比较，在室外也布设一个传感器，布设位置距振动源的距离相同，详细布置位置见图11。图11测试仪器和激振源布置图Fig.11arrangementdiagramoftestequipmentsandshakingfocuses图12.用挖土机人工激振现场Fig.12artificia1.excitationbytherooter2）数据处理和分析测试于2010年12月18口上午进行，选择建筑物东侧和南侧的中部作为振动源位置，分别对东侧和南侧建筑进行测试，每侧分别振动5次。考虑到震源方向性的影响，分别取径向、切向和竖向三个重量进行对比分析。为评价隔震效果，以室内观测点与室外观测点比值的百分比作为评价的定量指标。东面震源和南面宸源现场测试结果分别见表7和表8,波形数据见图10。图13浙江省地震工程探讨所人员在测试响应Fig.13membersofZhejiangEarthquakeEngineeringResearchInstitutearetesting表7东面震源测试结果Tab1.e7testresu1.tsofeastfocus重量径向切向竖向位置室内室外比值室内室外比值室内室外比值19.9214.1869.962.4110.9621.9923.7763.3037.5527.8714.5853.982.104.9042.8620.2650.1040.4429.8520.9447.041.938.5822.4422.5066.6033.7847.5519.5838.562.497.2934.1019.0071.1026.7257.8729.6426.552.298.6026.6319.5263.1030.94均值8.6119.7847.222.248.0729.6021.0162.8433.89表8南面震源测试结果Tab1.e8testresu1.tsofsouthfocus重量位置径向室外切向室外竖向室外室内比值室内比值室内比值12.0412.4939.847.2120.1028.1925.7446.9031.3324.2213.8538.046.4016.5729.6319.7851.0030.7223.1311.7137.917.2520.9028.5128.3246.7031.7243.4011.5640.754.0120.1828.9831.9145.4931.9153.6012.8039.147.3421.5428.8331.8149.7431.42均值（表中单位：Iga1.=1.cmsec2）3.2812.4839.146.4419.8628.8327.5147.9731.42由表7、8可见，东面震源室内、室外观测点径向峰值加速度的平均值为8.61ga1.,19.78ga1.,平均比值47.22%；切向峰值加速度的平均值为2.24ga、8.07ga1.,平均比值29.6%：竖向峰值加速度的平均值为21.01ga1.62.84ga1.,平均比值33.89%；南面震源室内、室外观测点径向峰值加速度的平均值为3.28ga1.12.48ga1.,平均比值39.14%；切向峰值加速度的平均值为6.44ga1.19.86ga1.,平均比值28.83%；竖向峰值加速度的平均值为27.5Igah47.97ga1.,平均比值31.42%。依据东面震源和南而震源综合分析，采纳封闭式约束沙垫层隔震减震地基设计的房屋，其消减地震作用的实力达到50%以上，具有明显的隔庭效果。5结论与建议1）振动台试验与现场对试点建筑的人工激振响应测试结果表明：采纳改性沥青SBS隔震垫和约束砂垫层隔震系统在小震状况下没有显著隔宸效果：在中族、大宸情况下，隔蕉效果良好，一般都在30k50%,隔震层残余位移较小。2）试验表明，这两种隔赛方法制作简洁、施工简洁、造价低廉，可在很大程度上保证村镇民居建筑在遭受中、大地震时不倒塌。而且具有较高的性价比与应用价值。3）应用这种隔庭方法是，对上部结构还应实行6度设防的抗震构造措施。因此这种技术最相宜应用在高烈度农村地区。4）建议进一步探讨对此进行系统的隔震机理参数探讨，并且在此基础上编制农村隔震建筑标准图。以便在广阔农村，特殊是高烈度的偏僻地区建筑中推广运用。参考文献1周福霖.工程结构减族限制北京：地震出版社，1997Zhoufu1.in.Vibration-RcductionContro1.ofEngineeringStructuresM.Beijing:EarthquakePub1.ishingHouse,19972唐家祥，刘再华.建筑结构基础隔震M.武汉：华中理工高校出版社，1993TangJiaxiang,1.iuzaihua.Bui1.dingStructureBaseIso1.ationM.Wuhan:HuazhongUniversityofScienceandTechno1.ogyPress,19933钱国桢，池毓蔚，王柏生.加层结构被动限制最优侧向刚度的试验探讨J.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