超长建筑隔震的研究与应用

期刊: 建筑砌块与砌块建筑 DOI: PDF下载

闫玉闯

中电科建设发展有限公司 河北 石家庄 050000

摘要

以某市第一中学的主教学楼项目建设为范例,对该市中小学建筑结构的隔震层构造以及西部建筑隔震层支座结构的安全防火结构等特点进行整体优化构造设计,总结了隔震层建筑体系中整体构造优化设计工作的设计方法要点,并进一步对立体结构隔震层缝结构的构造设计技术进行系统深入剖析研究探讨并据此提出解决方案。


关键词

隔震建筑;构造节点;中小学建筑;建筑设计

正文

近年来,隔震构造技术领域经过我国大量设计项目及实践,已基本上形成完善了这样一套构造设计的建造标准体系,然而由于目前建筑隔震设计技术主要仍然还是侧重应用于混凝土结构抗震设计,建筑构造安全性设计技术方面有关的基础资料寥寥。

1中小学建筑与隔震

1.1中小学建筑的安全性要求

一般来说,学校可以在社会生活得各个过程中发挥特殊作用。它不仅可以作为教学实践的场所,还可以作为大型会议、演出、娱乐和体育活动的场所。一旦发生自然灾害,学校应该能够成为一个安全的避难所,甚至可以说它已经成为居民临时定居、避难和生活的主要场所。要求社会单位和主管政府为学生提供绝对安全舒适的临时学习场所,确保师生生命安全。除了地震和海啸对原有建筑结构的主要功能造成永久性破坏外,它通常会同时间接损坏现有建筑和内部装饰系统及相关设备,也会损坏原有建筑的正常功能和性能。防灾减灾和中小学建筑抗震改造的设计应严格保证建筑现有结构的整体安全。同时,设计应注意确保原建筑及其内部辅助装修、家具、设备和机械结构的完整性和安全性,避免可能的二次伤害

1.2抗震与隔震

隔震式的建筑结构抗震加固不仅是目的而且是表现为抗震建筑主体的构造本身应可避免受到由于外部地震作用等带来建筑物的任何局部地震损坏,其建筑周围以及内部建筑其他相关物体设施等部位也应有可避免程度的减少受到任何局部地震灾害导致的地震破坏及其影响,在抗震结构施工体系中,可以有效地保证抗震建筑的整体安全。保温加固技术自古以来就有描述,如钢柱之间的铰接和钢筋上的保温消能加固;拱柱间隔墙减震的消能加固;各石柱之间的隔墙采用柔性砂浆(灰砂石膏、粘石膏米墙)等进行加固。当地震荷载产生时,柔性砂浆会摆动,消耗建筑的局部地震能量耗散,使建筑结构整体稳定。现代工业的各种隔震及密封的技术成果更是层出不穷,目前在国内实际应用面的最广较深广的应用则当是橡胶密封的隔震式支座与耗能元件。橡胶支座作为橡胶隔震垫层支座,在建筑物上部和建筑物下层之间形成的橡胶隔震垫层中将结构部分完全地断开,在建筑结构中间适当位置处加入保积层橡胶垫,因使用该新型橡胶支座材料无论在哪个建筑物水平方向时都显示有了其自身极大的程度上的抗震动柔韧性,可有效迅速地将来建筑物自上部建筑方向或在上部的建筑结构水平方向时发生时的竖向水平方向摇动的应力损失和水平竖向位移的全部或减少,从而可显著地降低地降低了地震波对建筑物整个结构建筑整体的稳定性产生强烈的垂直水平斜向的地震破坏力,同时,橡胶支座材料在改变整个结构的垂直和水平方向时,也获得了非常有限的抗震硬度,保持了整个建筑结构中上部基本框架的相对稳定性,最终能够有效地承受整个结构垂直方向的地震力。它通常需要与设置阻尼技能装置一起安装和使用。例如,可以单独选择消声器,也可以直接选择累积层橡胶支座,或与铅芯支座组合,形成另一个橡胶支座,从而影响彼此的阻尼能力。

2项目概况

规划项目的原地址是某市第一中学在麦积校区附近拟建的新主校区的最后一栋教学楼。中央建设校区位于山脚下,原有校舍位于地形红线内。主楼规划包括三栋新的综合高中教学楼、一栋新的综合研究测试楼和一栋新的综合教师办公楼。设计阶段的建设任务包括建造新的校园教学楼、学生宿舍、食堂、健身房、大厅和其他相关基础设施,以确保和满足合格教师和学生的使用,满足学校新规模的要求。根据教育部新规划建设标准中关于校园规划建筑使用的新标准要求,学校结合学校周边现有校舍形式,进行了科学合理的新布局,完善了新校区总体规划布局设计,因此,逐渐发展并形成了这座具有两个非传统规模结构的复杂教学建筑,主教建筑的轴线从东到西长约209.8m,两侧的南北宽度分别约为21.8m。在一楼,整个建筑有几层,而整个建筑只有一层位于地下(保温层)。建筑高度分别为23.5m。保温层布置在地下层。在建筑物主体结构的底部,设置了大约3层的绝缘连接。原教学主楼整体分为一、二、三区,从中心到右后为保温层,主走廊无水平保温连接。大楼主体结构的东部将改建为一座新的综合科学实验室大楼,该大楼将由这两条纵向总跨度约为25.7m的水平高架走廊连接起来

3技术难题及解决方案

3.1与已建非隔震建筑的连接构造

教学楼三区屋顶与原校区已基本建成使用的综合实验中心屋顶之间,只有一个25.7m长的小装饰屋顶。结构形式仍然是钢筋混凝土结构。原设计的结构方案主要是指在新实验楼主教教学楼的屋顶结构中,自由滑动连接支架与翻板结合固定在装饰屋顶的一端,支架的另一端叠加固定在原新实验楼的屋顶上,两支剪力墙的结构是经过加固和安装后建造的,用于装饰屋顶。两个新设计方案中选择的屋顶板类型为自由连续滑动固定安装结构。后来,由于需要充分考虑滑动结构的可行性,目前的设计方案采用半刚性悬臂结构,顶部和底部分别连接,中间位置应设置长约0.6m、宽约0.6m的保温板伸缩缝

3.2隔震支座的防火构造

地震后通常会发生火灾。这些绝缘结构的支座通常由硬橡胶块制成,通常具有较差的防火密封性能。如果地面发生大火,橡胶块通常会立即失去垂直和水平方向的最终承载力。然而,几乎所有房屋的防火结构主体都能与整个基础结构紧密相连,只有一个承重的保温结构,其自身防火设计的重要性显而易见。对于建筑的防火材料,要求在产生中、小地震力后,建筑完全变形后,能迅速恢复到原来的状态,在没有发生大范围的火灾变形后,不能显著降低建筑的耐火力学性能。(1) 本研究项目的建筑物安装了单独的绝缘保护层,不具有防火功能,以减少火灾的可能性;(2) 在橡胶垫层周围,预先设置约100mm厚的预制防火板,以防堵塞。耐火板的耐火能力限制为3.0h。由于隔热建筑的基本抗震特性,预制防火板之间的变形缝设置在隔热层支撑总高度的中间,可变形耐火陶瓷纤维材料层填充有填料

3.3其他细节构造

在中小学建筑中,存在着许多问题,例如人员集中、疏散设施的物理质量差、疏散速度慢以及在发生毁灭性地震时无法制定快速、正确和快速地疏散响应计划。这也要求整个中小学建筑体系不仅是建筑的主体结构,还包括内外墙、通道,甚至各种装饰和构件。至少应考虑破坏性地震疏散中某些空间的安全性和灵活性,以确保建筑不会影响各种问题,如建筑构件的损坏和倒塌

4结论

在本项目的设计书中,一些节点优化伸缩缝、保温支座和三维保温耐火结构的做法过去尚未正式应用。同时,针对中小学生安全、疏散困难等社会特点,设计中需要优化和完善的其他技术节点,也是作者在设计图纸分析和设计理论研究的过程和实践研究中总结出的技术解决方案,希望通过我们的不断实践,进一步推广其技术,为今后同类型三维保温建筑构件的快速改进和新的设计方案提供重要的设计参考,促进快速集成,保温板施工应用产品三维技术的推广应用。

参考文献

[1]日本免震建筑构造协会.免震建筑[M].王晶.北京:中国电力出版社,2009.

[2]苏经宇,曾德民,田杰.隔震建筑概论[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[3]经济合作与发展组织著;中国发展研究基金会译.保证学校在地震中的安全[M].北京:中国发展出版社,2008.

 


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