低造价农居隔震限位装置设计.docx

内 陆 地 震第2 7 卷 第 4 期Vol． 27 No． 42013年12月INLANDEAＲTHQUAKEDec．2 0 1 3文章编号: 1001-8956( 2013) 04-0336-05中图分类号: P315． 7文献标识码: A①低造价农居隔震限位装置设计孙 静1 ，余聪杰2( 1． 新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011; 2． 新疆大学建筑工程学院，新疆 乌鲁木齐 830049)摘要: 以摩擦滑移隔震理论为基础，针对农村民居抗震能力普遍不足的现状，提出一种简单经济、方便实用的隔震限位装置。介绍了其设计原理与做法，给出了具体算例。该隔震限位装置造价低廉， 施工简易，适宜在广大农村房屋中推广使用。关键词: 隔震限位装置; 低造价; 农居中国是一个地震多发国家，7 度及 7 度以上烈度区占国土面积的 1 左右，其中又有 90% 以3上是农村地区，因此，做好农村地区的抗震减灾工作具有重要的现实意义。农村地区由于其经 济欠发达等原因，房屋抗震能力普遍较差，地震后房屋倒塌是造成农村地区人员重大伤亡和经 济财产损失的直接原因。传统隔震橡胶垫做法造价高昂，设计施工难度大，不利于在农居中推 广使用，摩擦滑移隔震技术因其简单易行、造价低廉被更多的学者研究并推广［1］。摩擦滑移 隔震技术通常由滑移层( 或滑移支撑) 和限位消能装置两部分组成，一般情况下，竖向支撑构 件与水平消能构件分离设置，其中比较有代表性的做法有钢筋沥青复合隔震层［2］和软钢 U 型 带片限位消能元件［3-4］，都具有较好的减震效果。本文中结合农村单层民居自身特点，提出一 种更为经济、方便实用的滑移隔震钢筋限位装置。1隔震限位装置的设计原理与做法本文中提供一种砌体房屋基础隔震钢筋限位耗能装置，其设计原理为: 当房屋遭受多遇地震时，首先由滑移面的摩擦力抵抗地震作用，当地震作用大于摩擦力时，上部结构产生滑动，上部结构在隔震层以上做弹性的水平振动时，限位钢筋在弹性状态能够承受地震作用，仅发生弹 性变形能恢复原状，上部结构满足抗震构造措施，达到“小震不坏”的目的。而当遭遇罕遇地 震时，限位钢筋屈服，上部结构在滑移层做水平滑动( 不再有弹性恢复力) ，从而达到“大震不 倒”的目的。这种隔震作法原理明确，材料就是钢筋，简单可行，是可以在村镇农居广泛推广 的性能可靠、造价低廉的新型隔震作法。本文中所述隔震限位装置由下地梁、上地梁、限位钢筋、滑移层组成。其具体做法为: 基础 可采用毛石混凝土或素混凝土条形基础; 条形基础上设置上、下地梁为钢筋混凝土梁，梁纵筋 根数不少于 4 根，钢筋直径不小于 12 mm，上地梁宽度为 240 mm，下地梁宽度为 300 mm，上、① 收稿日期: 2013-03-11; 修回日期: 2013-09-09．课题项目: 新疆地震科学基金课题( 201308) 资助．作者简介: 孙静( 1976 ～ ) ，女，硕士，工程师，2008 年毕业于新疆大学结构工程专业，主要从事工程震害的工作和研究．E-mail: sunjing7610@ 163． com4 期孙 静等: 低造价农居隔震限位装置设计337下地梁之间布置滑移层和一定数量的限位钢筋 ( 直径 20 ～ 25 mm) ，限位钢筋上端锚入上梁，锚入长度不少于 22 倍钢筋直径，限位钢筋下端位于直径不小于 60 mm 的钢套管中心处，钢筋 底端塞焊在钢板上，钢套管预先埋入下地梁，锚入钢筋后用沥青填实，沥青可起到防腐及阻尼 的作用，钢板座浆于基础顶部，钢套管将钢筋和其周围的混凝土隔离，地震时该长度范围内的 钢筋可在钢套管内自由变形，使上部建筑物与下部基础发生一定量的相对 位移，从而消耗地震能量，降低地震对 结构物的破坏; 在上下地梁之间设置 滑移层，滑移层应位于室内标高以下， 室外地面标高以上，在地震作用下基 础上下梁可沿滑移层发生相对滑移。 具体做法见图 1。2隔震限位装置的简化计算2． 1 计算假定① 假定钢筋在弹性范围内工作;② 正常使用状态时，假定限位钢筋不 承受竖向 荷 载 作 用; ③ 限 位 钢 筋 上、 下端均为 固 结; ④ 因 滑 移 层 很 薄，故 不考虑摩擦滑移隔震层的水平刚度;图 1 隔震限位装置做法Fig． 1 The isolation and limiting displacement device sketch⑤ 摩擦滑移层摩擦力大小与摩擦面积无关，滑动摩擦系数为静摩擦系数的 0． 8 倍; ⑥ 材料符合胡克定律。2． 2地震作用下隔震层限位钢筋设计对于单根限位钢筋，受力简化模型［5］如图 2 所示: 单根钢筋水平刚度为，k = 12 EI．( 1)h3单根钢筋所受的水平力为 F，此时，钢筋的顶端位移 Δ 为:图 2 隔震限位钢