裝配式的建築,柱子和梁都是現場拼裝而成,遇到大地震到底安全嗎?日本地震頻發,一般的小地震,老百姓早已習以為常,即使是2011年3月11日的9級大地震,居然也沒有房子被震倒,房屋真正成為人們安全堅固的壁壘。他們是怎麼做到的呢,他們的裝配式建築與隔震減震措施是怎樣完美交圈的呢?
讓我們以東京本八幡的一棟超高層全預制結構為例來看看吧。
本八幡超高層建築的抗震利器
一、基本結構
框架結構、結構高度144.2米、地上42層、标準層層高3.3米、一層地下室、管樁基礎。
二、平面與體型
1、體型對稱,外框投影邊長41.4米,高寬比3.48。規整的平面與體型,較小的高寬比,是結構利于抗震的第一步。
2、内筒與外圈均為PC框架(PC柱、PC梁)。在内筒内側有一榀鋼框架(見圖示),由鋼柱鋼梁建造(僅作為機械升降停車庫,基本不作為抗側力體系)。
日本高層建築普遍使用框架結構,剪力牆隻在低、多層中使用,是因為日本人認為剪力牆相比框架而言抗震性能不明确;更重要的是,框架相比剪力牆更加“柔”,能夠承受更大的變形,在日本的規範中,框架結構的層間位移角(就是樓層的水平位移除以層高)可以允許做到1/120,而國内為1/550,即日本認為地震時讓建築“适當搖擺以釋放能量”要好過“硬扛”。配合以隔震減震技術,日本的框架結構可以做到200米高。
三、減震柱的使用
減震原理:當地震來臨,柔性建築就開始晃動,所産生的能量就要全部被減震柱吸收掉,保護關鍵的柱子、梁不被破壞
布置位置:内筒三跨PC柱的左右兩跨,四周各兩根,每層8根;從1層布置至29層,共計232根。
▲内筒三跨PC柱的左右兩跨
▲從1層布置至29層
内筒框架因剛度較大,将分配較大的水平作用(約60%-80%的地震、風荷載)。尤其是内筒角部變形較大,故将減震柱布置于此,可最大限度發揮其吸收能量、保護主體的功能。而隻布置3/4高,是因為結構底部承擔了主要的水平剪力與傾覆力矩。頂部雖然位移較大,但位移角參數能控制在有效範圍,安全無影響,加上底部3/4已有減震器參與工作,頂部加速度也能得到有效控制。
減震柱構造:上下兩塊對稱的帶翼緣鋼闆,與梁可靠連接,中間是相對較軟(屈服點低)的鋼材。
對于高層彎剪型結構,水平剪力最大一般出現在樓層中部,此處設置較低屈服點的鋼材,可以充分發揮其承擔剪力、變形耗能作用。可通過計算調整軟鋼厚度及尺寸,使其符合大震下的往複受剪變形性能。
減震柱施工圖:首層至6層各減震柱型号有差别,而7-29層則統一一種型号,區别在于軟鋼闆厚以及上下闆端的連接節點。
▲7-29層減震柱布置圖
減震柱淨高2800,分為三段,上下兩段(紅色所圈)位安裝加勁闆,中間為軟鋼。
上下兩端安裝加勁闆通過錨杆固定于上下梁之間,梁為PC大梁,已預留錨孔,将加勁闆的錨杆穿過錨孔用錨闆螺釘擰緊固定。
▲錨杆與梁的連接
▲減震柱與梁的連接
不僅僅技術上完全實現,樓書上也将減震柱作為抗震安全的重點進行宣傳,圖片讓客戶簡單易懂。
四、其他防震安全措施
門框與門之間的變形空間:地震時即使門框變形,人們也能打開門逃生。
▲門框空隙變形示意
電梯防震感應控制:當監測到先行到達的地震縱波,電梯防震感應立即啟動,正在行駛的轎廂将停在就近的樓層,并開門停止運行。
▲電梯防震感應控制
全預制的關鍵:強節點
除了采用高大上的減震技術,預制結構本身的節點也是關鍵,隻有做好了“強節點”連接,才能保證裝配建築抗震性能不低于現澆。
▲梁套筒連接
▲預制柱柱頭鋼筋
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