鋼管砼結構的抗震性能研究

張忠良

（成都藝術職業學院 四川成都 611433)

鋼管砼結構的抗震性能研究

張忠良

（成都藝術職業學院 四川成都 611433)

鋼管砼除具有承載能力高，節約材料，施工簡便等優點之外，還具有抗震性能好的優點。本文對鋼管砼和鋼筋砼抗震性能進行比較，通過一定的理論分析對比了兩種結構的動力特性，綜合評定了鋼管砼的抗震性能，并且對鋼管砼結構的防震隔震提出了建議。

鋼管砼抗震性能；地震

1 前言

鋼管砼結構由于能夠充分地發揮鋼管與砼兩種材料的特點，且具有強度高、重量輕、抗震性能好的優點，近年來在高層建筑中得到了廣泛應用。尤其因其抗震性能好，在地震多發地區更是得到了普遍應用。目前在橋梁方面也得到了較多的應用。

地震是人們所面臨的主要自然災害，它造成的損失主要集中在經濟發達人口密集的城市。現代社會由于城市人口的過分集中，經濟的集約化程度比較高，基礎設施的薄弱和擴建城市所處的惡劣地質、地理環境等一系列原因，造成城市地震災害損失越來越嚴重的現象。 2003年12月26日，伊朗南部地區發生7.0級強烈地震，位于震中附近的巴姆市大約 90%的建筑倒塌，根據目擊者稱，地震后這座古堡基本成為廢墟。多次城市地震災難實例，充分的說明了地震是影響現代城市可持續發展的主要障礙之一，它具有突發性和巨大的破壞性、多發性、潛在危險性和災害連鎖性等特征,決定了城市防震減災工作在可持續發展戰略中具有非常重要的地位。因此，無論是從社會經濟發展的角度，還是從資源環境保護方面，站在可持續發展的角度，指導城市防震減災能力的建設，增強城市抵御地震和其它災害能力都具有很重要的意義。

鋼管砼與鋼筋砼比較具有明顯的優越性。首先，整體的剛度較好；其次，節約材料；最后，在同樣的剛度下，鋼管砼是鋼筋砼承載能力的1.5倍多。所以，鋼管砼結構將是抗震、防震地區建筑的優先選擇。

2 鋼管砼結構在抗震性能方面的優越性

通過地震模擬振動實驗分析可見，當鋼管砼的抗彎剛度與鋼筋砼的相等時，鋼管砼柱的直徑是102mm，與鋼筋砼的比值為1 : 1.41。鋼管砼結構體系的地震反應剪力和位移與鋼筋砼結構的大致相同，但鋼管砼的地震反應加速度比較小，層間位移也較小，加速度最大值減小8%左右，層間位移減小大約3%，因此鋼管砼結構體系的抗震性能大于鋼筋砼結構體系。

當鋼筋砼結構的強度與鋼管砼相等時，鋼筋砼柱的直徑是164mm,跟鋼管砼的比值為1.61:1。鋼管砼結構體系地震反應加速度及剪力比鋼筋砼結構減小較多， 加速度最大值減小大概10.3%，剪力最大值減小概6.4%。但鋼管砼結構位移和層間位移所增大，位移最大值增約12.3%，仍在1/1000以內，層間位移最大值增加大約15%，達到1/770，小于等剛度換算的層間位移值，可見等剛度在換算時，由于鋼筋砼結構體系柱的截面尺寸比較大，地震作用的位移得到控制，此時結構柱截面的尺寸增大較多，且地震反應的加速度和剪力也增大較多。

3 可持續發展觀指導城市防震減災的建設

城市可持續發展，又稱城市持續發展，其核心概念指的是在一個特定的區域和自然空間里， 以節約資源、提高技術、改善環境等為主要的手段，推動城市的經濟增長、社會進步，優化城市的結構、功能并使其與外部資源、環境、信息、物流和諧一致，在滿足城市發展需求和正確評估城市未來需求基礎上，以滿足城市未來發展的需求。21世紀城市及地區綜合防震減災能力的建設，也應該貫徹可持續發展的理念。首先，地震災害是可持續發展的重大隱患，一次中等規模的地震會讓一個城市、地區的發展進程延緩幾年、 十幾年乃至最終徹底毀壞掉可持續發展的總體能力，歷史上許多被地震毀滅的城市便是最好的例子；其次，防震減災能力的建設應該和社會、經濟發展協調進行，歸根結底，評價一個城市、地區的防震減災能力，實際也是在評價該地區的社會、經濟可持續發展的整體能力。所以針對城市、地區防震減災的特性，站在可持續發展的角度考慮，仍由很多方面值得我們去思考：首先，要加快城市、地區抗震減災規劃的編制，逐步提高城市的綜合抗震能力，最大限度減輕城市地震災害，保障地震發生時人民生命財產安全和經濟建設順利進行，需要加快對城市、地區抗震防災規劃的編制和實施。其次，由于現在的科學技術水平很難對地震的發生進行準確的預報，因此，提髙工程結構的防震減災能力是目前減輕地震災害最有效的途徑。最后，需建立專門的機構，強化政府在城市、地區防震減災中的協調作用，從地震監測預報、工程抗震的設防，地震的應急救災和重建等三個環節，協調好政府及各部門之間關系，做到分工明確、各司其職，共同做好城市、地區的防震減災工作。

4 對建筑物隔震減震的建議

4.1 安裝阻尼器

建筑物在特定的情況下產生共振與自身自振的特性關系密切，能準確的把握結構震動周期或者頻率就能夠避免共振的發生；共振發生，如果能夠改變結構的周期或頻率也能夠相應的避免共振；增加結構的阻尼也可以明顯提 髙結構的自振周期[2]，從結構加速度反應譜可見，延長周期可以有效減小結構的地震加速度反應，從而減小結構的地震動反應。建議在大廈內部2層以上安裝調諧阻尼器或TMD阻尼器[3]。

4.2 開挖隔震地溝

由于施工工地及鍋爐房，都有可能是潛在的震源，在建筑大廈的周圍開挖一定寬度及深度的地溝，就可以有效阻止周圍場地的地震動的傳入，進而避免了結構在接近源地震作用下的破壞。建議在大廈地下室外側5m左右，開挖同深度的寬約1m的地溝，埋入軟弱土或者聚酯纖維材料作為隔震層。

4.3 增建附屬建筑

對于未來將發生的地震動力作用，是通過土層傳遞到結構基礎上，遠震的情況，地震傳播經過了地層的反射以及折射到達建筑物地面的時候，類似于垂直的入射波，而此時開挖隔震溝的效果不太明顯，給建筑物增加阻尼也只起到事倍功半的效果，而且造價的問題也相當突出，在利用現有建筑的基礎上，增建群房或者延展基礎，增設多塔建筑能夠有效地改變結構 自振特性，和上兩種方法的結合，能夠有效地抵抗未來即將發生的比較強烈的地震，同時增加了結構使用面積，避免在原結構上大費周章的加固改造。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部，建筑抗震設計規范(GB50011-2010)[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.05

[2]邢燕，牛荻濤，基于結構性能的抗震設計與抗震評估方法綜述[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版），2005.01

[3]胡瀟，錢永久，段敬民，鋼管混凝土結構抗震性能的比較研究[J]，四川建筑科學研究，2009.02

張忠良（1981.12.21~ ），男，工程師，研究方向：結構設計與工法、地基基礎、結構抗震。

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1007-6344（2016）03-0255-01

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