钢管砼结构的抗震性能研究

张忠良

（成都艺术职业学院 四川成都 611433)

钢管砼结构的抗震性能研究

张忠良

（成都艺术职业学院 四川成都 611433)

钢管砼除具有承载能力高，节约材料，施工简便等优点之外，还具有抗震性能好的优点。本文对钢管砼和钢筋砼抗震性能进行比较，通过一定的理论分析对比了两种结构的动力特性，综合评定了钢管砼的抗震性能，并且对钢管砼结构的防震隔震提出了建议。

钢管砼抗震性能；地震

1 前言

钢管砼结构由于能够充分地发挥钢管与砼两种材料的特点，且具有强度高、重量轻、抗震性能好的优点，近年来在高层建筑中得到了广泛应用。尤其因其抗震性能好，在地震多发地区更是得到了普遍应用。目前在桥梁方面也得到了较多的应用。

地震是人们所面临的主要自然灾害，它造成的损失主要集中在经济发达人口密集的城市。现代社会由于城市人口的过分集中，经济的集约化程度比较高，基础设施的薄弱和扩建城市所处的恶劣地质、地理环境等一系列原因，造成城市地震灾害损失越来越严重的现象。 2003年12月26日，伊朗南部地区发生7.0级强烈地震，位于震中附近的巴姆市大约 90%的建筑倒塌，根据目击者称，地震后这座古堡基本成为废墟。多次城市地震灾难实例，充分的说明了地震是影响现代城市可持续发展的主要障碍之一，它具有突发性和巨大的破坏性、多发性、潜在危险性和灾害连锁性等特征,决定了城市防震减灾工作在可持续发展战略中具有非常重要的地位。因此，无论是从社会经济发展的角度，还是从资源环境保护方面，站在可持续发展的角度，指导城市防震减灾能力的建设，增强城市抵御地震和其它灾害能力都具有很重要的意义。

钢管砼与钢筋砼比较具有明显的优越性。首先，整体的刚度较好；其次，节约材料；最后，在同样的刚度下，钢管砼是钢筋砼承载能力的1.5倍多。所以，钢管砼结构将是抗震、防震地区建筑的优先选择。

2 钢管砼结构在抗震性能方面的优越性

通过地震模拟振动实验分析可见，当钢管砼的抗弯刚度与钢筋砼的相等时，钢管砼柱的直径是102mm，与钢筋砼的比值为1 : 1.41。钢管砼结构体系的地震反应剪力和位移与钢筋砼结构的大致相同，但钢管砼的地震反应加速度比较小，层间位移也较小，加速度最大值减小8%左右，层间位移减小大约3%，因此钢管砼结构体系的抗震性能大于钢筋砼结构体系。

当钢筋砼结构的强度与钢管砼相等时，钢筋砼柱的直径是164mm,跟钢管砼的比值为1.61:1。钢管砼结构体系地震反应加速度及剪力比钢筋砼结构减小较多， 加速度最大值减小大概10.3%，剪力最大值减小概6.4%。但钢管砼结构位移和层间位移所增大，位移最大值增约12.3%，仍在1/1000以内，层间位移最大值增加大约15%，达到1/770，小于等刚度换算的层间位移值，可见等刚度在换算时，由于钢筋砼结构体系柱的截面尺寸比较大，地震作用的位移得到控制，此时结构柱截面的尺寸增大较多，且地震反应的加速度和剪力也增大较多。

3 可持续发展观指导城市防震减灾的建设

城市可持续发展，又称城市持续发展，其核心概念指的是在一个特定的区域和自然空间里， 以节约资源、提高技术、改善环境等为主要的手段，推动城市的经济增长、社会进步，优化城市的结构、功能并使其与外部资源、环境、信息、物流和谐一致，在满足城市发展需求和正确评估城市未来需求基础上，以满足城市未来发展的需求。21世纪城市及地区综合防震减灾能力的建设，也应该贯彻可持续发展的理念。首先，地震灾害是可持续发展的重大隐患，一次中等规模的地震会让一个城市、地区的发展进程延缓几年、 十几年乃至最终彻底毁坏掉可持续发展的总体能力，历史上许多被地震毁灭的城市便是最好的例子；其次，防震减灾能力的建设应该和社会、经济发展协调进行，归根结底，评价一个城市、地区的防震减灾能力，实际也是在评价该地区的社会、经济可持续发展的整体能力。所以针对城市、地区防震减灾的特性，站在可持续发展的角度考虑，仍由很多方面值得我们去思考：首先，要加快城市、地区抗震减灾规划的编制，逐步提高城市的综合抗震能力，最大限度减轻城市地震灾害，保障地震发生时人民生命财产安全和经济建设顺利进行，需要加快对城市、地区抗震防灾规划的编制和实施。其次，由于现在的科学技术水平很难对地震的发生进行准确的预报，因此，提髙工程结构的防震减灾能力是目前减轻地震灾害最有效的途径。最后，需建立专门的机构，强化政府在城市、地区防震减灾中的协调作用，从地震监测预报、工程抗震的设防，地震的应急救灾和重建等三个环节，协调好政府及各部门之间关系，做到分工明确、各司其职，共同做好城市、地区的防震减灾工作。

4 对建筑物隔震减震的建议

4.1 安装阻尼器

建筑物在特定的情况下产生共振与自身自振的特性关系密切，能准确的把握结构震动周期或者频率就能够避免共振的发生；共振发生，如果能够改变结构的周期或频率也能够相应的避免共振；增加结构的阻尼也可以明显提 髙结构的自振周期[2]，从结构加速度反应谱可见，延长周期可以有效减小结构的地震加速度反应，从而减小结构的地震动反应。建议在大厦内部2层以上安装调谐阻尼器或TMD阻尼器[3]。

4.2 开挖隔震地沟

由于施工工地及锅炉房，都有可能是潜在的震源，在建筑大厦的周围开挖一定宽度及深度的地沟，就可以有效阻止周围场地的地震动的传入，进而避免了结构在接近源地震作用下的破坏。建议在大厦地下室外侧5m左右，开挖同深度的宽约1m的地沟，埋入软弱土或者聚酯纤维材料作为隔震层。

4.3 增建附属建筑

对于未来将发生的地震动力作用，是通过土层传递到结构基础上，远震的情况，地震传播经过了地层的反射以及折射到达建筑物地面的时候，类似于垂直的入射波，而此时开挖隔震沟的效果不太明显，给建筑物增加阻尼也只起到事倍功半的效果，而且造价的问题也相当突出，在利用现有建筑的基础上，增建群房或者延展基础，增设多塔建筑能够有效地改变结构 自振特性，和上两种方法的结合，能够有效地抵抗未来即将发生的比较强烈的地震，同时增加了结构使用面积，避免在原结构上大费周章的加固改造。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑抗震设计规范(GB50011-2010)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.05

[2]邢燕，牛荻涛，基于结构性能的抗震设计与抗震评估方法综述[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版），2005.01

[3]胡潇，钱永久，段敬民，钢管混凝土结构抗震性能的比较研究[J]，四川建筑科学研究，2009.02

张忠良（1981.12.21~ ），男，工程师，研究方向：结构设计与工法、地基基础、结构抗震。

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1007-6344（2016）03-0255-01

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