專利名稱：變支點房屋抗震技術(shù)設(shè)計的制作方法
本設(shè)計屬于建筑科學(xué)領(lǐng)域。它是對建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法改進(jìn)所提出的新的技術(shù)方案。
地震是一種自然現(xiàn)象，由于地殼中巖層發(fā)生斷裂或錯動以及火山爆發(fā)都可能導(dǎo)致地面發(fā)生不同程度的振動。我國是一個多地震的國家。當(dāng)前，又處在地震十年活動頻繁時期，而在人類發(fā)展的過程中，房屋抗震設(shè)計及施工始終存在不足之處，以致于地震帶給人類世界的損失是巨大的，地震之所以造成巨大的損失，除了地震本身釋放的能量極其巨大之外，也與人們對它缺乏科學(xué)的認(rèn)識有關(guān)。近年來，隨著地震工程科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)前，雖然通過建筑有限的抗震設(shè)防，使得建筑物的耐震能力有所提高，但并不能滿足現(xiàn)代人們對生活的需求。這是因為一、當(dāng)前的《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《舊規(guī)范》)把建筑物劃分為四類，而其中的社會大多數(shù)用于人們居住的建筑物卻排在第三位，它的抗震設(shè)防國家只按該地區(qū)一般的基本烈度控制設(shè)計。
二、由于我國目前的《舊規(guī)范》把建筑物的抗震設(shè)計劃分為兩個階段，而絕大多數(shù)房屋只進(jìn)行第一階段的設(shè)計。
三、當(dāng)前的抗震設(shè)計要求增加房屋構(gòu)件的截面尺寸，這勢必要提高結(jié)構(gòu)的材料用量與我國目前人們的經(jīng)濟(jì)水平低達(dá)不到要求相矛盾，也與抗震房屋要求減輕結(jié)構(gòu)自重相矛盾。
四、目前的抗震技術(shù)在設(shè)計上要求提高房屋結(jié)構(gòu)的整體性與建筑領(lǐng)域要實現(xiàn)工業(yè)化相矛盾。
五、目前，我國的抗震設(shè)計的最大缺陷是把建筑物吸收地震釋放的能量建立在構(gòu)件破壞即“塑性鉸”的基礎(chǔ)之上，此種設(shè)計方法對缺乏足夠震害資料的設(shè)計者作精確的計算不可能，發(fā)生延性破壞的構(gòu)件也很難滿足人們對居住的要求。
以上幾點，通過怎樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，達(dá)到統(tǒng)一與協(xié)調(diào)呢？這就是作為工程技術(shù)人員需要探索與解決的問題，考慮到目前我國的建筑行業(yè)正處在迅速發(fā)展的時期，因此，提供一份實用資料勢在必行。
根據(jù)物理學(xué)的研究表明地震是由橫波與縱波組成的，縱波比橫波傳播的快。表現(xiàn)在建筑物上是房屋先上下運動，然后是左右運動，這與震害分析是相一致的。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，地震波傳至建筑物所在場地時，將會使場地的地面產(chǎn)生運動。
我現(xiàn)在設(shè)計一種新的施工方法，能夠有效的滿足人們生活居住對建筑物的要求，這種設(shè)計方法的主導(dǎo)思想就是讓建筑物也能自由地運動。
它的理論依據(jù)是唯物辨證法告訴我們，運動是物質(zhì)的根本屬性。所以讓建筑物運動是符合事物發(fā)展規(guī)律的。牛頓運動定律又告訴我們，力是物體運動變化的根本原因，牛頓運動定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是F＝ma(這是F是水平地震力)F是建筑物運動的根本原因，式中m是建筑物的總質(zhì)量，這也是質(zhì)量m越大，震害越大的原因。
在設(shè)計時，通過構(gòu)造處理，讓建筑物與基礎(chǔ)分層，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，讓建筑物在基礎(chǔ)上能自由的運動，然后用足夠的拉結(jié)鋼筋把建筑物與基礎(chǔ)連接。這將能極大地吸收地震所釋放的能量，此種設(shè)計方法的優(yōu)點是多方面的，除了上述的各種矛盾能夠得到合理的解決與克服以外，還有下述優(yōu)點一、拉結(jié)鋼筋的多次冷拉受力性能決定了房屋能夠適應(yīng)地面的多次水平往復(fù)運動，起到抗震效果。大震過后余震到來前，被冷拉的鋼筋還能得到“時效硬化”的處理。
二、按照目前我國建筑的抗震設(shè)計方法，地震時，地面的運動有六個分量，即沿X、Y、Z三個方向的線位移和繞三個軸的轉(zhuǎn)動，如

圖1表示地震引起地面與建筑物運動，“O”表示震源。但設(shè)計時，繞三個軸的轉(zhuǎn)動是不加考慮的。按照新的設(shè)計方法，地震時，地面的運動就只有三個分量，即沿X、Y、Z三個方向的線位移了，因為建筑物自由的運動，固定支點移動了，繞固定支點的轉(zhuǎn)動也就不存在了。
三、目前的《舊規(guī)范》，建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)地震烈度的大小確定的，而地震烈度是由人的感覺、建筑物的破壞程度等宏觀現(xiàn)象劃分的，因此在評定某一地區(qū)的地震烈度時易摻進(jìn)鑒定者個人的主觀因素，以致于建筑物的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)受到影響。采用新的設(shè)計方法，它的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)可由建筑物的大小即重量確定，從而使房屋抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性具有科學(xué)依據(jù)。
四、地震的強弱在地震工程學(xué)中是以“震級”來表示的。按照《舊規(guī)范》設(shè)計，建筑物的破壞主要是由橫波引起的。按照新的設(shè)計方法，震級的大小只于縱波有直接關(guān)系，即地震越強，震級越大，建筑物上下運動越大，但上下運動對建筑物的破壞程度是不大的。橫波的強弱只能決定建筑物是靜止的還是相對運動的。如圖2表示地震時建筑物的相對運動，向右的兩個“→”表示運動方向，向左的一個“←”表示摩擦力方向，大小為f＝F＝μG。
根據(jù)摩擦定律f＝μG(這里f是摩擦力，即作用在房屋上的水平地震力F，μ是摩擦系數(shù)，G是正壓力，即水平時的建筑物的總重量)，材料選定的建筑物，重量和摩擦系數(shù)是確定的，摩擦系數(shù)和正壓力的乘積即摩擦力f也就確定了。有了f，就可以對建筑物抗震設(shè)計進(jìn)行定量分析了。
建筑物抗震性能的好壞是與人們是否認(rèn)識自然界的發(fā)展規(guī)律有關(guān)的，它并不取決于結(jié)構(gòu)本身，目前，國家頒布的《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》并不能準(zhǔn)確有效地保證建筑物的抗震性能和最大限度地發(fā)揮材料的作用，以增加截面尺寸用來抗震在經(jīng)濟(jì)上不合理，半統(tǒng)計半經(jīng)驗的設(shè)計使可靠度也很低。據(jù)震害分析表明建于巖石類堅硬基礎(chǔ)上的大多數(shù)房屋的破壞要比建于一般土層上的房屋輕，對于某一具體的建筑物，設(shè)計時，可以人為的砌建一個堅硬的巖石類基礎(chǔ)，基礎(chǔ)有兩種設(shè)計方法可供選擇一是用塊石砌筑，四周用鋼筋砼作圈梁，如圖3是房屋的側(cè)剖圖，J表示拉結(jié)鋼筋，L表示圈梁，X表示X型水平支撐。此法可節(jié)約鋼筋。二是用鋼筋砼條形基礎(chǔ)作基盤，此法適用于平面布置簡單的房屋。如圖4?；A(chǔ)平面配筋布置圖如圖5?；A(chǔ)配筋計算方法同目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。這里僅闡述拉結(jié)鋼筋配筋計算的主要方法當(dāng)?shù)卣饋砼R時，地面的水平運動將帶動基礎(chǔ)一起運動，而建筑物與基礎(chǔ)是分層的，它們之間可能將會發(fā)生相對運動，根據(jù)摩擦定律，摩擦力用f表示，則
f＝μG這里G是建筑物的總重量，是已知量。
μ是建筑物與基礎(chǔ)分層處之間的摩擦系數(shù)，可以通過物理實驗確定，在可能的情況下，接觸面的選材應(yīng)使μ最小。
考慮到地震時，地面可能會發(fā)生傾斜，傾角為Q(由于sinQ是安全系數(shù)，可由國標(biāo)確定)如圖6(表示地震時地面傾斜引起重力分量G1“→”表示運動方向)則G1＝(sinQ)G(通常寫成G1＝GsinQ)f與G1進(jìn)行內(nèi)力組合，則A=f+G1ψfy]]>A——鋼筋的截面積f、G1——同前fy——鋼筋的屈服強度ψ——折減系數(shù)，由鋼筋冷拉實驗確定鋼筋的根數(shù)為n，則n=AA1]]>A——同前A1——所選鋼筋的截面積在設(shè)計時，需要注意以下的技術(shù)要點1、假如經(jīng)過計算，拉結(jié)鋼筋的根數(shù)過多，可多排分散布置，并且外露部分須作防銹處理。
2、在設(shè)計時，基礎(chǔ)與建筑物的水平間距以及它們分層處的尺寸大小可由拉結(jié)鋼筋的可見長度以及伸長量確定。
3、在設(shè)計房屋與基礎(chǔ)分層處的選材時，盡量選擇摩擦系數(shù)小抗壓性能強的材料。如房屋下層與基礎(chǔ)面層各用薄鋼板鑲嵌，中間加黃油作潤滑劑和防銹劑或用水磨石打蠟塊材等。
4、在設(shè)計用鋼筋砼條形基礎(chǔ)作基盤時，如果基盤埋置過淺，不能滿足設(shè)計要求時，可在基盤下進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計。
5、在基礎(chǔ)設(shè)計中，基礎(chǔ)側(cè)面的主拉筋可選用高強鋼筋，因為側(cè)面裂縫只在地震發(fā)生時，才會出現(xiàn)，并且在地震后可進(jìn)行維修處理。
6、在房屋圍墻、臺階、門斗(有門斗時)設(shè)計時，應(yīng)滿足建筑物能自由的運動，靠近房屋的部分必須作特殊處理。
7、在設(shè)計明溝時，要防止雨水及地面水進(jìn)入基槽中。
權(quán)利要求
1.變支點房屋抗震技術(shù)設(shè)計是根據(jù)地震原理設(shè)計的關(guān)于房屋抗震的新一代建筑施工方法。其技術(shù)特征是建筑物與基礎(chǔ)分層，當(dāng)?shù)卣饋砼R時，建筑物能夠在基礎(chǔ)上自由地運動，然后通過構(gòu)造處理吸收地震所釋放的能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變支點房屋抗震技術(shù)設(shè)計，其特征是用拉結(jié)鋼筋來吸收地震所釋放的能量，以使建筑物保持平衡的。只要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，運用分層使建筑物在基礎(chǔ)上自由運動，而用其它構(gòu)造處理，諸如緩沖器、彈簧、液壓裝置等來吸收地震所釋放的能量，也屬于變支點房屋抗震技術(shù)設(shè)計的范疇。
全文摘要
本設(shè)計屬于建筑科學(xué)領(lǐng)域。它是對建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法改進(jìn)所提出的新的技術(shù)方案。它能夠有效地解決房屋抗震的技術(shù)難題。目的在于推動建筑工業(yè)化的發(fā)展。它的主要技術(shù)特征是當(dāng)?shù)卣饋砼R時，建筑物能在基礎(chǔ)上自由地運動，然后通過構(gòu)造處理吸收地震釋放的能量。本設(shè)計是用拉結(jié)鋼筋來吸收地震所釋放的能量，以使建筑物保持平衡的。最能說明該技術(shù)特征的附圖是圖2。
文檔編號E04H9/02GK1125807SQ9411855
公開日1996年7月3日 申請日期1994年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月18日
發(fā)明者趙鱘 申請人:趙新強