楼房的结构材料与抗震能力探究报告范文

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摘要:我们根据现代楼房的基本结构，设计了一种等腰梯形的房屋结构，之后我们通过网络和一些书籍中寻找到了楼房中的常见力矩，在学校工程师邓放明老师的指点下，做出了十分结实的模型，通过测量与数据统计的结果，最后经过组内的讨论交流，发现了许多问题，在后面的正文部分会具体提到。对于楼房的结构和材料与其抗震能力的关系，我们小组成员都有了进一步的了解，也激发了我们对结构设计，土木工程这一方面的兴趣。

关键词:现代楼房基本结构;常见力矩;土木工程;结构设计

一、课题研究步骤及内容

第一步:设计房屋结构具体活动:小组成员根据自己的想法每人设计一种模型的图纸，然后讨论，询问指导老师得出最佳方案。第二步:模型制作具体活动:通过所学物理知识，在校园工程师邓放明老师的指导下，我们完成了多个模型。［具体结构见(四)模型制作中的具体问题］第三步:加载实验与数据统计分析具体活动:对我们制作出来的模型进行加载实验，并记录实验数据求出γ值。第四步:得出结论具体活动:根据第三步中求出的γ值，对各个模型的抗震性能进行对比，并选出最好的模型，分析其结构。

二、现代楼房的基本防震措施

工程结构的抗振动是在干涉作用下减少工程结构或部件振动的措施。工程结构的振动可分为对应于扰动力的四种类型:周期振动，非周期振动，冲击振动和随机振动。在工程中遇到周期振动中的简谐振动。

(1)主动隔离。为了减少动载荷设备对支撑结构，生产人员和设备振动的影响，采用振动源(动态设备)进行隔振措施。

(2)被动隔振。为了减少支撑精密设备结构振动对精密设备的影响，精密设备采用隔振措施。无论是主动隔振还是被动隔振，该方法是在隔振设备和支撑结构之间安装减震器或阻尼材料，如钢弹簧，橡胶制品，软木或乳胶海绵，使频率的比例为干扰力对隔振系统的固有频率大于2，从而获得超过66%的隔振效果。钢弹簧，橡胶减震器和空气弹簧减震器通常用于减震器工程结构的隔振。阻尼材料包括橡胶，乳胶海绵，软木和玻璃纤维。

工程结构抗振动:(1)钢弹簧。螺纹弹簧和板簧有两种主要类型。圆柱形螺旋弹簧通常用于工程结构中以隔离振动。该弹簧机械性能稳定，结构简单，钢弹簧阻尼小，使隔振系统的固有频率低于3Hz。适用于振动较大的动力设备的主动隔振。对于精密设备的被动隔振，需要额外的阻尼措施。

(2)橡胶减震器。由橡胶或橡胶和金属制成。橡胶成型简单，加工方便，易于制作各种不同形状和不同应力状态的几何形状，因此橡胶减震器种类繁多，阻尼较大(能够达到0．1以上)，应用广泛。特别地，基于剪切变形的减震器具有刚度小和阻尼大的特点。(3)空气弹簧减震器。这是一项相对较新的技术。虽然它的应用并不常见，但它是一种非常有前途的振动隔离方案。它越来越受到人们的关注，并被一些工程振动隔离所采用。主动隔振技术在电力设备中的应用现已十分普遍。对于转速大于400转/分的动力设备，或者产生冲击和干涉力的设备，可以与减震器一起使用隔振，并且可以获得足够的隔振效果。通常难以隔离转速小于400转/分的动力设备的振动。通常，采用增加车间水平刚度或基础平面尺寸的方法来减小振动。精密设备的被动隔振主要是将振动与支撑设备的结构隔离开来，使隔振后支撑结构的振动小于精密设备的允许振动。其指数可能是位移，或速度或加速度。支撑结构的振动由两部分组成:1)空调设备和加工等动力设备引起的机械振动;2)地震波，地下水流，地磁和潮汐变化引起的地面波动。对于一般精密设备的隔振，通常不需要考虑地面脉动的影响，但对于某些高精度设备(如激光控制的某些仪器和设备)，需要对地面脉动的影响进行处理，需要慎用。一些对防振有特殊要求的精密设备(如重力加速度计)，采用带油阻尼器的悬架系统和伺服反馈方法，是一种很有前途的防振措施。

三、模型制作中的具体问题

一号模型模型规格:制作时间:6个小时左右质量:136g(静载，扭转均通过)立柱:选用的是三层白卡纸圆柱形立柱。(表面有螺纹式拉条)R=10mm房梁:选用的是6根三棱柱白卡纸房梁和6根长方体白卡纸房梁。(边长分别为16mm和18mm)斜拉条:选用的是4mm宽的白卡纸拉条。其他:楼面板每层采用了四条4mm宽的纸带做成井字形。一号模型是小组成员们自己摸索着做的，工艺不是特别细致，但是也算比较稳健，因为不太熟悉乳白胶的特性，所以放弃了用胶粘贴而是选择了在立柱上开孔，直接将横梁插入立柱中，这样做其实是会削弱立柱的强度，然而我们的柱子还能够完成加载试验，说明三层纸的强度是远远大于极限值的。二号模型模型规格:制作时间:3个小时左右质量:105g(静载，扭转均通过)立柱:选用的是两层半白卡纸圆柱形立柱。(表面有螺纹式拉条)R=8mm房梁:选用的是12根三棱柱白卡纸房梁。(边长为15mm)斜拉条:选用的是4mm宽的白卡纸拉条。其他:取消了楼面板的井字结构，加入在两根梁与立柱的连接处有三角形纸片固定。二号模型是一号模型在经过老师指点后做出的第二个模型立柱减少一圈纸，材料大幅度减少，质量自然减轻了不少，熟悉了乳白胶的特性后粘贴工艺也好了许多，二号模型在加载实验中表现良好，所以我们决定在立柱和房梁处做文章，减小其质量。三号模型模型规格:制作时间:3个小时左右质量:69g(静载，扭转均通过)立柱:选用的是两层白卡纸圆柱形立柱。R=8mm房梁:选用的是12根圆柱白卡纸房梁。r=5mm斜拉条:选用的是4mm宽的白卡纸拉条。其他:立柱表面无螺纹式拉条，但在立柱中加入了圆形纸片以增加立柱强度。三号模型本是一个预计的极值模型，我们将所有的立柱都减到了两层纸，横梁全部由三棱柱变为单层纸圆柱，质量直接减少30g，两个实验却也是轻松通过了，说明了这还不是白卡纸的极限。四号模型模型规格:制作时间:3个小时左右质量:61g(静载，扭转均通过)立柱:选用的是两层白卡纸圆柱形立柱。R=7mm房梁:选用的是12根圆柱白卡纸房梁。r=3mm斜拉条:选用的是4mm宽的白卡纸拉条。其他:将立柱中的圆形纸片换为4mm高的小圆纸饼，使其结构为竹筒状。(仿生结构)四号模型的立柱为竖直立柱，整体为长方体而不是台体，且立柱又减少了一层，立柱呈竹筒状，其强度甚至比两层纸更加坚固。然而在后面的计算中竖直立柱的γ值比斜柱的γ值多了10倍左右，所以我们放弃了这种竖直立柱的工艺。

四、研究方法

本课题采用了文献法和数据统计法等研究方法。(一)文献法我们充分地利用了网络、杂志、书刊和所学知识，以及向指导老师咨询相关信息，使我们后来的研究有了目的性和科学性。(二)数据统计法我们将光学传感器的示数通过专业软件绘制成了震动图像，以便于γ值的计算。

五、课题结论

(1)房梁，柱子部分只需用一层纸即可满足载重条件。

(2)侧面斜拉条必须要拉，来平衡水平方向的扭转力的分力。

(3)立柱中间塞入小圆纸饼，将其做成竹筒状，能在最轻的质量下发挥材料的强度。(仿生结构)

(4)横梁的强度完全足够，可以尽可能的减弱。

(5)理论上，柔性结构的抗扭转能力优于刚性结构，但是从γ的计算值来看，刚性结构的γ值远小于柔性结构的γ值，所以说虽然柔性结构在能量的散失能力方面优于刚性结构，但在实际操作过程中刚性结构的第三峰值扭转角较小。

六、存在的问题以及有待改进的地方

虽然我们希望我们的研究实验工作能十分完善，但在实现我们研究计划的过程中，我们遗憾地发现研究工作的困难以及不规范，有很多需要改进的地方，如:计划不够完善，时间安排不够妥当，专业知识过少等等问题，这些有待于在将来的研究中改进。

七、结语

这次研究性学习使我们充分的了解了楼房的结构和材料与其抗震能力的关系。在研究性学习中，我们克服了种种困难，我们认识到了我们现在所学习的知识只是皮毛，想要真正的了解这个世界的规律，我们需要更加努力地学习，激发了我们对日后的学习生活的热情，希望这样的研究性学习在日后能够更多更好的开展。

参考文献:

［1］周明华．土木工程结构试验与检测．第2版［M］．东南大学出版社，2010．

［2］李智敏，屠泓为，田勤俭，等．2008年青海大柴旦6．3级地震及发震背景研究［J］．地球物理学进展，2010，25(3):768-774．

作者:刘润杰 单位:湖南师大附中