淺談建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)

摘 要：建設(shè)穩(wěn)固安全的抗震建筑是降低地震后人員傷亡率的重要手段，而建設(shè)穩(wěn)固安全的抗震建筑必須加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)的研究。文章從多方面對(duì)“剛性抗震”與“柔性防震”等建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)進(jìn)行了認(rèn)真的分析，為建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)人員提供了參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；防震技術(shù)；剛性抗震；柔性防震

在地球上，地震是不可抗力引發(fā)的自然災(zāi)害之一，常常會(huì)給人類帶來巨大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。許多年來，世界各國(guó)都在想方設(shè)法防止和減輕地震災(zāi)害。盡管現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)代，但由于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和地殼運(yùn)動(dòng)大大提高地震的難以預(yù)測(cè)性，目前，我們?nèi)匀粺o法預(yù)測(cè)地震，自然也無法完全避免。地震導(dǎo)致的人類直接傷害非常小，但是由地震引發(fā)的海嘯、泥石流、山體滑坡、建筑損壞等危險(xiǎn)因素，常會(huì)導(dǎo)致巨大的人員傷亡[1]。尤其值得注意的是，在現(xiàn)代城市發(fā)展的過程中，以磚石、鋼筋混凝土以及高層建筑結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)形式的現(xiàn)代建筑越來越多，生活區(qū)非常密集，這樣，在地震引發(fā)的建筑物破壞或倒塌時(shí)，產(chǎn)生的次生災(zāi)害常常導(dǎo)致大量的人員傷亡?？梢娊ㄔO(shè)穩(wěn)固安全的抗震建筑是非常重要的。

1 建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)的類型

目前，在建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)中最常見的技術(shù)主要有兩種類型，一種類型是傳統(tǒng)的“剛性抗震”，就是通過提高建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，達(dá)到抗破壞能力目的的設(shè)計(jì)方法。在這種設(shè)計(jì)前提下，設(shè)計(jì)師可以通過提高建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)的抗變形能力，同時(shí)還可以通過塑性設(shè)計(jì)，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)延性以及防倒塌的能力。另一種類型是“柔性防震”就是消能減震以及隔震技術(shù)，通過這兩種技術(shù)將沖擊從“硬抵抗”轉(zhuǎn)為“軟消除”[2]?！案粽稹本褪菍⒌卣疬M(jìn)行隔離，就是在建筑物的基礎(chǔ)部位、底部或者上下部結(jié)構(gòu)間設(shè)置阻尼裝置、隔震器等設(shè)備組成的能夠進(jìn)行整體復(fù)位的隔震層，其目的是為了延長(zhǎng)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有振動(dòng)周期，降低對(duì)上部結(jié)構(gòu)地震能量的輸入，進(jìn)而達(dá)到防震的目的。消能減震指的是結(jié)構(gòu)設(shè)置能量耗散裝置，通過能量耗散裝置的相對(duì)變形和能量耗散提供附加阻尼，消耗輸入結(jié)構(gòu)能量，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的防震要求。“柔性防震”的這兩種設(shè)計(jì)類型都是通過特殊的裝置，減少輸入到結(jié)構(gòu)中的地震能量，降低地震對(duì)建筑物的影響以及上部結(jié)構(gòu)對(duì)地震能量的響應(yīng)，達(dá)到防震的目的。

2 兩種建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)比較

2.1 剛性抗震技術(shù)

對(duì)于鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)，目前世界上大多數(shù)國(guó)家主要采取“剛性抗震”設(shè)計(jì)，通過增加抵抗側(cè)向力的組件（如增加梁、柱截面）；改善混凝土等級(jí)以及增大配筋等方式提高建筑的剛度與延性，進(jìn)而達(dá)到抗震的目的。但是，這種方法存在著一定的缺點(diǎn)：①建筑的剛度越大，在發(fā)生地震時(shí)引發(fā)的地震加速度越大，受到地震的作用更強(qiáng)。②無論建筑的剛度有多大，在強(qiáng)烈地震的作用下，抵抗力是非常有限的，仍然會(huì)受到極大的影響，很難保證在強(qiáng)烈地震的影響下不被破壞，只能做到不倒塌。

2.2 柔性防震技術(shù)

2.2.1 隔震技術(shù)

我國(guó)隔震技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較晚，2010年的抗震規(guī)范中將橡膠隔離支座作為隔震技術(shù)列入，并且同時(shí)指出，隔震技術(shù)能夠應(yīng)用于低層或者多層的建筑之中，由于橡膠隔離支座在抗拉屈服強(qiáng)度上相對(duì)較低，必須對(duì)非地震作用下的水平荷載進(jìn)行限制，在硬土場(chǎng)地中比較適合各種建筑的建設(shè)。

在發(fā)生強(qiáng)震的情況下，隔震層是隔震建筑發(fā)生變形的主要部位，隔震通常能夠使上層建筑水平方面的地震加速度效應(yīng)大大降低，進(jìn)而有效減輕或者消除建筑結(jié)構(gòu)的損壞。在當(dāng)前，世界各國(guó)使用的隔離支座主要有兩種類型，即滑動(dòng)隔震支座與橡膠支座。在橡膠支座中，疊層橡膠支座的應(yīng)用率高達(dá)90%以上。目前，隔震技術(shù)已逐漸成熟，理論與實(shí)踐證明，隔震技術(shù)無論在抗震性能上，還是在經(jīng)濟(jì)性上，都相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)。但是，隔震技術(shù)也有自身難于克服的缺點(diǎn)：（1）隔震技術(shù)只能有效降低水平方向的地震作用，而無法有效降低豎直方向的地震作用；（2）隔震層中配置的設(shè)備配管與配線必須采取柔性連接的方式或者采取其他方式進(jìn)行連接，以避免在發(fā)生強(qiáng)烈地震情況下因水平位移導(dǎo)致的損害，這樣就增加了建筑的造價(jià)[3]。

2.2.2 消能減震技術(shù)

通過附加耗能阻尼器的非線性遲滯阻尼或阻尼器減少能量消耗降低地震對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響，以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不被損壞或只是發(fā)生較小的損壞。能量耗散組件主要由能量耗散器、墻體、斜撐梁等構(gòu)件組成。能量耗散器主要有位移相關(guān)型能量耗散器、速度相關(guān)性能量耗散器等類型。位移相關(guān)型能量耗散器主要有金屬屈服能量耗散器與摩擦能量耗散器；速度相關(guān)性能量耗散器主要有黏彈性能量耗散器與黏滯性能量耗散器。

消能減震技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）能量耗散組件不支撐結(jié)構(gòu)，即使在地震時(shí)能量耗散組件發(fā)生塑性變形，也不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的承重情況造成影響，這樣，主體結(jié)構(gòu)就等于受到了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護(hù)，并且能量耗散組件和隔震支座相比更容易更換；（2）消能減震技術(shù)還不會(huì)受到結(jié)構(gòu)類型的限制，適合各種各樣的延性結(jié)構(gòu)，可用于新建的建筑和抗震加固建筑。（3）使用消能減震技術(shù)可以有效地降低地震作用下結(jié)構(gòu)的位移以及加速度響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，只要能夠?qū)⑾軠p震裝置應(yīng)用于結(jié)構(gòu)，不但能夠有效降低地震時(shí)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，同時(shí)還可以大大降低地震對(duì)結(jié)構(gòu)造成的水平方向以及豎向的作用，這就是消能減震技術(shù)區(qū)別于隔震技術(shù)的特征[4]。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，隔震技術(shù)與消能減震技術(shù)還存在另外的區(qū)別，例如，在計(jì)算使用隔震技術(shù)上部結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算時(shí)，可以按照降低以后水平方向影響系數(shù)的最大值進(jìn)行計(jì)算，也就是說，計(jì)算水平地震的地震烈度時(shí)可以按照水平方向的減震系數(shù)降低1.5°或者0.5°進(jìn)行計(jì)算。使用消能減震技術(shù)進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)就不能降低地震的烈度。此外，相關(guān)規(guī)范還規(guī)定無論是使用隔震技術(shù)還是效能減震技術(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)采取抗震構(gòu)造的措施能夠適當(dāng)降低，但是降低的幅度必須小于1°。

3 建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)推廣中存在的問題

盡管建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于各種類型的建筑之中，但是作為新技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)尚處于研究與完善階段，無論是安全性還是適用性尚需進(jìn)一步研究。盡管相當(dāng)多的設(shè)計(jì)師以及使用人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)的認(rèn)同度逐漸提高，但是其熟練程度以及科學(xué)運(yùn)用的水平亟待提高。同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)勢(shì)必會(huì)提高建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)。

4 結(jié)束語

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)已經(jīng)逐漸走向大中小城市，在應(yīng)用過程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真的分析，準(zhǔn)確把握設(shè)計(jì)所需各項(xiàng)條件，認(rèn)真研究設(shè)計(jì)方案，只有這樣，才能真正設(shè)計(jì)出抗震性能優(yōu)良的現(xiàn)代建筑。

參考文獻(xiàn)

[1]王景龍.談對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防震抗震的探討[J].中國(guó)科技博覽，2010，8：318-318.

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[3]楊建江，林楊.某教學(xué)樓抗震加固及結(jié)構(gòu)形式改造[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，8：153-156.

[4]賀云. 建筑物受震破壞的原因分析及現(xiàn)有房屋的抗震加固措施[J].河北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，4（3）：41-43.

作者簡(jiǎn)介：劉保戰(zhàn)（1981，6-），男，漢，山東省金鄉(xiāng)縣，中級(jí)工程師，華東管道設(shè)計(jì)研究院。