建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減震和振動控制

鄧 巍

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責(zé)任公司 845350）

建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減震和振動控制

鄧 巍

（克孜勒蘇柯爾克孜自治州第一建筑安裝工程有限責(zé)任公司 845350）

近年來，地震災(zāi)害常有發(fā)生，輕則影響整個(gè)建筑物的正常使用情況，重則威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此全面做好建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減震和振動控制具有非常重要的意義。基于此本文筆者首先簡單的論述建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震，然后再分別闡述建筑結(jié)構(gòu)隔震、減震和振動的措施。

隔震；減震；建筑結(jié)構(gòu)

在工程建筑的修建過程中，其建筑結(jié)構(gòu)的安全性和整體抗震性能的好壞與是否有效采取抗震措施密切相關(guān)。其中，當(dāng)前實(shí)行的隔震、減震和振動控制措施對減輕建筑結(jié)構(gòu)受地震災(zāi)害的影響非常明顯，所以即便整個(gè)建筑工程造價(jià)有一定增加也是值得的[1]。因此，在當(dāng)前建筑修建過程中，采取隔震、減震和振動控制措施具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震概述

由于建筑物結(jié)構(gòu)的阻力大小對消減地震能量具有非常重要的作用。目前，建筑結(jié)構(gòu)的減震措施則正是利用這一點(diǎn)來合理增加建筑物結(jié)構(gòu)的阻力大力，最大限度消耗地震災(zāi)害發(fā)生過程中的地震能量，從而起到保護(hù)建筑物主體結(jié)構(gòu)的作用。通常情況下，建筑消能構(gòu)件應(yīng)主要設(shè)置在兩個(gè)主軸方向，這便能夠讓建筑物兩個(gè)方向的阻力和剛度都有附加。除此之外，一些建筑物在修建過程中，還將消能構(gòu)件設(shè)置于整個(gè)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)變化較大的位置，以此均衡建筑物的阻力，最大限度消減地震能量，從而保護(hù)建筑物的安全。

建筑結(jié)構(gòu)隔震措施使用具有一定的時(shí)間限制，所以盡量在整個(gè)建筑物開始動工之前進(jìn)行相應(yīng)的隔震設(shè)計(jì)。如果時(shí)間不允許，也應(yīng)該堅(jiān)持在建筑施工過程中在相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置；建筑結(jié)構(gòu)隔震措施的使用位置也是有規(guī)定的，一般設(shè)計(jì)于建筑物的地基結(jié)構(gòu)和整個(gè)建筑物的關(guān)鍵部位。其中減震措施與隔震措施相比，不同點(diǎn)在于減震措施在使用時(shí)間上沒有限制條件。它不僅可以在一些新建結(jié)構(gòu)加對建筑物的基礎(chǔ)部分采取特殊處理，并對建筑物的局部設(shè)置相應(yīng)的消能減震措施，而且還可以在整個(gè)建筑物修建完成之后采取抗震加固措施，合理增加建筑物的阻力，從而起到減震的效果。同時(shí)，減震措施所適用的建筑部位范圍更加廣泛，不僅適用建筑物的上部結(jié)構(gòu)，而且適用于建筑物設(shè)隔震夾層[2]。

建筑結(jié)構(gòu)隔震、減震技術(shù)主要是在整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)上增加消能減震的裝置和結(jié)構(gòu)、元件，以此增加建筑結(jié)構(gòu)的阻力，讓附加裝置吸收和消耗能量，達(dá)到保護(hù)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)主體安全的作用，更好的控制建筑物結(jié)構(gòu)變形。通過大量的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，建筑消能減震的結(jié)構(gòu)具有非常明顯的抗震性效果。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造可以按照尚未設(shè)置消能減震前的結(jié)構(gòu)合理降低，但需以兩者的地震影響系數(shù)之比來確定降低的程度，切不可超過度。

2 建筑結(jié)構(gòu)中的隔震措施

建筑結(jié)構(gòu)的隔震措施應(yīng)用與整個(gè)建筑物位于的場地存在密切的關(guān)系。目前，大量資料顯示，當(dāng)前采取的隔震措施主要適用于硬土場所。如果在弱土場地對建筑物采取隔震措施，其地震波的中高頻分量將會由于建筑物所在場地的特性被過濾掉，反而會因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)而延長地震的效應(yīng)，進(jìn)而加大地震對建筑的損害程度。因此，在建筑結(jié)構(gòu)采取隔震措施之前需對建筑所處場地進(jìn)行專門的調(diào)查和研究。

2.1 地基材料隔震

不同的建筑地基材料對地震波的反應(yīng)不同。其中在建筑物的基礎(chǔ)位置使用特殊的材料，并對這種特殊材料進(jìn)行相應(yīng)的處理，以此消減地震波，從而減少建筑物地震中的震感和反應(yīng)。在之前建筑物修建地基的過程中，主要使用的是黏土和砂子進(jìn)行墊層，并且有人以糯米為主要原材料設(shè)置墊層進(jìn)行相關(guān)的研究。目前，主要以瀝青為主要原材料設(shè)置隔震層，并應(yīng)用于建筑物地基修建過程中，其隔震效果較好[3]。

2.2 基礎(chǔ)隔震

所謂基礎(chǔ)隔震主要是讓地震波在建筑基礎(chǔ)部位被消耗掉，避免地震波向建筑物上端傳遞，降低地震波對建筑上部結(jié)構(gòu)的影響?；A(chǔ)隔震主要是將隔震裝置設(shè)計(jì)于建筑基礎(chǔ)部位與建筑上部結(jié)構(gòu)之間。通常情況下，體形較為規(guī)則的低多層建筑使用隔震技術(shù)比高層建筑使用隔震技術(shù)的效果更好。這主要是由于高層建筑的結(jié)構(gòu)與低多層建筑的結(jié)構(gòu)不同，其隔震結(jié)構(gòu)在一定程度上延長了建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，從而降低了建筑的隔震效果。目前，多種基礎(chǔ)隔震和隔震裝置形式發(fā)展較為完善。

2.3 層間隔震

層間隔震主要是在建筑的原結(jié)構(gòu)上安裝相應(yīng)的耗能減震裝置，其裝置主要由質(zhì)量和隔震支座組合而成。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的隔震裝置和減震質(zhì)量共同開始作業(yè)，能夠吸收和消耗掉部分地震能量，從而減少整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)受地震的影響。從整體層面上分析，層間隔震將抗震技術(shù)和隔震技術(shù)較好的結(jié)合在一起了。但是，層間隔震與基礎(chǔ)隔震技術(shù)相比較，層間隔震所發(fā)揮的減震效果稍差一些。不過，盡管層間隔震效果不明顯，但是應(yīng)用的范圍較廣，既適用于新建筑物，又適用于建筑物的加固。層間隔震裝置主要使用的是橡膠支座，并利用結(jié)構(gòu)的夾層或原結(jié)構(gòu)的隔熱層進(jìn)行簡單的更改，則可以發(fā)揮一定的減震效果[4]。

2.4 懸掛隔震

所謂懸掛隔震結(jié)構(gòu)主要是將建筑主體與地面地震波隔離開，避免建筑主體受到地震波的損毀。因此，懸掛隔震技術(shù)將建筑結(jié)構(gòu)的大部分懸掛于地面之上，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，整個(gè)建筑物的上部結(jié)構(gòu)與地震波無法產(chǎn)生相應(yīng)的慣性力，所以懸掛隔震的效果較為明顯。通常情況下，懸掛隔震技術(shù)主要適用于鋼結(jié)構(gòu)。大型鋼結(jié)構(gòu)主要包括主框架和子結(jié)構(gòu)，將子結(jié)構(gòu)合理的懸掛于主框架之上，則能夠較好的將子結(jié)構(gòu)與地震波隔離開。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，其能量傳輸?shù)綉覓斓奈恢脮r(shí)，則能夠大大減少地震的作用，較好的控制地震的傳遞和反應(yīng)。

2.5 建筑走向

通過大量的地震災(zāi)害表明，建筑物在地震過程中的受損程度與地震的震向存在較大的關(guān)系。其中，與地震震向垂直的建筑物的受損程度與地震震向平行的建筑物的受損程度相比較，一般與地震地震平行的建筑物受到破壞的程度更大。這主要是因?yàn)楫?dāng)建筑物與地震震向一致時(shí)，如果地震運(yùn)動的幅度越大時(shí)，建筑物受到的損害則更加慘重。因此，在建筑物的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該充分考慮到地震與地質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，全面分析建筑物所在地區(qū)的地震震向，堅(jiān)持保持建筑物的走向與地震震向保持垂直，進(jìn)而從源頭上減少建筑物的地震反應(yīng)。

3 建筑結(jié)構(gòu)中的減震措施

建筑結(jié)構(gòu)減震措施主要是利用建筑物外的部件來增加整個(gè)建筑物的阻力，合理減少地震傳遞給整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的能量，避免建筑物受到地震的損害。其中減震部件設(shè)置的位置需要經(jīng)過綜合分析。消能構(gòu)件應(yīng)主要設(shè)置在兩個(gè)主軸方向，這便能夠讓建筑物兩個(gè)方向的阻力和剛度都有附加，以便更好的發(fā)揮消能的作用。

減震措施不僅僅適用于新建筑結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)，對整個(gè)建筑物的基礎(chǔ)部分采取特殊的處理措施，還可以充分利用消能減震裝置，或者是消能減震元件減少地震波對建筑物的作用，有效保障建筑物的整體安全，而且還可以用于建筑物現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗震加固。但是，針對建筑物的地基或者基礎(chǔ)采取隔震措施時(shí)，一定要在建筑物尚未動工之前，嚴(yán)格按照隔震設(shè)計(jì)的要求完成相關(guān)的工作。建筑結(jié)構(gòu)減震措施的適用部位較為廣泛，不僅可用于整個(gè)建筑物的上部結(jié)構(gòu)，且適用于建筑物的隔震夾層。其中，消能減震技術(shù)主要是通過設(shè)置特別的結(jié)構(gòu)和元件，合理的消耗地震的能量，以此保護(hù)房屋建筑的主體結(jié)構(gòu)安全。當(dāng)消能減震結(jié)構(gòu)的抗震性不斷提高時(shí)，則可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)降低建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求。但是這個(gè)降低程度則需要根據(jù)消能減震結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)與未設(shè)置消能減震裝置結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)之比進(jìn)行確定，其最大降低程度應(yīng)該控制在1度以內(nèi)。

4 建筑物走向設(shè)計(jì)抗震問題

眾所周知，地震的發(fā)生是因?yàn)榈貧さ倪\(yùn)動而引起的，所以地質(zhì)結(jié)構(gòu)對于抗震設(shè)計(jì)來說非常重要。基于此，我們必須將房屋的例塌與震向進(jìn)行緊密相連。所謂震向，也就是在地震發(fā)生之后，房屋震動的方向。所以，在對建筑物進(jìn)行選址時(shí)，我們必須充分的考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件。對當(dāng)?shù)氐牡卣鹫鹣蜻M(jìn)行深入的分析，始終要讓建筑物的走向與地震震向保持垂直狀態(tài)，盡量避免兩者之間的走向出現(xiàn)平行的情況。從剛剛發(fā)生的玉樹地震與汶川地震的實(shí)際情況來看，與地震震向垂直的建筑物基本上都沒有倒塌，相反與地震震向平行的建筑物則基本倒塌。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐研究證明，在發(fā)生地震時(shí)，受到地震波的影響，與地震震向平行的建筑物波動幅度比與地震震向垂直的建筑福更大，更容易倒塌。

5 總結(jié)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)隔震和減震措施在應(yīng)用過程中，其隔震裝置和消能構(gòu)件應(yīng)該符合以下幾點(diǎn)要求：①建筑隔震裝置和消能構(gòu)件的性能參數(shù)應(yīng)該經(jīng)過全面分析和試驗(yàn)再確定；②設(shè)置部位應(yīng)該方便檢查和更換；③設(shè)計(jì)文件上應(yīng)明確標(biāo)注出隔震裝置和消能部件的性能要求，并在安裝之前嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行檢查，確保整體性能符合要求。

[1]張亞娟.建筑結(jié)構(gòu)隔震與減震設(shè)計(jì)問題及解決方法[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2015（3）：97～98.

[2]吳海鵬.震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].江西建材，2012（5）：16～ 17.

[3]羅志敏.試論我國建筑結(jié)構(gòu)中隔振技術(shù)的措施[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察，2012（4）：151.

[4]董 芳，李紅星.H建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震技術(shù)集成與開發(fā)[J].知識經(jīng)濟(jì)，2011（11）：119～120.

TU973.31

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