試述建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)

胡光輝

摘要：地震在人類的發(fā)展史中是比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，將會威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。在建筑工程建設(shè)中，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能可以有效的減少地震所造成的破壞，為人們提供安全保障。因此，本文針對建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);防震技術(shù);應(yīng)用

在上世紀(jì)，日本建筑設(shè)計師提出了建筑防震技術(shù)的靜力理論，后來慢慢發(fā)展成為減小剛度的結(jié)構(gòu)體系，繼而發(fā)展成為上部剛度大、下部剛度小的柔性底層結(jié)構(gòu)體系。然后到了上世紀(jì)末期形成了當(dāng)前世界各國普遍采用的延性結(jié)構(gòu)體系抗震方法。所謂的延性抗震方法是將設(shè)防烈度作為工程設(shè)計的基礎(chǔ)依據(jù)，把抗作為主要的途徑，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和控制建筑結(jié)構(gòu)的剛度來增加建筑的延性，這種設(shè)計可以使建筑在遇到地震時呈現(xiàn)非彈性狀態(tài)，以此來消耗地震傳來的能量，這樣可以最大限度的避免建筑結(jié)構(gòu)受到地震的破壞，即建筑受到了破壞也不會出現(xiàn)倒塌的情況。

一、建筑結(jié)構(gòu)主要防震技術(shù)分析

我國現(xiàn)在城市建筑的防震方法有兩種：一是建筑結(jié)構(gòu)抗震方法，這種方法包括底部剪力法、頻譜法、隨機(jī)振動法、時程分析法以及振型分解法。二是建筑物的結(jié)構(gòu)減震隔震方法。這種方法包括輥軸隔震、滾珠隔震、橡膠墊塊隔震、懸掛基礎(chǔ)隔震、搖擺支座隔震、滑動支座隔震、懸掛結(jié)構(gòu)隔震、耗能減震、主動控制減震等。

二、建筑結(jié)構(gòu)防震技術(shù)的應(yīng)用

1.彈性防震技術(shù)

目前在我國彈性建筑設(shè)計是一種最新的建筑防震方法，這種建筑的最大特點就是可以達(dá)到以柔克剛的效果，現(xiàn)在建筑行業(yè)中最常使用的就是將大樓建在隔離體上面進(jìn)行防震，而隔離體是由阻尼器。分層橡膠以及硬鋼板組共同構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)安排可以使建筑不和地面直接接觸，可以有效的避免建筑受到來自地面的強(qiáng)大沖擊力。這個結(jié)構(gòu)中的阻尼器可以減緩建筑上下的顛簸，是由螺旋體鋼板組成的。而且有研究表明建筑也可以建在滾珠和彈簧上面，這也是一中新的抗震設(shè)計理念，它和傳統(tǒng)的防震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念有相同點，都是通過將建筑與地面隔離起來，這樣避免建筑受到地震產(chǎn)生的沖擊力，減少建筑結(jié)構(gòu)振動進(jìn)而實現(xiàn)防震效果。

2.隔震技術(shù)

在建筑工程實施過程中為了保留建筑柔性底層結(jié)構(gòu)體系的特征、避免底層結(jié)構(gòu)中的元件受到破壞，要使用隔震結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)隔震裝置在建筑中所處的位置可以分為三類：地基隔震、基礎(chǔ)隔震以及層間隔震。

第一，地基隔震。絕緣和屏蔽都屬于地基隔震的范疇，絕緣隔震是利用有降低輸入加速度性質(zhì)的軟土地基，但是這種方法要求建筑地基能夠支撐地面的建筑結(jié)構(gòu)，而且這種軟土地基的沉降量要在允許的范圍之內(nèi)，然后在地基中降低輸入波。屏蔽隔震是采用在建筑結(jié)構(gòu)周圍挖一條很深的溝壑，或者在建筑的四周埋下屏蔽板，這樣可以將隔斷長周期的剪切波。這兩種方法都是對建筑的地基進(jìn)行改造來減少地震時的輸入波，但是考慮到建筑地基的關(guān)鍵性，在實際建筑工程中很少用到這種方法。

第二，基礎(chǔ)隔震。這項隔震技術(shù)是目前房屋建筑行業(yè)使用最為廣泛的一種技術(shù)，而且該技術(shù)發(fā)展的也比較成熟，它的設(shè)計原理是在建筑結(jié)構(gòu)底部放置控制機(jī)構(gòu)，以此來實現(xiàn)阻止地震能量向建筑上部傳輸?；A(chǔ)隔震的方法一共有三種，一是使用橡膠墊隔震裝置，包括高阻尼橡膠墊、天然橡膠墊、標(biāo)準(zhǔn)多層橡膠墊和加鉛多層橡膠墊等。二是滑移隔震。是在建筑結(jié)構(gòu)地面放置滑移層，滑移層是由鋼摩擦滑板、涂層和砂料等，當(dāng)發(fā)生地震的時候建筑通過滑移層形成的不接觸介面產(chǎn)生滑動位移，切斷了地震波的傳輸，以此限制了上部建筑的地震反應(yīng)。三是滾珠隔震。這種結(jié)構(gòu)原理是為高強(qiáng)度的鋼珠涂上一層潤滑層，然后把它放在建筑物和基礎(chǔ)的中間，當(dāng)發(fā)生地震的時候滾珠產(chǎn)生滾動，減少了上層建筑結(jié)構(gòu)的移動，有效的降低了地震給建筑帶來的破壞。

在建筑工程實際建設(shè)中隔震裝置除了可以放在建筑的底部也可以根據(jù)建筑的需要在層與層之間放置隔震裝置，像這種結(jié)構(gòu)的隔震裝置最初都是用來隔震的橡膠支座，但是隔震層放置的位置不同因此被稱為層間隔震結(jié)構(gòu)。

3.減震技術(shù)

我們知道工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計必須遵從相關(guān)的規(guī)范，建筑抗震設(shè)計規(guī)范對工程應(yīng)用中的安全性提出了具體的要求。

3.1減震技術(shù)的設(shè)計原理

消能減震技術(shù)從字面上來理解就是用一種特殊的裝置來消耗地震帶給建筑結(jié)構(gòu)的能量，這種技術(shù)原理是在建筑的抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)中添加耗能裝置，用局部發(fā)生變形提供的阻力來消耗地震向上層建筑傳輸?shù)哪芰浚墙ㄖ谟龅降卣饡r不會受到較大的破壞，這種耗能減震裝置不會對建筑結(jié)構(gòu)的形式有所影響，和普通建筑相比沒有降低但是它的抗震安全性能卻得到了大幅度的提升。

3.2減震技術(shù)的設(shè)計要求

如果建筑是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型的，并且需要減少地震時產(chǎn)生的水平位移，這時候就適合采用消能減震設(shè)計。減震的設(shè)計要基于當(dāng)發(fā)生罕見地震時建筑產(chǎn)生的位移幅度來制定設(shè)計的準(zhǔn)則、具體要求以及適當(dāng)?shù)南茉?，消能元件的選擇要能夠提供較大的附加阻力，切實在地震中起到一定的作用。現(xiàn)在的消能元件有很多種：橡膠墊隔震減震器、封閉型減震器、不銹鋼絲繩減震器以及空氣阻尼 減震器等。消能部件一般是由節(jié)點、墻體、消能器以及斜撐等支撐構(gòu)件組成的一種連接，在設(shè)計的時候要符合鋼結(jié)構(gòu)連接或者鋼筋混凝土構(gòu)件連接的構(gòu)造要求，而且節(jié)點要能夠承擔(dān)消能器帶來的強(qiáng)大作用力。一般消能器可以采用速度相關(guān)型、位移相關(guān)型以及其他的類型。速度相關(guān)型的消能器包括粘滯消能器和粘彈性消能器;而位移相關(guān)型消能器包括金屬屈服消能器和摩擦消能器等。

如果有需要消能的元件可以分別設(shè)置在兩個主軸的方向上，消能元件安裝的嘴合適位置是在層與層之間發(fā)生變化較大的位置，裝置的數(shù)量和分布情況要通過綜合分析進(jìn)行合理的布置，這樣才能有效的提高消能裝置在建筑中的消能作用，建筑結(jié)構(gòu)里與消能元件相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要能夠?qū)⑾懿考鬟f的內(nèi)力分散到建筑基礎(chǔ)上。

3.3建筑安全評估要求

現(xiàn)在建筑工程結(jié)構(gòu)的防震減震設(shè)計依然是以概念設(shè)計為主，在實際的應(yīng)用中并不多，而這種防震減震的概念設(shè)計也是根據(jù)國外的地震災(zāi)害經(jīng)驗總結(jié)確定的，尤其是在對待建筑地基處理、選材方面以及抗震結(jié)構(gòu)措施等都是按照烈度不同設(shè)計的，在我國的大部分城市建筑中防震結(jié)構(gòu)都是以設(shè)防烈度為基礎(chǔ)依據(jù)，因此在建筑工程現(xiàn)場的安全性評估報告中應(yīng)該具備明確的設(shè)防烈度評價的結(jié)論。

三、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)防震減災(zāi)技術(shù)理論體系會逐漸成熟，建筑施設(shè)計人員應(yīng)認(rèn)真分析建筑結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確把握各項設(shè)計要求和原則，設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、抗震性能優(yōu)越的現(xiàn)代建筑。本文的上述理念設(shè)計和抗震裝置介紹都是近些年來對國內(nèi)建筑抗震相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究體會，希望能夠引起建筑行業(yè)和居民對防震設(shè)計的關(guān)注，以期為我國建筑行業(yè)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方面起到一定的指導(dǎo)作用。

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