淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震措施

郭保民　許可

【摘要】在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，需要高度的重視隔震技術(shù)的應(yīng)用，為人們營造安全的居住環(huán)境，同時(shí)提高建筑的使用性能。此外，隔震技術(shù)是在不斷的發(fā)展的，因此，在未來的工作中，還應(yīng)該對(duì)隔震技術(shù)進(jìn)行有效的創(chuàng)新，并且將其應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，提高建筑的隔震性能，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)的良好發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；隔震措施

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能否充分地考慮到抗震問題，并且使用有效的措施達(dá)到抗震的目的，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性有著十分重要的影響，長期以來，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑的時(shí)候，都是堅(jiān)持小震不塌，大震能修的原則，在設(shè)計(jì)方面使用了很多措施進(jìn)行抗震工作，但是，由于各種因素的影響，這方面的工作還是存在一定的問題，本文對(duì)于建筑設(shè)計(jì)中抗震措施進(jìn)行分析，希望能夠起到一定的作用。

1、建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振原理

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常以“大震震不倒，設(shè)防烈度可修，小震震不壞”為建筑防震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。但一般而言，建筑結(jié)構(gòu)主要依靠結(jié)構(gòu)吸收變形，來消減地震造成破壞的力量。根據(jù)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，對(duì)于中小型地震，可通過變形設(shè)計(jì)抵消地震破壞力量，此方法具有可行性，而遇到大地震，則無法確保建筑結(jié)構(gòu)的安全。這也是專家工程師研究新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本原因所在。

1.1隔震原理

建筑結(jié)構(gòu)防震系統(tǒng)通常是在隔震層設(shè)計(jì)的，其將建筑結(jié)構(gòu)分為下部結(jié)構(gòu)、隔震層和上部結(jié)構(gòu)3部分。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可降低地震破壞力，將下部結(jié)構(gòu)力量傳到隔震層，并經(jīng)隔震層后的抗震裝備，消耗和吸收掉大部分的破壞能量，并將另外一小部分能量轉(zhuǎn)移至上部結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)中隔層時(shí)，需對(duì)上部結(jié)構(gòu)做出一定改變，以應(yīng)對(duì)可能由地震而引起的一系列反應(yīng)，確保建筑上部結(jié)構(gòu)遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)處于彈性狀態(tài)，不至于被破壞。

1.2減振原理

耗能減震結(jié)構(gòu)是指建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力裝置，經(jīng)過有效耗能部件設(shè)置進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減振。在建筑結(jié)構(gòu)遭受地震侵襲時(shí)，耗能裝置與部件可產(chǎn)生彈塑性，通過產(chǎn)生變形來吸收、消耗地震所帶來的巨大能量波，使其不能造成巨大的破壞，從而達(dá)到有效控震、減振的目標(biāo)。減振原理與隔震原理恰好相反，也是抗震技術(shù)的重大突破之一。在建筑結(jié)構(gòu)中，隔震、減振技術(shù)主要應(yīng)用于被動(dòng)減震，屬于消能構(gòu)件減震體系。這一結(jié)構(gòu)體系非承重構(gòu)件屬于消能裝置結(jié)構(gòu)減震體系，一般包括摩擦耗能支撐、耗能較差支撐、消能支撐，以及耗能偏心支撐、耗能隔撐等。消能剪力墻包括豎縫消能剪力墻、周邊縫消能剪力墻和橫縫消能剪力墻。在遭遇較強(qiáng)地震時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)部位會(huì)發(fā)生較大賓星，此部位的阻尼器可發(fā)揮重要的消能作用。主動(dòng)控制減震體系是指利用外部能源，兼有主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種優(yōu)點(diǎn)。其中，主動(dòng)控制效果，是通過較小的電能來調(diào)節(jié)和改變結(jié)構(gòu)性能，減少地震破壞，適用于改善工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防?；旌峡刂剖潜粍?dòng)控制與主動(dòng)控制相結(jié)合的一種控制形式，采用復(fù)合控制方法所以稱之為復(fù)合控制，一般常用的形式是HMS。三種控制方式在使用中，均需實(shí)時(shí)觀測(cè)結(jié)構(gòu)反應(yīng)，實(shí)時(shí)分析與反饋控制，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)，因此在推廣應(yīng)用上收到了諸多現(xiàn)實(shí)，而增加了結(jié)構(gòu)阻尼、防止共振的被動(dòng)控制技術(shù)，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。

2、建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)

在一般情況下，隔震技術(shù)的選擇是為將結(jié)構(gòu)的自振周期進(jìn)行延長，以此來降低建筑物本身的地震反應(yīng)。同時(shí)，在對(duì)隔震技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用的時(shí)候，需要選擇更合適的地形，避免因地形問題所帶來的隔震成效削弱。再者，隔震設(shè)計(jì)主要被運(yùn)用在了建筑物的地基與頂層設(shè)計(jì)中。在開展設(shè)計(jì)活動(dòng)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)深入了解，繼而將隔震層科學(xué)設(shè)置，使其還能夠位于建筑物的核心區(qū)域。其隔震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容可被分為以下幾種。

2.1地基材料的選擇

地基作為建筑物和地震接觸的直接地帶，是地震的直接作用區(qū)，因此對(duì)地基的隔震設(shè)置是減小地震影響力的有效手段。而建筑物地基隔震是指對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分進(jìn)行隔震處理，在基礎(chǔ)敷設(shè)墊層來削弱地震發(fā)生的地震波，以減少地震對(duì)建筑物的影響。其中傳統(tǒng)隔震的施工方式是在建筑物的地基上交叉敷設(shè)黏土與砂子，或者是在軟粘土和砂土的中間放置土工布。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)研究人員已經(jīng)研發(fā)出一種替代粘土砂墊層的改性瀝青阻尼隔震材料，因其自身具有良好的隔震減震效果，可有效減少地震對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的損害，得到廣泛應(yīng)用。

2.2隔震結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

其指的是通過對(duì)建筑物的基礎(chǔ)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)來使其得以最大程度地抵消地震波，以此來增強(qiáng)建筑物的抗震能力。但該方式不能被運(yùn)用到高層建筑設(shè)計(jì)中。因高層建筑會(huì)因此而延長自振周期，導(dǎo)致破壞程度的加劇。但在建筑基礎(chǔ)、上部間設(shè)置的隔震裝置在底層建筑物中起到很好的效果?？梢娫诮ㄖA(chǔ)隔震方面，還需進(jìn)行更深入的研究，進(jìn)一步優(yōu)化完善，使其也能在高層建筑中發(fā)揮不可替代的作用，不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

2.3對(duì)層間隔震裝置的設(shè)置

層間隔震是一種結(jié)構(gòu)抗震和隔震相結(jié)合的方法，其是在原結(jié)構(gòu)上安裝由隔震支座與質(zhì)量組成的耗能減震裝置，在發(fā)生地震時(shí)，耗能減震機(jī)構(gòu)可以吸收并消耗地震能量，降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。上述這種方法通常應(yīng)用在舊房改建，在施工方面具有易操作、簡單的優(yōu)勢(shì)。相比于建筑物基礎(chǔ)部分設(shè)置隔震裝置的辦法，層間隔震的作用不是十分顯著，減震的效果能夠達(dá)到1/10-3/10的范圍。盡管層間隔震的效果沒有基礎(chǔ)隔震突出，然而，其能夠借助原結(jié)構(gòu)的隔熱層以及結(jié)構(gòu)的加層，進(jìn)行合理的改建而達(dá)到減震的作用，且簡單、易操作，隔震裝置借助于橡膠支座。

2.4通過懸掛的方式來進(jìn)行隔震選擇

懸掛隔震指的是把建筑的大部分結(jié)構(gòu)或者整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行懸掛，也就是設(shè)計(jì)為懸掛結(jié)構(gòu)，通過這種方式，減輕地震的影響，當(dāng)發(fā)生地震的時(shí)候，地震能量不會(huì)傳遞至懸掛的建筑結(jié)構(gòu)，從而有效減小地震造成的損害。建筑結(jié)構(gòu)懸掛隔震方式通常使用在大型的鋼結(jié)構(gòu)中，大型的鋼結(jié)構(gòu)都是使用鋼結(jié)構(gòu)懸掛來達(dá)到隔震的目的。大型鋼結(jié)構(gòu)通?？梢苑殖芍骺蚣芘c子框架，在懸掛體系內(nèi)，子框架通過吊桿或者索鏈懸掛在主框架上，當(dāng)發(fā)生地震的時(shí)候，主框架會(huì)伴隨地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生搖擺，但是，子框架與主框架間有著能夠活動(dòng)的吊桿和索鏈，地震的能量傳到吊桿和索鏈的時(shí)候就會(huì)被削弱，因此能夠降低地震造成的破壞。

3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的減震技術(shù)

上述提到的幾種措施，主要是對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分或者是關(guān)鍵位置做特殊設(shè)計(jì)，或者是使用特殊的材料，或者是安裝減震裝置來達(dá)到減少地震能量的效果。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用到的消能減震技術(shù)，是使用建筑以外的部件，在一定程度上來加大建筑的阻尼，消耗地震產(chǎn)生的能量，避免建筑由于地震而遭受破壞。能夠減小地震能量，起到建筑安全保護(hù)的裝置與元件有很多，一般是各種不同的消能器與阻尼器，通常人們將這些裝置分成滯回型與粘滯型這兩類?，F(xiàn)階段，減震技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，主要有下面這樣幾種情況。

3.1新建建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

伴隨人們防震減災(zāi)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念也隨著得到更新，人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震設(shè)計(jì)、隔震設(shè)計(jì)給予了更多的重視。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了可以對(duì)于建筑的基礎(chǔ)部分使用特殊方法進(jìn)行處理外，還能夠通過安裝消能減震裝置或者是使用元件減輕地震對(duì)于建筑造成的影響，保障人民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

3.2對(duì)建成建筑的抗震加固

對(duì)于建筑的地基進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的時(shí)候，施工人員需要在建筑正式開工之前就根據(jù)隔震設(shè)計(jì)的有關(guān)措施，對(duì)于相應(yīng)的工作進(jìn)行有效完成。最遲也需要在建筑施工的過程中，在建筑的關(guān)鍵位置安裝有效的隔震裝置。倘若在建筑建成之后，再想對(duì)建筑進(jìn)行抗震加固，就需要使用增加阻尼的方式，在建筑結(jié)構(gòu)上重新加強(qiáng)消能減震的裝置。消能減震裝置比較適合用在高層建筑結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之中，在建筑中，消能減震裝置業(yè)適用于建筑的各個(gè)部位，其使用較為廣泛，不僅僅能夠使用在建筑的上部結(jié)構(gòu)中，也能夠使用在建筑的隔震夾層中。

3.3結(jié)構(gòu)的平面與豎向的合理布置

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要想達(dá)到隔震減震的效果，還需重視建筑物結(jié)構(gòu)的平面布局的影響，堅(jiān)持平面簡單、規(guī)則的原則來設(shè)計(jì)，順著建筑物的兩個(gè)方向?qū)ΨQ設(shè)計(jì)抗側(cè)力構(gòu)件，并且兩個(gè)方向的剛度相同，質(zhì)心和剛心重合。如果選用豎向布置時(shí)，結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件必須保持連續(xù)性，并順著高度勻稱變化，以免側(cè)向剛度與承載力變形。但需要注意的是，在設(shè)計(jì)的過程中，禁止設(shè)計(jì)成不規(guī)則形狀的平面與“頭重腳輕”形狀突變的立面，以免結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中而發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，降低了整體建筑的剛度。

結(jié)語：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能否充分地考慮到抗震問題，并且使用有效的措施達(dá)到抗震的目的，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性有著十分重要的影響，長期以來，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑的時(shí)候，都是堅(jiān)持小震不塌，大震能修的原則，在設(shè)計(jì)方面使用了很多措施進(jìn)行抗震工作，但是，由于各種因素的影響，這方面的工作還是存在一定的問題，本文對(duì)于建筑設(shè)計(jì)中抗震措施進(jìn)行分析，希望能夠起到一定的作用。