分析建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的研究和應(yīng)用

文/王功江 遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽(yáng) 110005

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

首先，在水平荷載上。低層建筑的水平荷載作用、位移通常都比較小，也很少會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)巨大影響，所以說(shuō)，對(duì)于低層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，豎向荷載是其應(yīng)考慮的決定性因素。而對(duì)于高層建筑來(lái)講，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決定性因素則是水平荷載，同時(shí)豎向荷載也會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)較大影響。

其次，對(duì)于軸向變形來(lái)講。對(duì)于目前樓層越來(lái)越高的建筑工程，其豎向荷載往往都會(huì)引發(fā)相應(yīng)的軸向變形，同時(shí)也會(huì)給建筑連續(xù)梁的抗彎承載力帶來(lái)不利影響，導(dǎo)致連續(xù)梁中間支座負(fù)彎矩值、跨中負(fù)彎矩值的不斷降低，而建筑端支座的負(fù)彎矩值則會(huì)隨之不斷增加，進(jìn)而對(duì)其建筑構(gòu)件、構(gòu)件剪力帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的側(cè)向變形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也會(huì)隨之不斷降低，特別是在樓高高度不斷增加背景下，軸向變形的形成也會(huì)極為顯著，進(jìn)而無(wú)法給建筑結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障，因此，在具體設(shè)計(jì)中，對(duì)于軸向力值應(yīng)給予著重考慮，并通過(guò)相應(yīng)措施的科學(xué)實(shí)施來(lái)有效防止軸向變形現(xiàn)象的產(chǎn)生。

最后，對(duì)于側(cè)向變形來(lái)講。就目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，特別是高層建筑，側(cè)向變形已經(jīng)逐漸成為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素，面對(duì)建筑樓層的不斷增加，在水平荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形速度也會(huì)不斷提升，所以，在具體設(shè)計(jì)中，其建筑結(jié)構(gòu)不僅要具有良好的強(qiáng)度、剛度，還要在充分保障結(jié)構(gòu)承載力的基礎(chǔ)上，擁有一定的抗側(cè)剛度，以此來(lái)確保在受到水平荷載作用后，其建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生的側(cè)向變形能夠始終處于合理范圍內(nèi)，以此來(lái)為其安全使用性能提供有力保障。

2、隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

2.1 建筑物地基采用特殊材料隔震

因建筑物不同選取的地基材料存在差異，這主要因?yàn)榈卣鸩ǚ磻?yīng)的作用?？山柚厥獠牧厦嫦蚪ㄖ锏鼗鶎?shí)施處理操作，進(jìn)而削弱地震波，以此來(lái)讓減小震感。在以往的建筑物中，一般通過(guò)粘土與砂子完成基礎(chǔ)部分墊層，再有人借助糯米墊層探索抗震，多年的發(fā)明探索和試驗(yàn)表明原料是瀝青的這種新型材料開展隔震層設(shè)置對(duì)應(yīng)的效果十分顯著。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)一般安裝在樓層上部結(jié)構(gòu)水平面寬度較小而樓層之間剛度較大、樓層高度在三十層以下的樓房建筑中。假如該樓房上部結(jié)構(gòu)水平面寬度較大而不同樓層之間剛度又很小、樓層數(shù)量又較大，這時(shí)候的樓房上部結(jié)構(gòu)就是多質(zhì)點(diǎn)的隔震結(jié)構(gòu)體系，需要采取相應(yīng)的多質(zhì)點(diǎn)隔震模型，而且另外還要想辦法防止隔震結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和發(fā)生傾覆等意外情況。

對(duì)于位于強(qiáng)地震帶和高烈度地區(qū)的高層建筑要采用橡膠材料的隔震結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄鹉z隔震結(jié)構(gòu)中的隔震支座在沖擊波作用下會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力或者發(fā)生輕微的非線性變形，從而保證高層建筑結(jié)構(gòu)的整體安全和穩(wěn)定。對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的組合隔震體系而言，如果隔震層上部結(jié)構(gòu)傾覆彎矩太大的話，發(fā)生的水平地震作用力就會(huì)使得隔震層轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，加大隔震結(jié)構(gòu)在垂直方向的負(fù)載，那么該高層建筑隔震層就會(huì)發(fā)生較為突出的縱向變形。所以，在考慮高層建筑基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力體系時(shí)，一方面要考慮到隔震結(jié)構(gòu)的多質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)受力，最好是采用多質(zhì)點(diǎn)擺動(dòng)加平動(dòng)隔震計(jì)算模型，另一方面還要考慮到隔震結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.3 建筑物層間隔震措施

層間隔震這種方法主要適用于舊房改建，在施工方面具有簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)。與建筑物基礎(chǔ)部分設(shè)置隔震裝置的辦法相比，層間隔震的效果不是非常明顯，減震的效果可以達(dá)到1/10～3/10的范圍，因?yàn)閷娱g隔震的作用無(wú)法參與到建筑物的整體結(jié)構(gòu)中，所以達(dá)到的隔震效果也較其他方法差一些。這種方法主要是依靠設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)各層間隔的減震裝置吸收或者削弱地震能量，從而減小地震對(duì)建筑物的危害，設(shè)置的裝置基本與基礎(chǔ)隔震的相同，二者的區(qū)別主要在于該方法應(yīng)用于舊房的改建施工中，而上述方法主要應(yīng)用于新建筑的施工中。

2.4 懸掛隔震

懸掛隔震是將建筑物的大部分或者整個(gè)結(jié)構(gòu)懸掛起來(lái)，也就是通常所說(shuō)的懸掛結(jié)構(gòu)，這樣，當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，地震的能量不會(huì)傳遞給懸掛起來(lái)的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減小地震損害的目的。這種隔震方式最常見于大型鋼結(jié)構(gòu)，大型鋼結(jié)構(gòu)總是采用鋼結(jié)構(gòu)懸掛體系，以此隔震。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)要求比較高，因?yàn)橐獙⒔Y(jié)構(gòu)的主體框架和子框架的結(jié)合做到完美的結(jié)合，才能保證在地震來(lái)臨時(shí)，子結(jié)構(gòu)不受干擾。因?yàn)樗淖饔迷硎?，?dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，主框架會(huì)隨著地殼運(yùn)動(dòng)發(fā)生搖擺，但是子框架和主框架之間是能夠活動(dòng)的索鏈和吊桿，地震的能量到達(dá)這個(gè)部位的時(shí)候就會(huì)削弱，不至于傳遞到子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是防震效果好，可以有效的阻斷地震力對(duì)于建筑物的傷害，但是缺點(diǎn)是工程造價(jià)高，一般的住宅建筑不宜使用，因?yàn)榇罅康匿摻Y(jié)構(gòu)會(huì)大大增加建筑的成本。

2.5 新型隔震支座的研發(fā)

近年來(lái)，有學(xué)者提出對(duì)三維隔震的概念，即采用厚橡膠隔震支座，在保持橡膠總厚度不變的情況下，降低隔震支座的軸向剛度以達(dá)到減少垂直方向地震作用的目的。因此，三維隔震支座可應(yīng)用于同時(shí)有效隔離鐵路交通引起的振動(dòng)、環(huán)境振動(dòng)和地震震動(dòng)的情況。對(duì)于三維隔震支座我國(guó)目前已有生產(chǎn)，今后將會(huì)逐步推廣。

2.6 隔震支座的計(jì)算機(jī)模擬

依據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)工程所應(yīng)用的隔震支座須進(jìn)行材料和結(jié)構(gòu)性能方面的測(cè)試，但隨著新建隔震建筑數(shù)量的增多，規(guī)模的擴(kuò)大，如果對(duì)全部隔震支座都進(jìn)行材料和結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)檢驗(yàn)，然后包裝運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝工作，這樣很容易因試驗(yàn)時(shí)間的延遲造成工程工期的拉長(zhǎng)。因此，希望能夠建構(gòu)合適的計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試方法?；诜蔷€性有限元分析，研究隔震材料特性對(duì)隔震支座性能的影響，建立能模擬隔震支座實(shí)際性能試驗(yàn)檢驗(yàn)的計(jì)算機(jī)分析程序。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與隔震技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，我們要進(jìn)一步分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與隔震技術(shù)應(yīng)用的要求，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與隔震技術(shù)更加富有效果，本文所分析的一些具體的措施和思路，可以為今后帶來(lái)參考。