建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震控制技術(shù)的應(yīng)用

岳 嘯

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

0 前 言

地震是破壞性非常強(qiáng)的自然災(zāi)害之一，一旦發(fā)生，會(huì)給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的威脅，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須考慮到地震作用的影響，要使建筑體具有較強(qiáng)的抗震性能。當(dāng)前階段有關(guān)抗震規(guī)范中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能做了明確的要求，就是要能夠做到小震不壞、中震可修、大震不倒，為了實(shí)現(xiàn)這樣的抗震目標(biāo)，有關(guān)部門(mén)加大了對(duì)建筑抗震方面的研究力度，主要的抗震設(shè)計(jì)原則如下：對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌芽?，部分建筑?gòu)件在地震發(fā)生時(shí)允許進(jìn)入非彈性的工作狀態(tài)，這樣就能夠使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的延性，能夠達(dá)到裂而不倒的目的。但是這種傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法存在非常多的缺陷，如果發(fā)生超出抗震設(shè)防烈度的地震時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性是無(wú)法得到保障的，因此，為了適應(yīng)新建筑形式的抗震需求，隔震減震控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震基本原理

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前階段的抗震需求，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，加強(qiáng)對(duì)新型建筑抗震技術(shù)的研究力度，一種以減震、隔震為手段抗震設(shè)計(jì)思想，得到了快速的發(fā)展，同時(shí)也被廣泛地應(yīng)用到建筑施工中。對(duì)于減震技術(shù)來(lái)說(shuō)，其主要原理就是在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝附件裝置或者是子結(jié)構(gòu)，通過(guò)這樣的裝置能夠?qū)⒌卣鸢l(fā)生時(shí)產(chǎn)生的能量向上層結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞，從而能夠達(dá)到阻隔能量的效果，在傳遞能量的過(guò)程中，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)之間的反作用力來(lái)減少上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。對(duì)于隔震技術(shù)來(lái)說(shuō)，其主要原理就是將隔震支座以及阻尼器等裝置安裝在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間，從而在一定程度上使建筑結(jié)構(gòu)的周期延長(zhǎng)，使阻尼增大，這樣就能夠使地面運(yùn)動(dòng)在向上部傳遞的過(guò)程受到阻礙，從而使上部結(jié)構(gòu)受到地震作用的影響大大降低。當(dāng)前階段，使用最多的就是消能減震技術(shù)，就是通過(guò)將消能裝置設(shè)置在房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并在適當(dāng)位置加裝阻尼器，從而得到降低或者消除地震反應(yīng)的作用。

2 建筑結(jié)構(gòu)的隔震技術(shù)措施

2.1 建筑物地基使用特殊材料進(jìn)行隔震

在建筑物基礎(chǔ)隔震工作開(kāi)展的過(guò)程中，最關(guān)鍵的就是要將隔震層變成一個(gè)柔性的底層，這樣在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，就能夠?qū)Φ卣鸩ㄆ鸬揭欢ǖ南魅跣Ч瑥亩軌蚴沟卣疳尫懦鰜?lái)的能量減少，降低地震對(duì)建筑物的破壞。傳統(tǒng)的建筑抗震中，是通過(guò)在建筑的基礎(chǔ)部分交替鋪上砂粒以及黏土，或者是通過(guò)直接鋪上黏土以及砂粒墊層的方式來(lái)起到一定的隔震作用。利用這些材料來(lái)對(duì)建筑物的地基抗震進(jìn)行處理，能夠起到的抗震效果是非常小的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及新材料的出現(xiàn)，相關(guān)部門(mén)在這方面的研究取得了突破性的進(jìn)展，并且以瀝青為原材料來(lái)作為建筑物地基隔震層的填充材料，取得的隔震效果也非常好。

2.2 建筑物基礎(chǔ)設(shè)立隔震設(shè)施減震

該隔震方式是通過(guò)在建筑物基礎(chǔ)以及上部建筑之間設(shè)立特殊的設(shè)備，來(lái)達(dá)到一定程度的隔震效果的，通過(guò)這種隔震設(shè)置方式，能夠?qū)Φ卣鸬南蛏蟼魉推鸬揭欢ǖ淖璧K作用，從實(shí)際情況來(lái)看，最高可使地震發(fā)生之后向上部建筑結(jié)構(gòu)傳送的能量降低2/3，但是這種隔震方式在實(shí)際使用中也存在著一定的弊端，就是由于該設(shè)備會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)本身的自振周期延長(zhǎng)，因此，不適用于高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中。當(dāng)前階段常見(jiàn)的隔震形式有粘彈性隔震、摩擦滑移式隔震，常見(jiàn)的隔震裝備有橡膠墊和橡膠板等。

2.3 建筑物層間隔震技術(shù)措施

建筑物的層間隔震在舊房改造工程中最為常見(jiàn)，該隔震技術(shù)施工方便、操作簡(jiǎn)單，與建筑物基礎(chǔ)部分設(shè)立隔震裝備相比來(lái)說(shuō)，層間隔震技術(shù)的應(yīng)用，在建筑抗震方面產(chǎn)生的效果并不明顯，其減震貢獻(xiàn)值大約能夠達(dá)到10%～13%。建筑物層間隔震技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要依賴的是建筑結(jié)構(gòu)各層間安裝的減震裝備，通過(guò)該減震裝備來(lái)對(duì)地震能量進(jìn)行吸收，從而達(dá)到削弱地震強(qiáng)度的目的，使其給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響進(jìn)一步地降低，在建筑層間處設(shè)置的裝置與基礎(chǔ)隔震的裝置大致相同。

2.4 建筑物結(jié)構(gòu)懸掛隔震

所謂建筑物結(jié)構(gòu)的懸掛隔震，就是將建筑物的部分或者是整體結(jié)構(gòu)懸掛起來(lái)，這樣的話，在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的能量就無(wú)法傳輸?shù)綉覓旖Y(jié)構(gòu)中，從而能夠避免地震給整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與完整性帶來(lái)的影響，能夠起到非常有效的抗震效果。該技術(shù)常應(yīng)用于大型的鋼結(jié)構(gòu)中，對(duì)于大型的鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其主要是由主框架結(jié)構(gòu)和子框架結(jié)構(gòu)組成的，在整個(gè)懸掛體系中，子框架是通過(guò)鎖鏈懸吊在主框架結(jié)構(gòu)上的，因此，在地震來(lái)臨之時(shí)，主框架就會(huì)隨著地殼的運(yùn)動(dòng)而不停地?fù)u擺，當(dāng)?shù)卣鹉芰總鬟f到鎖鏈或者是吊桿部位后，就會(huì)被削弱，就無(wú)法繼續(xù)傳送到子結(jié)構(gòu)中發(fā)生慣性力。

3 消能減震技術(shù)

消能減震技術(shù)就是通過(guò)提升結(jié)構(gòu)的附加阻礙，來(lái)降低地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地震力反應(yīng)，消能減震技術(shù)在當(dāng)前階段的應(yīng)用范圍非常廣，不僅能夠在新建建筑物中使用減震技術(shù)，還能夠應(yīng)用于老舊建筑物的抗震改造中，同時(shí)既能夠應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)中，又能夠應(yīng)用在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，除此之外不僅能夠應(yīng)用在建筑的上部結(jié)構(gòu)中，還能夠應(yīng)用在建筑基礎(chǔ)的隔震層中，能夠發(fā)揮出非常好的隔震效果。

消能減震技術(shù)的本質(zhì)就是利用特殊的機(jī)構(gòu)或者元件，來(lái)對(duì)地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的能量進(jìn)行消耗與吸收，以此來(lái)使建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到可靠的保障。相對(duì)于傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，消能減震技術(shù)有著更好的抗震消能效果，由于消能元件通常情況下是與建筑的主體結(jié)構(gòu)連接的，因此，消能結(jié)構(gòu)大多數(shù)情況下都會(huì)被當(dāng)作建筑主體結(jié)構(gòu)中的一部分，由于無(wú)法完全防止建筑主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彈塑性變形，因此，無(wú)法完全依賴于延性結(jié)構(gòu)的相關(guān)理念，從另一個(gè)角度來(lái)分析，減震消能就是通過(guò)增加結(jié)構(gòu)阻礙來(lái)起到抗震作用的一種特殊方法。

消能減震技術(shù)的實(shí)際作用與消能設(shè)備有著一定的關(guān)聯(lián)，當(dāng)前階段市場(chǎng)上消能設(shè)備的種類非常多，常見(jiàn)的有塑性消能器、形狀記憶合金阻礙器以及摩擦阻礙器等，因此，為了使消能裝置的作用得到充分發(fā)揮，需要結(jié)合實(shí)際情況以及消能裝置的特性，對(duì)消能設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的選擇。

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

4.1 新建建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量得到了大幅度的提升，對(duì)居住環(huán)境的質(zhì)量和安全都有著更高的要求。眾所周知，地震一旦發(fā)生會(huì)帶來(lái)非常大的危害，會(huì)對(duì)城市的發(fā)展、人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的威脅，因此，越來(lái)越多的人開(kāi)始重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震和減震設(shè)計(jì)。為了取得更好的建筑抗震效果，在對(duì)建筑基礎(chǔ)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要對(duì)其進(jìn)行特殊抗震處理，還要能夠增設(shè)一些消能裝置以及相關(guān)的元件，來(lái)提高建筑基礎(chǔ)部分抵抗地震的能力，從而盡可能降低地震對(duì)建筑基礎(chǔ)帶來(lái)的影響。這些減震設(shè)備和組件，就是為了提高建筑體的抗震能力，但是其抗震效果略差于隔震層。

4.2 對(duì)建成建筑物的抗震加固

在建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展的過(guò)程中，在正式開(kāi)工之前，要能夠按照抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，開(kāi)展針對(duì)性的設(shè)計(jì)工作，為了使抗震設(shè)計(jì)方案的效果充分發(fā)揮出來(lái)，要能夠在建筑施工開(kāi)展的合適階段，在建筑的一些重要部位處安裝特備的隔震設(shè)施，否則就無(wú)法使隔震設(shè)備的性能得到充分的發(fā)揮。在建筑建成之后，要想使其抗震性能得到進(jìn)一步的提高，就要采用增多阻礙的方式，在建筑的主體結(jié)構(gòu)上加裝一些消能裝置，同樣能夠起到非常好的抗震加固效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑的抗震設(shè)計(jì)也取得了巨大的突破，其抗震能力也得到了大幅度的提升，其中隔震減震技術(shù)更是得到了大范圍的推廣應(yīng)用，隨著建筑形式的多樣化，對(duì)抗震能力會(huì)有著更高的要求，因此，在未來(lái)的發(fā)展中，仍然需要加大對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)的研究力度，要能夠在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，推動(dòng)建筑抗震設(shè)計(jì)工作的快速發(fā)展。

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