建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震措施探討

王 岑 (中國(guó)聯(lián)合工程有限公司 浙江 杭州 310056)

地震是一種自然現(xiàn)象,全世界每年大約發(fā)生500萬(wàn)次地震,大多數(shù)地震都需靈敏的儀器才能測(cè)量到,而人能直接感知的大約占1%左右。我國(guó)是多地震國(guó)家,地震區(qū)分布廣大,歷次大地震給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大損失。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震措施的應(yīng)用意義在于,能夠有效抵抗風(fēng)荷載作用,減少建筑物位移,建筑物所受來(lái)自結(jié)構(gòu)性地震的不利影響得以降低,能夠?yàn)榻ㄖ幼≌叩纳?cái)產(chǎn)安全提供保障。因此,研究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施具有非常重要的意義。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做好隔震減震的意義及現(xiàn)狀

1.1 意義

地震作為一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害,需要人們積極提升監(jiān)測(cè)防御水平。隨著地震災(zāi)害頻率的不斷提升,房屋建筑的抗震性能也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因此在土木結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中,需要重視抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),并重視落實(shí)施工質(zhì)量,提升建筑的質(zhì)量,提升建筑的安全水平。在建筑工程設(shè)計(jì)中,科學(xué)的減震方案能夠增加建筑結(jié)構(gòu)的阻尼,減少建筑物在風(fēng)力作用下的位移問題,這種設(shè)計(jì)方式主要用于解決豎向地震帶來(lái)的影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中做好隔震體系設(shè)計(jì),其原理是使結(jié)構(gòu)的自震周期得到延長(zhǎng),降低建筑結(jié)構(gòu)的水平地震力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),隔震措施的合理應(yīng)用能夠降低水平地震出現(xiàn)的加速度反應(yīng),減少結(jié)構(gòu)性地震對(duì)建筑物本身的損害,從而保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1.2 現(xiàn)狀

1.2.1 場(chǎng)地破壞

對(duì)于建筑而言,發(fā)生地震時(shí)地基最先受到影響。這種問題得不到及時(shí)控制,將會(huì)致使建筑物結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。場(chǎng)地破壞與其他破壞相對(duì)于地基破壞情況較小,但后期修復(fù)與加固也存在一定的難度,因此地基的設(shè)計(jì)就變?yōu)榉浅Ｖ匾?/p>

1.2.2 結(jié)構(gòu)不穩(wěn)

對(duì)于土木工程而言,建筑物本身的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定也會(huì)降低其承載能力。在地震等自然災(zāi)害面前,這種不穩(wěn)定造成的質(zhì)量問題會(huì)進(jìn)一步放大。由于地震的作用,土木工程結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生慣性力,在慣性力與其他阻力、抗干擾力的作用下,一旦超過(guò)建筑物本身的承載能力就會(huì)造成建筑物的損壞。造成這種問題的原因在于建筑施工建設(shè)階段的質(zhì)量沒有滿足實(shí)際需要,建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與減震設(shè)計(jì)不合理,由于經(jīng)濟(jì)投入因素的限制,沒有對(duì)地震等危險(xiǎn)因素進(jìn)行判斷,對(duì)自然災(zāi)害的預(yù)防能力較差。

1.2.3 次生災(zāi)害

通常情況下,由于地震災(zāi)害引發(fā)的次生災(zāi)害比如海嘯、山洪、泥石流、火災(zāi)以及毒氣污染等,對(duì)社會(huì)造成的損害也是人們需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。因此在做好地震監(jiān)測(cè)的同時(shí)還應(yīng)該做好自然災(zāi)害的預(yù)報(bào)工作。這些災(zāi)害也是對(duì)建筑物穩(wěn)定性和質(zhì)量的一種考驗(yàn),因此在進(jìn)行建筑土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),還需要充分考慮次生災(zāi)害等因素對(duì)建筑物穩(wěn)定性的影響。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震存在的問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震措施存在的問題,一是抗震墻會(huì)對(duì)隔震減震支座造成影響;二是建筑物走向?qū)拐鸬挠绊?三是建筑結(jié)構(gòu)的選擇問題;四是墻體與防震縫設(shè)計(jì)問題。

2.1 抗震墻會(huì)對(duì)隔震減震支座造成影響

為進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,需要盡量使減震隔震設(shè)計(jì)保持分散,降低地震時(shí)建筑傾覆力對(duì)支座的影響。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,對(duì)于受力情況比較嚴(yán)重的一面需要設(shè)置好抗震減震支座,并控制好支座之間的距離,通常距離參數(shù)在2米以內(nèi),從而保證效果。

2.2 建筑物走向?qū)拐鸬挠绊?/h3>

地殼運(yùn)動(dòng)是地震發(fā)生的主要原因,因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進(jìn)行全面分析,從而進(jìn)一步明確震向?qū)ㄖ挠绊?。震向指的是地震過(guò)程中的地震方向,在建筑物建造過(guò)程中需要根據(jù)地質(zhì)狀況和震向,確定建筑物的走向,為保證安全穩(wěn)固性,通常需要使建筑物走向與震向相垂直,這種處理能夠進(jìn)一步降低建筑物坍塌發(fā)生的幾率。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)的選擇問題

建筑結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)隔震減震效果具有重要影響,當(dāng)前主要采用橡膠支座的方式做好隔震和減震工作。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)為進(jìn)一步提升隔震減震作用,需要使用重疊的橡膠支座,改善建筑主框架的避震能力,提高建筑物在地震發(fā)生時(shí)的安全性。

2.4 墻體與防震縫設(shè)計(jì)問題

對(duì)墻體的規(guī)劃和設(shè)計(jì)也是隔震減震的重要環(huán)節(jié)。具體而言,需要考慮好墻體的位置和墻體的厚度。防震縫的設(shè)計(jì)能夠改善建筑物的抗震能力,因此在具體工程設(shè)計(jì)中需要綜合考慮其長(zhǎng)度和寬度參數(shù),從而提升總體的抗震性能。通過(guò)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn),防震縫的設(shè)計(jì)并不普遍,只是在地殼運(yùn)動(dòng)比較活躍的區(qū)域設(shè)計(jì)應(yīng)用較多,并且抗震縫的長(zhǎng)度和寬度參數(shù)設(shè)計(jì)本身也存在一定的技術(shù)難點(diǎn),導(dǎo)致應(yīng)用水平不高。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施

就當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題需要做好以下幾個(gè)方面的工作:一是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,采取科學(xué)的隔震措施;二是根據(jù)建筑物的走向和當(dāng)?shù)氐恼鹣?設(shè)計(jì)相應(yīng)的抗震方法;三是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取科學(xué)的減震措施;四是全面做好建筑物的體型設(shè)計(jì)工作;五是做好抗震試驗(yàn)工作,提升抗震措施的有效性。

3.1 隔震措施

(1)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采用基礎(chǔ)隔震的方式效果較好,而基礎(chǔ)隔震措施通常會(huì)被應(yīng)用在形態(tài)規(guī)則的建筑物中。其隔震裝置主要分為鉛心橡膠隔震支座和疊層橡膠隔震支座兩個(gè)方面。

(2)層間隔震措施應(yīng)用的目的在于實(shí)現(xiàn)抗震環(huán)節(jié)和隔震環(huán)節(jié)的結(jié)合。其具體原理是在原有的基礎(chǔ)上安裝部分耗能減震裝置,改善抗震效果。

(3)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用特殊材料能夠有效削弱地震波,降低地震造成的負(fù)面影響。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)以砂子和黏土作為建筑材料,從而降低地震帶來(lái)的作用力。當(dāng)前在材料和技術(shù)的推動(dòng)下,材料的選擇范圍越來(lái)越大,比如彈性隔震磚的應(yīng)用。同時(shí)采用全新的抗震技術(shù)也能提升建筑物的抗震性能。懸掛隔震模式也是常用的一種抗震設(shè)計(jì)模式,其工作原理是通過(guò)對(duì)建筑物重量的懸掛處理,降低對(duì)地面的壓力,減少地震發(fā)生時(shí)慣性力造成的影響。地震發(fā)生時(shí),難以傳導(dǎo)到建筑結(jié)構(gòu)中,因此能夠很好地規(guī)避地震造成的危害。大型鋼結(jié)構(gòu)是懸掛隔震經(jīng)常應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu),合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)懸掛體系能夠最大幅度降低地震造成的危害。主框架模塊和子結(jié)構(gòu)模塊是隔震大型鋼結(jié)構(gòu)體系中的兩個(gè)重要部分,子結(jié)構(gòu)模塊共同發(fā)力,在抗震過(guò)程中發(fā)揮作用,降低地震造成的危害。

3.2 建筑物走向設(shè)計(jì)抗震方法

建筑物的走向也會(huì)影響地震的危害,因此在建筑走向設(shè)計(jì)時(shí)需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地質(zhì)情況,做好設(shè)計(jì)前的調(diào)研與分析工作,精準(zhǔn)掌握當(dāng)?shù)氐卣鸬姆较?保證建筑物的走向與地震的震向垂直,最大限度降低災(zāi)害的發(fā)生。對(duì)于建筑工程而言,抗震設(shè)計(jì)和施工需要嚴(yán)格遵循相關(guān)的政策和規(guī)定,并對(duì)可能出現(xiàn)災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行綜合評(píng)估,根據(jù)評(píng)估的結(jié)果不斷完善抗震工作,從而更好地滿足建筑結(jié)構(gòu)對(duì)當(dāng)?shù)氐目拐鹦枨?。另一方?在建筑場(chǎng)地的選擇上,應(yīng)該避免選擇軟弱的地基,還需要注意避免在地震帶區(qū)域選址。在項(xiàng)目正式開工前,需要全面做好當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的分析,從而有效降低自然災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響,保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)前的建筑物通常采用磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不僅承載能力較好,同時(shí)也具備較好的抗震性能。在具體施工時(shí),需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況科學(xué)選擇建筑結(jié)構(gòu)模式,從而全面落實(shí)工程建設(shè)工作,提升抗震水平。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

與隔震措施不同,建筑物的減震措施指的是在建筑物的外面部分通過(guò)添加一定的零部件增加建筑物的阻力,增添的零部件能夠增加對(duì)外部能量的消耗,從而降低地震對(duì)建筑物本身的損害。建筑物的建筑元件種類較多,通常會(huì)使用阻尼和消能器兩種裝置。

(1)新建建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施。目前,自然災(zāi)害發(fā)生的頻率不斷提升,人們對(duì)房屋安全的關(guān)注度不斷提升,促使全新型建筑理念的出現(xiàn)。在現(xiàn)代社會(huì)需求中,人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震減震設(shè)計(jì)能力越來(lái)越重視。在建筑物施工建造的過(guò)程中,通常會(huì)對(duì)建筑物的基礎(chǔ)部分進(jìn)行特殊處理,從而降低地震帶來(lái)的危害。當(dāng)前應(yīng)用的減震裝置更多的是為了防范后期地震帶來(lái)的危害,彌補(bǔ)前期建筑結(jié)構(gòu)防震功能的不足。

(2)已建成的建筑物的抗震加固措施。在建筑物施工建設(shè)過(guò)程中,需要在施工開始階段采取相應(yīng)的減震措施,如果減震措施的應(yīng)用不及時(shí),最終的結(jié)果往往難以滿足實(shí)際的抗震需要,增加了建筑物的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于建筑物而言,如果在建造完成后,再進(jìn)行相應(yīng)的抗震減震設(shè)計(jì),建筑物的抗震效果會(huì)受到一定的影響。因此在建筑實(shí)際施工的過(guò)程中,需要適當(dāng)增加阻力和效能減震裝置,從而降低地震造成的危害。對(duì)于設(shè)計(jì)工作人員而言,需要提升對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震減震設(shè)計(jì)的重視程度,全面分析工程項(xiàng)目特點(diǎn),全面做好準(zhǔn)備工作,保證建筑物的抗震性能。

(3)保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)各部件的整體性,確保剛度重心與結(jié)構(gòu)材料中心相吻合。具體進(jìn)行建筑豎向設(shè)計(jì)時(shí),可以適當(dāng)降低建筑物的剛度重心以保證平衡,降低結(jié)構(gòu)錯(cuò)向發(fā)生的可能,同時(shí)控制好豎向高度、剛度、強(qiáng)度等因素,保證分布的均勻性;豎向設(shè)計(jì)時(shí)還要合理分布抗震縫,將建筑物的結(jié)構(gòu)平面劃分成簡(jiǎn)單、規(guī)則的幾何體,繼而確保各項(xiàng)力均勻分布,不會(huì)對(duì)建筑物的外觀與使用產(chǎn)生影響,順利實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.4 全面做好建筑物的體型設(shè)計(jì)工作

平面形狀設(shè)計(jì)和立體形狀設(shè)計(jì)是建筑物體型設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要方面。通過(guò)調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn),如果建筑物本身的平面形狀不規(guī)則,比如存在明顯的凹陷或者凸起,在地震發(fā)生時(shí)更容易出現(xiàn)損壞。相對(duì)而言,對(duì)于平面形狀相對(duì)單一、比較規(guī)則的建筑物,地震發(fā)生時(shí)造成的影響較小,甚至不會(huì)造成建筑物的損壞。對(duì)此,在對(duì)建筑物體型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該優(yōu)先考慮更為簡(jiǎn)潔的體型,具體包括圓形、長(zhǎng)方形、正方形設(shè)計(jì)等形狀,避免建筑物設(shè)計(jì)存在凹凸部分,降低建筑物的抗震水平。另一方面,在對(duì)建筑物進(jìn)行體型設(shè)計(jì)時(shí),還需要保證建筑物結(jié)構(gòu)的平衡,在兼顧建筑物藝術(shù)性的同時(shí),保證建筑物的體型設(shè)計(jì)滿足要求,提升設(shè)計(jì)的安全性。

在土木工程項(xiàng)目中,土木工程地基位置的設(shè)計(jì)非常重要。因此需要根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別和項(xiàng)目位置的地質(zhì)情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化,從而進(jìn)一步提升地基的承載能力。設(shè)計(jì)人員在開展工作前,需要充分了解土木工程設(shè)計(jì)的外部形態(tài)與剛性條件,從總體水平提高建筑物的抗震能力,減少地震災(zāi)害造成的損失。在具體設(shè)計(jì)中,保持均勻?qū)ΨQ是提升土木工程結(jié)構(gòu)抗震水平的核心。如果建筑墻體或者內(nèi)部的鋼構(gòu)件存在不對(duì)稱情況,整個(gè)建筑在地震的影響就會(huì)出現(xiàn)局部墻體損壞的問題,最終導(dǎo)致建筑物的總體變形。為有效避免這種問題的發(fā)生,需要做好抗震平面設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作。對(duì)于常見的單元樓工程而言,在進(jìn)行抗震平面設(shè)計(jì)時(shí)可以采用垂直交通法將多個(gè)空間有機(jī)融合起來(lái),尤其是需要保持所有的豎向交通在同一平面上,從而進(jìn)一步提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剛度。

3.5 強(qiáng)化試驗(yàn),做好檢測(cè)工作

就當(dāng)前而言,我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展過(guò)程中依然存在一定的問題。許多隔震減震措施的應(yīng)用技術(shù)還不夠成熟,因此需要做好試驗(yàn)工作,不斷優(yōu)化抗震減震措施,提升建筑物的安全水平。對(duì)于建筑物的隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模型計(jì)算是常用的一種方式,在具體操作時(shí)會(huì)采用分級(jí)試驗(yàn)的方法,根據(jù)不同等級(jí)的地震,測(cè)試隔震措施的有效性,但這種方法只是考慮了水平方向的地震影響,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的局限性。這種模擬試驗(yàn)方式計(jì)算出來(lái)的參數(shù)與實(shí)際發(fā)生的地震存在較大初入。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí),需要考慮多個(gè)因素的影響,根據(jù)不同的建筑物結(jié)構(gòu),采取不同的措施。對(duì)于隔震裝置的應(yīng)用而言,目前還存在一定的缺陷,對(duì)此相關(guān)工作人員需要做好監(jiān)測(cè)與措施的優(yōu)化工作,并充分利用現(xiàn)代技術(shù)的優(yōu)勢(shì),為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供更多的助力。

地震災(zāi)害一旦發(fā)生,會(huì)有一定的持續(xù)時(shí)間,甚至很多地震還存在一定的往復(fù)作用,這對(duì)于建筑物會(huì)造成更加嚴(yán)重的破壞,造成建筑物承載能力喪失、變形、坍塌問題。因此在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要妥善處理建筑物單元承載力之間的關(guān)系,有效設(shè)置好抗震防線,增強(qiáng)各個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震水平,從而在地震發(fā)生時(shí)盡量減少損失。在這一過(guò)程中,抗震墻可以作為第一道抗震防線。在使用抗震墻時(shí),盡可能多地使用橫向多跨結(jié)構(gòu)代替單跨結(jié)構(gòu),避免由于部分結(jié)構(gòu)遭到破壞影響整個(gè)建筑的承載力。另一方面,對(duì)于抗震防線設(shè)計(jì)而言,還需要積極堅(jiān)持多層級(jí)性和完善性的原則,保證每個(gè)構(gòu)件的功能都能得到發(fā)揮,并做好連接點(diǎn)的重點(diǎn)保護(hù)工作。

結(jié)語(yǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,隔震減震措施的設(shè)計(jì)是非常重要的內(nèi)容。對(duì)于不同的建筑物要充分考慮其特點(diǎn)和所在區(qū)域的地質(zhì)條件,制定完善的抗震策略,從而降低地震對(duì)建筑物的影響,推動(dòng)我國(guó)建筑事業(yè)的穩(wěn)定、安全發(fā)展。