基于建筑結(jié)構(gòu)隔震的技術(shù)研究

夏德新

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000

抗震等級(jí)是評(píng)價(jià)建筑工程質(zhì)量和性能的一項(xiàng)主要指標(biāo)。近幾年，我國(guó)建筑行業(yè)得到快速發(fā)展，人們也提高了對(duì)建筑工程整體質(zhì)量的要求，建筑工程建設(shè)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)隔震技術(shù)的應(yīng)用與探討，確保建筑工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而為人們提供一個(gè)高質(zhì)量的建筑工程，滿足應(yīng)用需求。

1 隔震技術(shù)概念與設(shè)計(jì)原理

1.1 隔震技術(shù)概念

建筑結(jié)構(gòu)中的隔震技術(shù)就是通過(guò)在建筑工程中設(shè)計(jì)裝備，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，達(dá)到隔離地震對(duì)建筑工程破壞力的作用。例如，將隔震支座設(shè)置在建筑工程的結(jié)構(gòu)層或地層，通過(guò)軟化這一結(jié)構(gòu)方式，實(shí)現(xiàn)以柔克剛，降低地震危害目的， 其在具體應(yīng)用過(guò)程中，具有安全性高、防護(hù)能力強(qiáng)、造價(jià)低等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)[1]。

1.2 隔震技術(shù)的設(shè)計(jì)原理

該項(xiàng)技術(shù)主要是在建筑底層或結(jié)構(gòu)層設(shè)置阻尼器或橡膠隔震支座，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，從而達(dá)到隔離地震帶來(lái)沖擊的目的，使建筑機(jī)構(gòu)阻尼變大，增加建筑自振動(dòng)周期，最大程度降低地震對(duì)建筑工程上部結(jié)構(gòu)造成的危害，實(shí)現(xiàn)良好減震目的[2]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，將隔震層設(shè)置在建筑工程中，可以起到較強(qiáng)緩沖作用，能夠減小地震對(duì)于建筑工程上部分結(jié)構(gòu)沖擊力，從而提升建筑工程具體結(jié)構(gòu)在應(yīng)用時(shí)的防御力，減小地震對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的破壞。

2 建筑結(jié)構(gòu)中幾種常見(jiàn)的隔震技術(shù)類(lèi)型

2.1 橡膠隔震支座

橡膠隔震支座主要包括以下幾種類(lèi)型：

（1）普通橡膠隔震支座

將普通橡膠隔震支座應(yīng)用到建筑工程中，其在縱向受壓承載能力和水平變形能力上呈現(xiàn)出了較強(qiáng)的抵抗能力，在進(jìn)行建筑工程中的普通隔震橡膠隔震支座制作時(shí)，需要采取交替方式處理薄鋼板和薄橡膠層，完成處理后，將其放在高壓高溫環(huán)境中，采取整體硫化方式進(jìn)行處理，通過(guò)這一方式處理，能夠?qū)⑾鹉z層與鋼板合理結(jié)合到一起，讓兩者能夠保持緊密結(jié)合狀態(tài)，同時(shí)橡膠層的變形會(huì)受到的鋼板的約束，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形問(wèn)題[3]。

（2）鉛芯橡膠隔震支座

制作鉛芯橡膠隔震支座過(guò)程中，工作人員在具體作業(yè)開(kāi)

展時(shí)，應(yīng)當(dāng)將普通橡膠隔震支座作為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)開(kāi)孔注鉛方法開(kāi)展施工作業(yè)，從減減少隔震層位移、降低地震作用、高阻尼的一種隔震結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的保護(hù)，最大程度降低地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，人們加強(qiáng)對(duì)建筑工程相關(guān)內(nèi)容的探究，在橡膠隔震支座方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但是，對(duì)于支座的橡膠支座材料質(zhì)量會(huì)性能等方面都有待改進(jìn)，應(yīng)對(duì)考慮將膠層與鋼板合理黏合到一起，科學(xué)選擇黏合劑與黏合工藝[4]。

采用的橡膠耐久性是影響橡膠隔震結(jié)構(gòu)耐久性的一項(xiàng)主要原因，而氧化和蠕變反應(yīng)也是影響采用橡膠耐久性的主要因素，向橡膠內(nèi)加入抗氧化劑，能夠顯著提升橡膠隔震制作耐久性，同時(shí)，要保證采用的橡膠自身質(zhì)量和耐久性能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。從現(xiàn)階段我國(guó)建筑工程中采用的橡膠隔震支座的具體發(fā)展情況來(lái)看，其應(yīng)用壽命長(zhǎng)度能夠達(dá)到建筑工程的壽命長(zhǎng)度，能夠滿足建筑隔震技術(shù)的具體應(yīng)用需求?，F(xiàn)代建筑行業(yè)針對(duì)普通橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座（如圖1所示）相關(guān)內(nèi)容的分析。

圖1 鉛芯橡膠隔震支座

從現(xiàn)階段的具體情況來(lái)看，研究主要集中軸向拉伸破壞、豎向剛度、水平剛度與阻尼等各項(xiàng)影響橡膠支座性能等多項(xiàng)內(nèi)容上[5]。目前，我國(guó)針對(duì)橡膠隔震支座抗剪破壞試驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容的研取得成果相對(duì)有限，針對(duì)相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，針對(duì)橡膠隔震支座豎向極限受拉應(yīng)力規(guī)律標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步提高。針對(duì)橡膠隔震支座分析期間，可以利用有限元分析法，從而彌補(bǔ)以 Haringx 理論為基礎(chǔ)進(jìn)行分析為存在的不足，提高相關(guān)研究效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)成本的合理控制，降低經(jīng)濟(jì)投入。需要相關(guān)研究人員注意的是，考慮到疊層橡膠制作構(gòu)造機(jī)理與材料性能都較為復(fù)雜，針對(duì)問(wèn)題的深入研究，可從以下幾個(gè)方面入手：

第一，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)部力學(xué)性能的分析，做好相應(yīng)研究工作。第二，開(kāi)展抗剪力學(xué)性能試驗(yàn)研究，掌握其性能特點(diǎn)，為后續(xù)相關(guān)內(nèi)容的研究提供支持。第三，加強(qiáng)對(duì)大直徑或超大直徑疊層橡膠支力學(xué)性能分析。第四，研究復(fù)雜應(yīng)狀態(tài)下，疊層橡膠制作力學(xué)性能，與此同時(shí)，還要研究疊層橡膠制作力學(xué)性質(zhì)在不同狀態(tài)的特性。

進(jìn)行建筑工程中結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)期間，通常不需要對(duì)橡膠隔震制作進(jìn)行大量分析驗(yàn)算，只要通過(guò)分析，保證橡膠隔震制作各項(xiàng)指標(biāo)內(nèi)容都符合的相應(yīng)附件要求即可，而對(duì)于橡膠支座應(yīng)力與變形受可以滿足應(yīng)力值，要做好相應(yīng)驗(yàn)算工作。

2.2 滑板式隔震支座

目前，應(yīng)用在建筑工程中的滑板式隔震支座有石墨層接觸面、砂墊層接觸面、不銹鋼板接觸面等多種不同類(lèi)型的滑移摩擦面，特別是 PTEE接觸面和不銹鋼接觸面的摩擦滑移制作與應(yīng)用時(shí)，其性能穩(wěn)定，能夠滿足應(yīng)用需求。針對(duì)采用的不銹鋼摩擦板設(shè)施表面，可以采取拋光方式進(jìn)行處理，完成相應(yīng)處理作業(yè)后，施工人員要應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)硬化處理后的樹(shù)脂涂抹在其表面，通過(guò)這一方式處理，能夠大幅度提高不銹鋼摩擦板耐磨性能，確保其能夠滿足應(yīng)用需求[6]。目前，經(jīng)過(guò)人們的研究，研發(fā)出了性能良好的全密封鎖位型的摩擦阻尼隔震支座，采用鋼板與聚四氟乙烯有機(jī)滑板，構(gòu)成一種性能優(yōu)異的多層摩擦滑板，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，采取高度重疊方式，保證滑移位移能夠朝著不同摩擦截面均分散，此時(shí)，滑移面不需要進(jìn)行外露預(yù)留?；迨礁粽鹬ёㄈ鐖D2所示）是一種純摩擦滑動(dòng)隔震裝置，其在應(yīng)用時(shí)的優(yōu)勢(shì)顯著，但是也存在一定缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)就是發(fā)生地震后，會(huì)發(fā)生變形，處理起來(lái)難度大，難以通過(guò)自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)復(fù)位，而且在隔震層遭受地震后，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形問(wèn)題，目前，人們已經(jīng)研發(fā)出了能夠通過(guò)自動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)復(fù)位滑板式隔震支座，并將其應(yīng)用到了建筑工程中。

圖2 滑板式隔震支座

通過(guò)研發(fā)滑板式隔震支座摩擦系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，其摩擦系數(shù)將會(huì)隨著正壓力加大而不斷減小。而在摩擦系數(shù)速度不斷快的情況下，滑動(dòng)摩擦系數(shù)也會(huì)加大，直到最終摩擦速度達(dá)0.15m/s，可會(huì)達(dá)到最終的設(shè)定滑動(dòng)摩擦系數(shù)；隨著周?chē)鷾囟壬?，滑?dòng)摩擦系數(shù)將會(huì)減?。煌ㄟ^(guò)對(duì)潤(rùn)滑劑進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效降低PTFE-不銹鋼接觸面摩擦系數(shù)[7]。建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用期間，容易發(fā)生傾覆失穩(wěn)現(xiàn)象，要全面分析建筑結(jié)構(gòu)依據(jù)自身自重是否能夠不出現(xiàn)傾覆問(wèn)題，具體判斷依據(jù)就是，地震傾覆力矩要控制在抗傾覆力矩，如果依據(jù)自重?zé)o法保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，要針對(duì)建筑工程中的支座和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗傾覆設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)抗傾覆措施，從而使傾覆失穩(wěn)現(xiàn)象能夠得到解決。通過(guò)對(duì)以往滑板式隔震支座在我國(guó)建筑工程中的具體應(yīng)用情況來(lái)看，由于缺少相應(yīng)產(chǎn)品相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用規(guī)范的支持，這將會(huì)導(dǎo)致滑板隔震制作應(yīng)用到建筑工程中的作用與效果遭受一定約束。

2.3 摩擦擺隔震支座

摩擦擺隔震支座（如圖3所示）是一項(xiàng)具有復(fù)位功能的摩擦隔震系統(tǒng)，其應(yīng)用能體現(xiàn)建筑工程性能，保證建筑工程穩(wěn)定性，減少建筑工程結(jié)構(gòu)遭受地震的破壞。將摩擦擺隔震支應(yīng)用到建筑工程中，在凹曲面底盤(pán)內(nèi)安裝滑塊布置，如果發(fā)生了水平位移現(xiàn)象，設(shè)置的滑塊將會(huì)由底盤(pán)曲面不斷朝著高處滑動(dòng)，而受上部重力影響，滑塊將會(huì)通過(guò)自動(dòng)方式向低處滑向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位效果。建筑工程結(jié)構(gòu)中設(shè)置的滑動(dòng)面的曲率半徑與底盤(pán)曲面曲率半徑相同，同時(shí)，還要將PTFE 等低摩擦材料均勻涂抹在滑動(dòng)面區(qū)底盤(pán)曲面，對(duì)于滑塊上面設(shè)計(jì)要依據(jù)曲面形式進(jìn)行，確保滑塊頂板處水平滑動(dòng)。與此同時(shí)，設(shè)置的支座剛度與底盤(pán)曲面曲率都會(huì)對(duì)摩擦隔震制作復(fù)位力產(chǎn)生直接影響。

圖3 摩擦擺隔震支座

相關(guān)工作人員研究摩擦擺隔震支座性能可以發(fā)現(xiàn)，其在具體應(yīng)用期間具有的滯回性好、耐久性高等優(yōu)勢(shì)，并且在溫度變化、長(zhǎng)期荷載等各項(xiàng)因素影響下，仍然能夠保持穩(wěn)定性、可靠性。通過(guò)結(jié)構(gòu)隔震試驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)摩擦擺隔震支座進(jìn)行應(yīng)用，能夠適當(dāng)延長(zhǎng)建筑工程上部結(jié)構(gòu)自振周期，降低地震對(duì)建筑工程上部結(jié)構(gòu)的不良影響，體現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和復(fù)位能力。同時(shí)，全面發(fā)揮摩擦擺隔震支座作用，能夠預(yù)防建筑工程中的結(jié)構(gòu)損壞情況，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備、人員的有效保護(hù)。

3 建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)規(guī)范

將建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)應(yīng)用到建筑工程中，為了保證設(shè)計(jì)合理性，必要嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要采取分離方式完成相應(yīng)設(shè)計(jì)作業(yè)，適當(dāng)引入減震系數(shù)，也就要對(duì)比分析結(jié)構(gòu)樓層的樓層剪力和非隔震結(jié)構(gòu)樓層剪力，依據(jù)最低比值完成減震系數(shù)設(shè)置。此外，針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)比分析樓層傾覆力矩，得到兩者最大數(shù)值。在對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)進(jìn)行確定條件下，應(yīng)當(dāng)將非隔著結(jié)構(gòu)作為依據(jù)，針對(duì)隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，同時(shí)，需要從建筑工程具體情況入手，精準(zhǔn)計(jì)算，保證最終隔震設(shè)計(jì)的合理性、安全性。通過(guò)對(duì)建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)可以能夠承受的地震作用進(jìn)行全面分析可以發(fā)現(xiàn)，前者在建筑工程中的承受地震作用分布均勻或者近似梯形，后者承受地震作用則呈倒三角或近似彎曲形狀，由此可見(jiàn)，隔震結(jié)構(gòu)各層剪力和彎矩值都要小于建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)[8]。對(duì)于建筑工程中的隔震設(shè)計(jì)，在計(jì)算時(shí)，為了確保最終計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性，要采取分離方式開(kāi)展，學(xué)科采用先進(jìn)軟件，完成設(shè)計(jì)作業(yè)，提高隔震設(shè)計(jì)成果，確保最終設(shè)計(jì)效果能夠達(dá)到預(yù)期。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間要做好時(shí)程分析作業(yè)

計(jì)建筑工程中的隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)期間，必須要確保采用的隔震支座計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)得到飛速發(fā)展，各種不同類(lèi)型先進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件都被合理應(yīng)用到隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)，這為相關(guān)工作人員開(kāi)展提供了更便利條件，而通過(guò)對(duì)程序進(jìn)行應(yīng)用，能夠提供不同連接單元，主要包括的內(nèi)容有滑動(dòng)隔震支座、普通橡膠支座、鉛芯橡膠支座等不同類(lèi)型的連接單元，能夠滿足建筑工程中結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在隔震設(shè)計(jì)方面的具體需求。

3.3 某學(xué)校宿舍對(duì)隔震技術(shù)的具體應(yīng)用

3.3.1 工程概況

某建筑工程為學(xué)生宿舍，整體面積為8658m2，宿舍內(nèi)人均面積約為8.35m2，整個(gè)建筑工程采用的為混凝土剪力墻，依據(jù)當(dāng)?shù)丶夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑面積進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。對(duì)于學(xué)生宿舍來(lái)說(shuō)，由于學(xué)生年紀(jì)較小，在宿舍生活期間，可能會(huì)出現(xiàn)跑動(dòng)、打鬧等各項(xiàng)問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，因此，采取隔震技術(shù)需要兼顧隔音技術(shù)要求，保證最終建設(shè)的宿舍質(zhì)量能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在進(jìn)行宿舍建設(shè)時(shí)，對(duì)于可能發(fā)生的地震問(wèn)題要充分考慮，要確保在發(fā)生地震后，建筑整體結(jié)果后能夠保持穩(wěn)定，如果地震形成的沖擊波引起的震動(dòng)，導(dǎo)致樓板被震壞，將會(huì)破壞整個(gè)建筑工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)發(fā)生人員傷亡。

3.3.2 隔震技術(shù)在建筑中的具體應(yīng)用

針對(duì)該宿舍建筑，施工人員在對(duì)整個(gè)建筑情況進(jìn)行全面分析基礎(chǔ)上，最終決定采取浮動(dòng)式地臺(tái)的隔震技術(shù)建設(shè)宿舍。設(shè)計(jì)樓梯結(jié)構(gòu)時(shí)，在中間層設(shè)置的減震層，或者在四壁結(jié)合部位進(jìn)行分隔，確保地震發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)遭受?chē)?yán)重破壞，地震結(jié)束后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的修整，建筑物結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)原來(lái)位置，繼續(xù)應(yīng)用。通過(guò)這一設(shè)計(jì)方式，如果樓梯受地震影響斷開(kāi)，一方面能夠保證樓梯出現(xiàn)變形后，能夠保持相對(duì)理想寬度，另一方面也能夠保證樓梯與四壁能夠保持相對(duì)安全距離。此外，也可以嘗試在建筑四周設(shè)置可以自動(dòng)移動(dòng)面，采取設(shè)置減震部件方式，提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)浮動(dòng)式地臺(tái)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠大幅度減少施工作業(yè)期間對(duì)宿舍建筑主體結(jié)構(gòu)造成的沖擊，其基本結(jié)構(gòu)包括：圍邊膠墊1.2cm、隔震墊5.0cm、浮筑層不得小于10cm。

4 建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 開(kāi)發(fā)新隔震體系與隔震元件

通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段的技術(shù)來(lái)看，隔震系數(shù)和隔震支座都是主要構(gòu)成內(nèi)容，其性能會(huì)對(duì)隔震層性能產(chǎn)生直接影響，因此，在日后研究期間，要提高對(duì)隔震支座等各項(xiàng)材料的重視，加強(qiáng)研發(fā)，確保隔震技術(shù)作用能夠得到充分發(fā)揮。

4.2 提高經(jīng)濟(jì)效益

為了進(jìn)一步促進(jìn)隔震技術(shù)的應(yīng)用，使其能夠被合理、廣泛應(yīng)用到建筑工程中，要加強(qiáng)對(duì)隔震技術(shù)的研究，盡量降低隔震技術(shù)的造價(jià)，采取定量、定性評(píng)估方法，在確保隔震結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定基礎(chǔ)上，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 完善隔震技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范

隔震技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范是不同地區(qū)的強(qiáng)行執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，而且充分體現(xiàn)了不同區(qū)域內(nèi)隔震技術(shù)具體理論實(shí)踐?？梢?jiàn)，在未來(lái)發(fā)展期間，隔震技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)得到進(jìn)一步完善，使其能夠被應(yīng)用到不同建筑工程中，滿足應(yīng)用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

隔震技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑工程施工作業(yè)中不可缺少的一項(xiàng)內(nèi)容，因此，相關(guān)工作人員要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)隔震技術(shù)的分析，做好相應(yīng)研究，全面集合建筑工程具體情況，靈活應(yīng)用，提高建筑工程整體安全性，延長(zhǎng)其壽命。